嵌入式技術(shù)在水庫信息智能化系統中的應用
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關(guān)鍵詞：水庫信息智能化系統EIP嵌入式智能平臺
[系統概述]
水利行業(yè)是一個(gè)歷史十分悠久的行業(yè)，也是信息十分密集的行業(yè)。水利部門(mén)要向國家和相關(guān)行業(yè)提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水量水質(zhì)信息、水環(huán)境信息和水工程信息等。水庫作為水利系統最基層的工程，其智能化建設是水利信息化的基礎。我國有許多水庫是運行二十多年了的老水庫，電站設備和管理都相對陳舊，隨著(zhù)計算機與信息技術(shù)的快速發(fā)展，采用新技術(shù)、新設備對整個(gè)水庫的設備與管理進(jìn)行現代化改造，進(jìn)行水庫智能化建設，可以進(jìn)一步挖掘水庫的潛力，加強水庫運行的可靠性，水庫智能化系統的建立，將大大提高雨情、水情、工情、旱情和災情信息采集的準確性及傳輸的時(shí)效性，作出及時(shí)、準確的預測和預報，制定防洪抗旱調度方案，為上級部門(mén)的決策提供科學(xué)依據?！?
[系統構成]
1、概述
水庫信息化系統主要由水電站自動(dòng)化監控系統、大壩安全自動(dòng)化監測系統、水情遙測系統、辦公自動(dòng)化系統、水庫優(yōu)化調度系統、閘門(mén)監控系統、圖像監控系統、Web綜合信息發(fā)布系統等組成，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )系統把各子系統整合起來(lái)，實(shí)現系統間數據共享、協(xié)同工作來(lái)提供一個(gè)信息訪(fǎng)問(wèn)平臺。實(shí)現基于局域網(wǎng)的系統資源共享（如打印機、硬盤(pán)資源，文檔共享等）。采用數據庫管理技術(shù)集中處理信息結合Web技術(shù)應用，開(kāi)發(fā)基于B/S方式的Web綜合信息發(fā)布系統，能夠方便直觀(guān)地讓用戶(hù)得到各系統的信息。通過(guò)建設光纖通道、無(wú)線(xiàn)接入、DDN專(zhuān)線(xiàn)等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，能夠及時(shí)了解氣象信息、衛星云圖等專(zhuān)業(yè)信息，以Web方式為上級主管部門(mén)提供信息查詢(xún)平臺，同時(shí)也可實(shí)現移動(dòng)辦公。
2．各子系統介紹
2．1水電站自動(dòng)化監控系統
水電站以計算機監控為主，簡(jiǎn)易常規控制為輔的原則進(jìn)行總體設計，充分注意計算機監控系統與各常規控制設備的協(xié)調配合，整個(gè)監控系統與發(fā)電廠(chǎng)發(fā)電設備同步投入，建成后可以達到無(wú)人值班、少人值守的要求。簡(jiǎn)易常規控制可在主控級與現場(chǎng)控制單元通訊中斷（或主控站故障）時(shí)作操作備用，它通過(guò)電纜直接作用于現地控制單元，現地單元具備運行人員進(jìn)行常規控制的值班條件。
監控系統高度可靠，采用分層分布開(kāi)放系統，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護用戶(hù)的投資。軟件模塊化，結構化的設計，使系統更能適應功能的增加和規模的擴充。實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強。人機接口功能強，操作方便。
2．2大壩安全自動(dòng)化監測系統
本系統為分布式網(wǎng)絡(luò )結構。主要由前置機（采用工控機）、中央控制器（CCU）和現場(chǎng)測量控制單元（MCU）、傳感器及通訊網(wǎng)絡(luò )組成。MCU放置在觀(guān)測房?jì)?，與傳感器聯(lián)接，工控機，作為網(wǎng)絡(luò )中心節點(diǎn)，由RS485總線(xiàn)與各個(gè)MCU聯(lián)接，完成子系統運行控制以及與上一級網(wǎng)絡(luò )系統的聯(lián)接工作。
系統中測量控制單元可以按預先設置的定時(shí)時(shí)間，自動(dòng)對傳感器執行定時(shí)數據采集，將采集的數據發(fā)送給工控機同時(shí)保存在MCU的存儲器中；也可以執行工控機發(fā)來(lái)的隨機采集命令，對任何傳感器進(jìn)行數據采集。系統操作員在調度中心工作站可任意查看當前或歷史數據，利用圖形、報表或分析軟件等工具對大壩的性態(tài)作出進(jìn)一步分析處理。
系統功能介紹
1數據采集功能
?。?）隨機數據采集(應答)方式
a.自動(dòng)巡回采集所有傳感器數據
b.按傳感器類(lèi)型，選擇采集某類(lèi)型傳感器數據
c.按MCU節點(diǎn)（從站）號，選擇采集某個(gè)MCU傳感器數據
d.按傳感器編號、單獨選擇采集某個(gè)傳感器數據（單個(gè)補測）
?。?）自動(dòng)數據采集（自報）方式
由各臺MCU按預先設置的方式，自動(dòng)巡回檢測各個(gè)傳感器數據，并送至前置機（工控機）。主要有以下功能：
a.前置機（工控機）校對MCU時(shí)鐘；
b.前置機（工控機）設置數據采集周期和采集點(diǎn)；
c.MCU自報采樣數據；
d.前置機（工控機）查核自報數據，10天以?xún)热粲形词盏降臄祿?，可以向MCU重新取數；
e.清MCU數據區。
2實(shí)時(shí)顯示數據采集功能
顯示監測系統的總貌、監測布置和傳感器分布圖
鼠標電擊分布圖中傳感器位置，執行數據采集，并可以查看測點(diǎn)的各種信息，包括測點(diǎn)編號、儀器類(lèi)型、埋設位置、參數等；
能通過(guò)圖形界面和表格方式，實(shí)時(shí)顯示各監測值的量、過(guò)程曲線(xiàn)、分布圖及各種相關(guān)圖；
提供報警狀態(tài)顯示窗口和分級報警功能；
3數據分析處理功能
對大壩的各類(lèi)監測數據進(jìn)行誤差處理、整編計算；
調用歷史數據，進(jìn)行最大值和最小值比較，即時(shí)對越限值報警提示；
對不能實(shí)行自動(dòng)電測的數據，如壩體外部變形的表面測點(diǎn)數據，可以人工輸入數據庫；
可以人工輸入修改、刪除數據庫數據（受操作員權限限制）；
自動(dòng)采集的數據可以選擇"存盤(pán)"或"不存盤(pán)"；
具備數據查詢(xún)功能，用戶(hù)能根據查詢(xún)條件，查詢(xún)各種歷史數據。如：某庫水位值時(shí)，某個(gè)滲壓計的歷史數據；
4報表和圖形功能
具備報表打印功能，可以按選定的日期，時(shí)段、傳感器測頭，自動(dòng)打印日報表，月報表或年報表；
圖形功能，可以按日期、時(shí)段、傳感器測頭，自動(dòng)生成各種壓力、滲壓過(guò)程線(xiàn)；
5數據庫管理功能
能提供原始測值數據庫、應用數據庫等各種類(lèi)型的數據庫；
能夠對各種數據庫之間的數據進(jìn)行自動(dòng)處理、轉換和添加等管理工作；
大壩安全自動(dòng)化監測系統結構框圖
2．3水情測報系統：
系統配置有前置機（工控機）、遙測中心終端、收發(fā)電臺、通訊電源、全向天線(xiàn)和同軸避雷器等。中心站接收各個(gè)遙測站發(fā)送來(lái)的實(shí)時(shí)采集的各種水情參數。中心站前置機將接收到的數據先進(jìn)行識別判錯、分類(lèi)整理，形成數據文件存入前置機內存。形成的數據文件可經(jīng)過(guò)局域網(wǎng)存入服務(wù)器數據庫。通訊方式可采用通訊電纜、電臺、衛星、無(wú)線(xiàn)短信等方式進(jìn)行通訊，保證了通道通暢。
系統功能介紹
1.隨機自報功能。當監測累計參量達到一個(gè)最小檢測值時(shí)，如雨量達到1mm,RTU自動(dòng)上電工作，將累計量加1并保存，然后全量發(fā)送一次實(shí)測累計參數。當監測庫水位瞬時(shí)值變化（增大或減?。┮粋€(gè)最小檢測值時(shí)，且與上次發(fā)送數據時(shí)間間隔大于設定值時(shí)，RTU將實(shí)測瞬時(shí)值發(fā)送到中心站。
2.定時(shí)平安自報功能。當新監測的參數不發(fā)生變化時(shí)，每天按設定的時(shí)間間隔，定時(shí)向中心站發(fā)送實(shí)時(shí)參數和測站工作狀態(tài)。
3.測站發(fā)送完數據，RTU具有軟件掉電功能和硬件延時(shí)電路自動(dòng)切斷受控電源，采用雙重保險措施，以保護發(fā)射機和節省電源。
4.利用符合國際標準的調制解調器及國際先進(jìn)的微處理器設計的RTU終端機，具有水位消浪濾波處理，電源下限自動(dòng)報警功能和先進(jìn)的信道糾錯、檢錯、編碼功能。 5.由于將調制解調器與電臺進(jìn)行一體化結構設計，簡(jiǎn)化了RTU的設計，從而提高了其可靠性。
6.通過(guò)鍵盤(pán)，可現場(chǎng)設置各種相關(guān)參數。如可采集、顯示、發(fā)送各種傳感器實(shí)測參數，可設置、顯示傳感器的基值；測試電池電壓。
7.具有故障自診斷和報警功能。
8.具有與中心站通話(huà)功能，使調試與維護工作的方便、簡(jiǎn)單。
2．4閘門(mén)監控系統
系統的主要內容是通過(guò)計算機監控系統達到水閘水位、閘門(mén)工情、圖像信息自動(dòng)化采集與傳輸，達到能夠在監控中心遠程控制閘門(mén)起閉以及閘門(mén)自動(dòng)控制；通過(guò)實(shí)時(shí)圖像可以直觀(guān)了解水閘的運行工況以及周?chē)h(huán)境?！ ∠到y建設主要分為控制樓監控中心和閘門(mén)現場(chǎng)監控裝置兩部分，監控中心為系統前置機和計算機網(wǎng)絡(luò )平臺及應用軟件組成，閘門(mén)現場(chǎng)監控裝置由圖像部分的攝像頭機位布置、閘門(mén)監控部件PLC的布置以及信息傳輸通道的建設?，F場(chǎng)通過(guò)PLC來(lái)控制閘門(mén)起閉設備，通過(guò)閘門(mén)開(kāi)度儀實(shí)時(shí)確定閘門(mén)的開(kāi)度，并通過(guò)水文水利計算，根據實(shí)測水文資料，自動(dòng)設定閘門(mén)開(kāi)度，提高自動(dòng)化控制程度，減少人工誤差。通過(guò)設立保護裝置，能對執行過(guò)程中發(fā)生的意外情況進(jìn)行及時(shí)處理。結合遠程圖像監控系統，可實(shí)現無(wú)人值守閘門(mén)自動(dòng)化控制。
2．5水庫優(yōu)化調度系統
優(yōu)化調度主要內容是當洪水來(lái)臨時(shí)在確保水庫防洪安全的條件下，根據下游河道的的泄洪能力，為灌溉用水提供最優(yōu)的庫容，制定洪水調度計劃。利用計算機水文遙測系統提供的水文資料和壩體滲壓自動(dòng)監測系統關(guān)于壩體的安全參數作為水庫防洪的決策依據。
2．6圖像監控系統
閉路電視監視系統是采用先進(jìn)的電子科技手段,對遠端場(chǎng)景進(jìn)行傳感成像、信號傳輸、集中監視、圖像記錄以及聯(lián)動(dòng)控制的安全技術(shù)防范和管理系統。計算機數字監視系統是監控報警業(yè)界的新型產(chǎn)品，它采用視頻圖像數字化壓縮記錄的形式，采用高性能的工業(yè)計算機，增加攝像機圖像輸入路數，提高多畫(huà)面圖像的顯示速率、增加對云臺和鏡頭的控制等功能，配之以良好的人機交互界面，便構成了以計算機為核心的數字式監視報警系統。
系統功能介紹
1.視頻動(dòng)態(tài)分布功能
2.多畫(huà)面顯示功能
3.圖像字符疊加功能
4.視頻報警功能
5.智能圖像檢測功能
6.可通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行遠程錄像查詢(xún)、回放、參數設置、實(shí)時(shí)監控
7.可程序控制錄像時(shí)間表、可自動(dòng)循環(huán)錄像
8.捕獲靜態(tài)畫(huà)面
9.儲存、回放、剪輯處理方便
10.自診斷功能
11.可靠性及可擴性
2．7辦公自動(dòng)化系統
根據水庫各辦公室職能分配其各自權限，分別進(jìn)行水庫信息化信息系統中共享數據的查詢(xún)。并通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò )共享系統外設資源，如打印機、掃描儀、數字化儀等，實(shí)現文件共享服務(wù)、FTP文件傳輸服務(wù)、Email電子信箱服務(wù)、網(wǎng)絡(luò )信息發(fā)布、局域網(wǎng)通訊服務(wù)等，可按信息化建設進(jìn)程分步實(shí)現財務(wù)電算化、人事勞資管理、物資管理、公文流轉、財務(wù)電算化等。
2．8Web綜合信息發(fā)布系統
水庫信息化系統中各子系統之間相互獨立，又有信息相關(guān)性，通過(guò)設立一個(gè)中心數據庫服務(wù)器，把各子系統中的信息經(jīng)過(guò)整理、提煉、挖掘后存放到數據庫中，減少了信息冗余度，并提高了信息的可靠性和科學(xué)性。用基于JAVA技術(shù)開(kāi)發(fā)Web綜合信息發(fā)布系統，根據各子系統的數據組織成相應的Web頁(yè)面發(fā)布信息，由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)頁(yè)面兩部分組成。靜態(tài)頁(yè)面是一些不變的信息，如工程概況、建筑物布置圖、系統構成圖等，動(dòng)態(tài)頁(yè)面即把服務(wù)器中存放的數據按照業(yè)務(wù)邏輯組織，以數據表格、圖形的方式顯示，達到實(shí)時(shí)、直觀(guān)的效果。
Web綜合信息發(fā)布系統由下列內容組成：
水庫工程概況
主要建筑物、儀器、設備圖片
大壩安全監測儀器分布圖
大壩安全監測數據日報表
大壩安全監測數據月報表
大壩安全監測各測點(diǎn)空隙水壓力計水位過(guò)程線(xiàn)
壩體內部水位浸潤線(xiàn)
水庫氣象數據
降雨量分布和降雨量過(guò)程線(xiàn)
水位報表和水位過(guò)程線(xiàn)
水電站電氣主接線(xiàn)圖
水電站系統配置圖
水電站遙測信息
水電站遙信信息
水電站電度量信息
水電站遙信變位記錄
水電站事件記錄
水電站監控報表查詢(xún)
圖像監控瀏覽
用基于JAVA技術(shù)開(kāi)發(fā)的Web綜合信息發(fā)布系統具有客戶(hù)端應用方便、可擴展性強和跨平臺應用的好處。一般客戶(hù)端機器的Windows操作系統內嵌有IE瀏覽器，只要連接在局域網(wǎng)上就可以直接訪(fǎng)問(wèn)Web綜合信息發(fā)布系統而勿需安裝其他軟件。服務(wù)器端增加一個(gè)遠程接入設備后，上級部門(mén)或遠程用戶(hù)撥號連接后也同樣可以訪(fǎng)問(wèn)綜合信息發(fā)布系統。用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)簡(jiǎn)潔方便，就象訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)資源一樣，根據網(wǎng)頁(yè)布置，進(jìn)入所需要的頁(yè)面，查詢(xún)相關(guān)信息。
3、系統配置
以EVOC嵌入式智能產(chǎn)品為例子，闡述系統配置如下：。
3.1、主機：
A、機箱：IPC-8420/PS-270A/6113LP4
B、主板：FSC-1711VN全長(cháng)CPU卡
C、數據采集卡：PCL-711B低成本多功能數據采集卡、PCL-73332路隔離數字輸入卡、PCL-73432路隔離數字輸出卡
3.2、服務(wù)器：
數據庫服務(wù)器IPC-810/PS-270A/6114P4+FSC-1711VN+P42.0G+512MDDR+80G
WWW服務(wù)器IPC-810/PS-270A/6114P4+FSC-1711VN+P42.0G+512MDDR+60G
3.3、遠程數據采集模塊：
ARK-14017（帶隔離6路差分和2路單端模擬輸入）
ARK-14021（單通道模擬輸出）
ARK-14052（帶隔離數字輸入模塊）
ARK-24520(RS-232至RS-485協(xié)議轉換器)
[系統評價(jià)]
信息智能化系統建成后，運行穩定，表現出良好的安全性和可靠性。消除了信息孤島，減少了數據冗余，提高了信息的可靠性和科學(xué)性?？焖俜奖愕男畔鬟f為上級部門(mén)正確決策提供了保證，同時(shí)也提高了水庫現代化管理水平，提高了工作效率。同時(shí)也為全國的水利信息化建設打下了基礎。
linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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