大壩安全監測中的UC7420應用技術(shù)方案
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首先，從水庫的環(huán)境出發(fā)，由于大壩的環(huán)境復雜性，山區的供電設施比較落后，每逢雷雨天氣，供電經(jīng)常中斷，還有大雪的天氣也不例外，加上我國近幾年都有電力供應緊張的時(shí)段，對一些邊遠山區進(jìn)行限電也時(shí)有發(fā)生。所以大壩安全監測系統因缺“糧”就失去了它應有的活力。
其次，從UC7420的功能來(lái)說(shuō)，Moxa UC一7420采用IntellXP-422 XScak CPU，這款處理器是專(zhuān)門(mén)為網(wǎng)絡(luò )應用而設計的，所以它非常適合處理網(wǎng)絡(luò )傳輸。系統整體消耗電源非常低，只有12 W，UC74120已經(jīng)預裝Linux，這意味著(zhù)用戶(hù)在開(kāi)發(fā)上可以省出大量的時(shí)間和精力，而不必再費力的選擇操作系統?？傊?，路由器的制造者可以用UC7420作為平臺很快的開(kāi)發(fā)出路由應用。另一個(gè)重點(diǎn)是安全，特別是當路由器把數據包從internet轉發(fā)到內部局域網(wǎng)時(shí)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，UC7420支持用IP TabIe來(lái)架設防火墻，還有OpenSSL、OpenVPN、openSSH和IPSec。此外，硬件加密為更安全的通信打下良好的基礎。UC74120帶有2個(gè)支持PPPoE的網(wǎng)口，自帶的RS232口可以對UC7420進(jìn)行遠程配置和當網(wǎng)絡(luò )斷掉時(shí)可以通過(guò)它進(jìn)行配置和監視。UC7420主要的功能之一就是可編程性，可以用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)特制的機器操作程序。例如，UC可以編程用于監測采集水庫的各種重要數據。另外，UC7420的無(wú)風(fēng)扇、無(wú)硬盤(pán)設計，可提供更長(cháng)的不間斷工作時(shí)間，CF卡插槽可以擴展到干兆級存儲空間，可編程能力給用戶(hù)提供無(wú)限可能。
2.1 大壩安全監測系統的簡(jiǎn)介
大壩安全監測系統主要分為兩部分：一是監控系統，二是管理系統。監控系統包括：自動(dòng)數據采集、離線(xiàn)分析、參數設置、數據存儲和數據查詢(xún)等。管理系統主要包括：查詢(xún)分析、二次處理、防洪調度、水情預報和報表輸出等。UC7420在大壩安全監測系統中主要是取代了監控系統中的數據采集子系統，其所采集的數據主要有：大壩測壓管水位、壩體滲流量、庫水位、雨量、大壩溫度等。
大壩安全監測系統要求其反映出大壩現狀情況。為確保數據采集不會(huì )因為停電，而使PC不能采集數據(數據丟失)，失去監測功能，利用UC7420嵌入式計算機，單獨蓄電池供電，即使現場(chǎng)因故停電，UC7420數據采集子系統也依然可以發(fā)揮它本有的功能，并且讓采集回來(lái)的數據暫時(shí)存放在UC7420上，待PC機取數。
2.2系統總體結構圖
下面以江西分宜縣彰湖水庫大壩安全監測系統為例，來(lái)說(shuō)明UC在大壩安全監測中的具體應用，水庫有主壩與副壩，結構如圖l所示。
圖1中，離線(xiàn)管理機通過(guò)COMl發(fā)送取數據指令到UC7420(主壩)，當UC7420收到取數據指令時(shí)，立即將存放在自身的數據全部發(fā)送到離線(xiàn)管理機，并清除保存在自身的全部數據；同時(shí)，通過(guò)COM2發(fā)送同樣的取數據指令到另一UC7420(副壩)，當副壩UC7420收到取數據指令，也完成與主壩UC7420同樣的操作。由于副壩距離水庫控制室較遠(1 km外)，所以COM2經(jīng)電臺與副壩的UC7420實(shí)現指令傳送和數據傳送。由于UC7420在整個(gè)大壩安全監測系統中是一個(gè)獨立的數據采集子系統，結合圖1的結構，下面深入說(shuō)明UC7420中的數據采集子系統。
圖1下半部分是UC7420數據采集子系統結構。首先，UC7420定時(shí)發(fā)送數據采集指令，由研華模塊ADAM4520將其RS232信號轉變成RS485信號。由于考慮到系統的節能與設備壽命問(wèn)題，RS485信號再經(jīng)研華的AD―AM4050繼電器模塊來(lái)控制其他的電源與信號。系統工作時(shí)，先讓UC發(fā)送繼電器吸合指令，然后再發(fā)送數據采集指令。具體流程如圖2所示。
數據采集系統每間隔1小時(shí)對大壩情況采集一次數據，并且將采集回來(lái)的數據暫時(shí)存放在UC7420上，高端軟件也是每間隔l小時(shí)發(fā)送一次取數據指令。當UC7420收到高端的取數據指令時(shí)，將存放在自身的所有數據一起發(fā)送到離線(xiàn)管理機上，讓離線(xiàn)管理機進(jìn)一步處理分析。由于考慮到系統測試問(wèn)題，高端軟件也可以通過(guò)鼠標或者鍵盤(pán)操作，發(fā)送一個(gè)手動(dòng)的數據采集測試指令，當UC7420收到手動(dòng)測試指令時(shí)，UC7420立即對大壩情況進(jìn)行一次數據采集，并且將所采集到的數據發(fā)送給高端軟件，供觀(guān)察與分析。
UC7420在彰湖水庫大壩安全監測系統中已經(jīng)運行了一年，系統運作正常，為彰湖水庫的大壩安全提供了可靠的保證。但是，隨著(zhù)信息化的推廣，大壩安全監測應主動(dòng)適應時(shí)代要求，走向網(wǎng)絡(luò )化、智能化，采用網(wǎng)絡(luò )數據庫、Internet／Intranet技術(shù)，建立全地區，全省乃之于全國的大壩安全監測信息網(wǎng)，這是時(shí)代要求，更是我們在UC基礎上即將開(kāi)始的下一目標。
通過(guò)UC7420在彰湖水庫大壩安全監測系統中的應用，進(jìn)一步了解到UC7420不僅可傳送RS232信號，還支持RS485的信號傳輸，所以彰湖水庫大壩安全監測系統數據采集子系統中所采用的研華ADAM4520信號轉換模塊在今后的類(lèi)似開(kāi)發(fā)中可以省略，只需直接初始化串口為RS485信號，這樣既節省系統中的設備費用，也減少了ADAM4520模塊設備的安裝。UC7420的網(wǎng)絡(luò )信息化，對于彰湖水庫大壩安全監測系統是一個(gè)空白，完善UC7420的網(wǎng)絡(luò )信息化，是在開(kāi)發(fā)大壩安全監測系統中需要彌補的一個(gè)漏洞。
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