水利工程管理信息技術(shù)-水庫(kù)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

水庫(kù)工程的監(jiān)測(cè)自動(dòng)化采集系統(tǒng)一般由觀測(cè)點(diǎn)的遙測(cè)傳感器、遙控集線箱、數(shù)據(jù)自動(dòng)巡檢采集裝置及監(jiān)控中心中央控制單元(計(jì)算機(jī))等組成。從國(guó)際上看，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的布置形式根據(jù)不同工程情況朝多元化方向發(fā)展。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式按照數(shù)據(jù)的采集方式大體可分為三類，即集中式、分布式和混合式。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

（一）集中式所謂集中式，通常在大壩內(nèi)設(shè)一專門(mén)的監(jiān)測(cè)室，置放數(shù)據(jù)采集儀，分布于壩內(nèi)各測(cè)點(diǎn)處的傳感器通過(guò)電纜直接與數(shù)據(jù)采集儀相連，傳感器信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀傳輸?shù)綁瓮獗O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)上進(jìn)行存儲(chǔ)管理。這種系統(tǒng)適用于測(cè)點(diǎn)數(shù)量在200個(gè)以內(nèi)，布置相對(duì)集中，傳輸距離不遠(yuǎn)的工程，如圖6-22所示。圖6-22集中式采集系統(tǒng)示意圖大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

（二）分布式分布式采集系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)采集儀分散布置在靠近儀器的地方，俗稱測(cè)量控制單元(MCU)。系統(tǒng)對(duì)MCU的要求較高，MCU除執(zhí)行數(shù)據(jù)采集把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量(A/D)的功能外，還要具備一定的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能。MCU一般就近置于壩內(nèi)，要求其防潮性能要好，能適應(yīng)壩內(nèi)的惡劣環(huán)境。這種系統(tǒng)布置方式比較靈活，可靠性高、適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于測(cè)點(diǎn)眾多的大型水庫(kù)工程。系統(tǒng)的典型布置如圖6-23所示。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)基本功能要求系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能:①數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能:能自動(dòng)采集各類傳感器的輸出信一號(hào)，能把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；數(shù)據(jù)采集能適應(yīng)應(yīng)答式和自報(bào)式兩種方式，能按設(shè)定的方式自動(dòng)進(jìn)行定時(shí)測(cè)量，能接收命令進(jìn)行選點(diǎn)、巡回檢測(cè)及定時(shí)檢測(cè)。②掉電保護(hù)功能:在斷電情況下確保持續(xù)工作3d以上。③自檢、自診斷功能:能通過(guò)系統(tǒng)自身的巡檢逐級(jí)查找，并找到故障點(diǎn)。④現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程通信功能。⑤防雷及抗干擾功能。⑥數(shù)據(jù)異常報(bào)警及故障顯示功能。⑦數(shù)據(jù)備份功能。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)基本性能要求系統(tǒng)應(yīng)符合以下要求:①采樣時(shí)間:巡測(cè)時(shí)小于30min；單點(diǎn)采樣時(shí)小于3min。②測(cè)量周期為10min～30d,可調(diào)。③監(jiān)控室環(huán)境溫度保持20℃～300C；濕度保持不大于85%。④系統(tǒng)工作電壓為220(1±10%)V。⑤系統(tǒng)故障率不大于5%。⑥防雷電感應(yīng)為1000V。⑦采集裝置測(cè)量精度不低于規(guī)范對(duì)測(cè)量對(duì)象要求的精度。⑧采集裝置測(cè)量范圍滿足被測(cè)對(duì)象有效工作范圍的要求。⑨系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠地工作。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)照上述對(duì)系統(tǒng)功能和性能的要求，根據(jù)各水庫(kù)工程實(shí)際，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需從組成系統(tǒng)的三大部分入手，綜合考慮。1.監(jiān)測(cè)儀器系統(tǒng)接入監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的各監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢驗(yàn)，它們應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)部件少、容易維修，且可靠性高、穩(wěn)定性好，能在水庫(kù)工程的惡劣氣候條件下長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠地工作。監(jiān)測(cè)儀器的布設(shè)應(yīng)根據(jù)規(guī)范，結(jié)合水庫(kù)工程實(shí)際，有目的的考慮設(shè)計(jì)方案，做到重點(diǎn)突出、兼顧全面，滿足有效地監(jiān)控水庫(kù)工程安全運(yùn)行的需要。各監(jiān)測(cè)儀器的選擇應(yīng)在穩(wěn)定、可靠的基礎(chǔ)上力求其先進(jìn)性。應(yīng)優(yōu)先選用經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行考驗(yàn)的成熟的產(chǎn)品。為科學(xué)研究而設(shè)置的新儀器設(shè)備原則上不應(yīng)納入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)。在老監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級(jí)改造為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)時(shí)，設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)原有監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行檢驗(yàn)和鑒定，有選擇地將老儀器納入新監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)儀器與數(shù)據(jù)處理分析的中間連接部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)滿足前面監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本性能要求，并應(yīng)具備以下基本功能:①數(shù)據(jù)自動(dòng)采集:能按用戶設(shè)定的起始時(shí)間、監(jiān)測(cè)周期及條件，對(duì)接入系統(tǒng)的各種監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行自動(dòng)巡回檢測(cè)、選測(cè)、定時(shí)定點(diǎn)或連續(xù)監(jiān)測(cè)，并自選保存測(cè)量結(jié)果。②數(shù)據(jù)自動(dòng)處理:能對(duì)測(cè)值進(jìn)行可靠性檢查，越限時(shí)重測(cè)并報(bào)警；能對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并求得所需的物理量，對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、建立數(shù)據(jù)庫(kù)；能輸出顯示、拷貝、打印(繪制)有關(guān)監(jiān)測(cè)成果圖表等。③自動(dòng)數(shù)據(jù)采集與人工觀測(cè)相兼容:在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可由觀測(cè)人員用便攜式儀表進(jìn)行觀測(cè)。④人工鍵入功能:具有人工鍵入數(shù)據(jù)的功能，對(duì)人工測(cè)量的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查資料可人工進(jìn)機(jī)入庫(kù)。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

⑤適應(yīng)惡劣工作環(huán)境:系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境較為惡劣，有的露天布置，溫差大、濕度高、電磁于擾強(qiáng)、易遇雷擊等，因此要求系統(tǒng)具有很好的防潮、防雷等技術(shù)措施，以提高其環(huán)境適應(yīng)能力。⑥易擴(kuò)展、易維修和兼容性:系統(tǒng)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)的規(guī)模、監(jiān)測(cè)儀器的布設(shè)等可能隨著時(shí)間推移而變化，有新測(cè)點(diǎn)要接入、某些老測(cè)點(diǎn)要廢棄，這要求系統(tǒng)要有較好的擴(kuò)展性和兼容性；系統(tǒng)局部單元故障時(shí)，系統(tǒng)維修工作要求在較短時(shí)間內(nèi)完成，如更換元器件等，這要求有較好的易維修性。

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施⑦掉電保護(hù)、短期自供電、系統(tǒng)自檢、故障顯示:在電源突然中斷時(shí)，能保證系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)和參數(shù)不丟失，并能自動(dòng)上電，維持7d以上正常運(yùn)行；能對(duì)系統(tǒng)設(shè)備、電源、通訊狀態(tài)等進(jìn)行自檢，并顯示故障信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方式在設(shè)計(jì)時(shí)可在集中式、分布式和混合式三類方式中任選。對(duì)于監(jiān)測(cè)范圍廣、測(cè)點(diǎn)數(shù)量多、工程規(guī)模巨大的水庫(kù)工程，宜采用二級(jí)管理方案，即根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以建筑物為基本單元，將整個(gè)工程劃分為若干個(gè)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)再組成上一級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的管理。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施數(shù)據(jù)處理分析與監(jiān)控管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理分析與監(jiān)控管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)通訊設(shè)備、監(jiān)控中心監(jiān)控主機(jī)、管理計(jì)算機(jī)及監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)軟件。為適應(yīng)水庫(kù)工程安全管理工作的需要，系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能:①在線實(shí)時(shí)監(jiān)控:在數(shù)據(jù)自動(dòng)采集的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，其核心是在線快速安全評(píng)估，即一次數(shù)據(jù)采集(包括人工采集后輸入的數(shù)據(jù))完成后，利用該次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的變化速率與監(jiān)控指標(biāo)(監(jiān)控模型或某一界限值)進(jìn)行對(duì)比、檢驗(yàn)，若實(shí)測(cè)值超限，則進(jìn)行復(fù)測(cè)和再次對(duì)比、檢驗(yàn)，最終對(duì)實(shí)測(cè)值是否異常做簡(jiǎn)單、快速的評(píng)估與判斷；用戶可以在屏幕上方便地查看到主要監(jiān)控測(cè)點(diǎn)的具體狀況(實(shí)測(cè)值、預(yù)報(bào)值、警戒值等)。②監(jiān)測(cè)資料管理:建立監(jiān)測(cè)資料整編數(shù)據(jù)庫(kù)，可繼續(xù)保留原始測(cè)值數(shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)整編庫(kù)中的監(jiān)測(cè)資料可靈活地進(jìn)行插入、刪除、修改、查詢等；輸入或修改工程安全巡視檢查記錄；對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

③監(jiān)測(cè)資料查詢:通過(guò)設(shè)置快速導(dǎo)航樹(shù)形測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、測(cè)點(diǎn)表、儀器類型表，首先能在空間上快速定位欲查詢的測(cè)點(diǎn)或測(cè)點(diǎn)組，在此基礎(chǔ)上只要指定查詢的時(shí)間區(qū)間后，用戶就能立刻查到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；用戶可將已查到的監(jiān)測(cè)資料導(dǎo)出保存到本地機(jī)處理。④監(jiān)測(cè)資料離線分析評(píng)價(jià):對(duì)長(zhǎng)系列歷史資料進(jìn)行全面分析，分析項(xiàng)目包括變形、滲流、接裂縫、環(huán)境量等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目；分析模型以統(tǒng)計(jì)模型為主，也可根據(jù)需要建立混合模型或確定性模型；模型的候選因子種類包括溫度、水位、降雨、時(shí)效，因子數(shù)可根據(jù)需要自行增加；軟件能根據(jù)需要用圖表形式醒目地顯示分析結(jié)果，并能將成果立即打印到紙張上，輸出結(jié)果主要應(yīng)有模型方程、模型參數(shù)、各分量分解結(jié)果及統(tǒng)計(jì)值、監(jiān)測(cè)量的擬合和分解圖等。

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施⑤報(bào)表制作:按水庫(kù)工程規(guī)范化管理的要求，將監(jiān)測(cè)成果按規(guī)定的格式進(jìn)行整理，以便存檔和上報(bào)。⑥水庫(kù)工程安全檔案管理:能對(duì)安全監(jiān)測(cè)有關(guān)的技術(shù)文件、工程圖紙、重要圖片等進(jìn)行管理，制作報(bào)表、工程安全冊(cè)等。⑦可靠、靈活的通信:可采用一種以上的并存的通信方式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮水庫(kù)工程管理工作的需要。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

系統(tǒng)的實(shí)施：自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施前，需先對(duì)原有的監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行全面鑒定和評(píng)價(jià)，完善監(jiān)測(cè)設(shè)施，配齊必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，提高監(jiān)測(cè)精度、穩(wěn)定性和可靠性，滿足規(guī)范的基本要求。在此基礎(chǔ)上再考慮對(duì)必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)逐步穩(wěn)妥地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。“總體設(shè)計(jì)、分步實(shí)施”是國(guó)內(nèi)水庫(kù)工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施時(shí)目前較普遍的觀點(diǎn)。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置要堅(jiān)持少而精和經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、有效的原則，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的前提下，采用國(guó)內(nèi)外成熟的先進(jìn)技術(shù)。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)選型：監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)選型時(shí)，應(yīng)全面規(guī)劃、統(tǒng)一考慮，強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三個(gè)組成部分的有機(jī)結(jié)合，保證系統(tǒng)功能的完整性。系統(tǒng)選型前，可選擇類似工程和相關(guān)儀器設(shè)備廠家進(jìn)行調(diào)研，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和資料來(lái)分析和確定系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)、可靠性和測(cè)量精度是否符合工程需要。監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)充分考慮工程特點(diǎn)和系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，選擇合適的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備來(lái)滿足工程安全監(jiān)測(cè)的需要。如儀器的量程、儀器設(shè)備所適用的環(huán)境等。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)水庫(kù)工程一般地處山區(qū)，屬多雷區(qū)，系統(tǒng)的防雷是不可或缺的重要內(nèi)容。自動(dòng)化系統(tǒng)必需有良好的接地，其接地網(wǎng)不能與高壓電氣設(shè)備的接地網(wǎng)合用，以免造成干擾。接地網(wǎng)宜優(yōu)先采用環(huán)形網(wǎng)，并采取良好的防腐防銹措施。每個(gè)數(shù)據(jù)采集單元等處均應(yīng)設(shè)置接地網(wǎng)接入點(diǎn)，設(shè)備接地前應(yīng)測(cè)量相應(yīng)的接地電阻，一般要求接地電阻不大于4Ω。采用光纖通訊是提高系統(tǒng)抗雷擊能力的有效措施。儀器電纜的選用和保護(hù)

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施電纜作為監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸通道，其質(zhì)量、性能的好壞直接影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。根據(jù)工程運(yùn)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，電纜的護(hù)套要具有抗老化、耐水壓、耐高溫差、抗高壓等性能；電纜的芯線間要求電阻差要小，并符合規(guī)范要求；電纜還應(yīng)具有一定的抗拉、抗壓等機(jī)械性能；有屏蔽要求的電纜應(yīng)具有良好的屏蔽效果。電纜應(yīng)盡量沿最短路線敷設(shè)，并盡可能避開(kāi)高壓線路，以減少干擾。壩外布置的電纜應(yīng)盡量少用或不用架空線，宜采用埋線并外套鋼管保護(hù)，以利于防雷擊；壩內(nèi)電纜的保護(hù)可采用硬質(zhì)工程塑料管。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的考核與驗(yàn)收目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)有關(guān)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的考核與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)已有的國(guó)內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)的考核驗(yàn)收可從以下兩方面進(jìn)行:(1)出廠或安裝前的驗(yàn)收在監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備出廠前或安裝前，對(duì)儀器的制造、組裝等質(zhì)量進(jìn)行細(xì)致的檢查驗(yàn)收，并對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核測(cè)試，所有指標(biāo)合格后方能投入安裝使用。(2)試運(yùn)行期的考核監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試成功，經(jīng)合同雙方同意后，系統(tǒng)可正式投入一年試運(yùn)行。系統(tǒng)試運(yùn)行期間應(yīng)同時(shí)進(jìn)行人工對(duì)比觀測(cè)。試運(yùn)行期考核內(nèi)容主要有:①系統(tǒng)功能考核:對(duì)數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)硬件和數(shù)據(jù)處理、分析、管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行考核，考察系統(tǒng)功能是否滿足設(shè)計(jì)和合同文件的要求，對(duì)各項(xiàng)功能指標(biāo)逐項(xiàng)進(jìn)行測(cè)定考核。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

②系統(tǒng)測(cè)量精度考核:系統(tǒng)測(cè)量精度應(yīng)在滿足有關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)和合同文件要求的前提下，達(dá)到廠家給定的各種精度指標(biāo)。③人工對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)考核:主要對(duì)比分析觀測(cè)資料過(guò)程線和觀測(cè)值的方差。過(guò)程線對(duì)比采用在相同時(shí)間和測(cè)次的二者的觀測(cè)數(shù)據(jù)過(guò)程線進(jìn)行比較，分析其變化規(guī)律是否一致(因人工測(cè)次少、自動(dòng)測(cè)次多，一般從自動(dòng)化數(shù)據(jù)中挑選與人工測(cè)次相同的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較)。方差分析通常采用2倍均方差作為測(cè)值誤差的限值，比較同一測(cè)次中人工測(cè)值與自動(dòng)化測(cè)值之差是否在允許的誤差范圍內(nèi)。④數(shù)據(jù)缺失率考核:以人工測(cè)值為基準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)試運(yùn)行過(guò)程中明顯的錯(cuò)誤測(cè)值、超限測(cè)值、缺失數(shù)據(jù)等的個(gè)數(shù)，與系統(tǒng)應(yīng)該有正確觀測(cè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)比較而得出的百分率。其中要求人工觀測(cè)數(shù)據(jù)精度必須穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)因人員誤操作、非系統(tǒng)本身原因等造成的數(shù)據(jù)缺失，不計(jì)數(shù)。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

⑤系統(tǒng)可靠性(故障率)考核:因系統(tǒng)儀器或設(shè)備原因造成系統(tǒng)整體或局部不能正常工作，導(dǎo)致無(wú)法測(cè)得正確數(shù)據(jù)稱為系統(tǒng)出現(xiàn)故障。主要考核系統(tǒng)中傳感器和數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)運(yùn)行的故障率或平均無(wú)故障T作時(shí)間，一般要求系統(tǒng)故障率≤1.0%，或系統(tǒng)平均無(wú)故障工作時(shí)間>8000h。其他實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，不能忽視巡視檢查和人工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。應(yīng)考慮到儀器監(jiān)測(cè)在空間上和時(shí)間上的不連續(xù)性，不可避免地會(huì)使一些工程安全隱患在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器的范圍和時(shí)間內(nèi)漏掉，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器的零位誤差等有時(shí)也需要靠人工觀測(cè)儀器來(lái)發(fā)現(xiàn)和糾正。相關(guān)的監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范中也明確規(guī)定監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，應(yīng)與人工觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步比測(cè)。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的的運(yùn)行維護(hù)與管理大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的的運(yùn)行維護(hù)與管理(一)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理原則：建立健全規(guī)范化、制度化、標(biāo)準(zhǔn)化的管理機(jī)制。滿足現(xiàn)行水庫(kù)工程安全監(jiān)測(cè)規(guī)范的要求。充分利用科研院所的技術(shù)力量服務(wù)于水庫(kù)工程的安全監(jiān)測(cè)工作。如工程監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化、監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施、監(jiān)測(cè)資料分析手段的更新等。對(duì)已運(yùn)行多年的水庫(kù)工程，應(yīng)立足工程實(shí)際，充分利用原有的測(cè)點(diǎn)和設(shè)備，適當(dāng)實(shí)施更改和新增，使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理。系統(tǒng)所采用的儀器設(shè)備，優(yōu)先考慮采用國(guó)內(nèi)成熟產(chǎn)品，要求低故障、高可靠。水庫(kù)工程相關(guān)管理人員應(yīng)積極參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)布設(shè)提出主導(dǎo)意見(jiàn)。根據(jù)工程管理實(shí)際狀況，結(jié)合科研和更改項(xiàng)目，建立一支具有不同層次的水庫(kù)工程監(jiān)測(cè)隊(duì)伍。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的的運(yùn)行維護(hù)與管理(二)運(yùn)行時(shí)應(yīng)做好的事項(xiàng):應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)每年進(jìn)行一次系統(tǒng)檢查，做好正式記錄，存檔備查。應(yīng)設(shè)法改善測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)站的工作環(huán)境，不允許水滴直接濺落到監(jiān)測(cè)設(shè)備上，應(yīng)盡量避免氣流對(duì)垂線和引張線造成的振蕩應(yīng)對(duì)量水堰進(jìn)行定期清理，防止排水析出物及其他雜物附著在堰板上，影響流量測(cè)量的精度。必須對(duì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)加以防護(hù)，并做到:系統(tǒng)采用專用電源供電，不應(yīng)直接用現(xiàn)場(chǎng)照明電源；系統(tǒng)電源有穩(wěn)壓及過(guò)電壓保護(hù)措施，以避免受當(dāng)?shù)仉娫床▌?dòng)過(guò)大的影響。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要構(gòu)成大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要構(gòu)成

一個(gè)完整的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)包括三大部分，分別為監(jiān)測(cè)儀器(主要為各類傳感器)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理分析監(jiān)控管理系統(tǒng)（一）、監(jiān)測(cè)儀器系統(tǒng)我國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始研制和生產(chǎn)大壩安全監(jiān)測(cè)儀器。經(jīng)過(guò)幾十年的不斷努力，在儀器的種類、性能和自動(dòng)化程度上均有較大的發(fā)展。目前已有差動(dòng)電阻式、鋼弦式、電容式、電感式、步進(jìn)電機(jī)式、電磁差動(dòng)式、差動(dòng)變壓式等10余種。在實(shí)際工程應(yīng)用中效果較好，具代表性的主要有:①電容式和步進(jìn)電機(jī)式垂線坐標(biāo)儀、引張線儀；②鋼弦式、差動(dòng)變壓式多點(diǎn)變位計(jì)；③伺服加速度計(jì)式鉆孔測(cè)斜儀；

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要構(gòu)成④電感式、鋼弦式、差動(dòng)電阻式、壓阻式滲壓計(jì)；⑤電容式、差動(dòng)變壓器式液體靜力水準(zhǔn)遙測(cè)裝置；⑥采用密封式激光點(diǎn)光源、光電藕合器件CCD作傳感器的新型波帶板、真空泵自動(dòng)循環(huán)冷卻水裝置等新技術(shù)的真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)⑦采用液壓平衡原理新研制的差動(dòng)電阻式應(yīng)變計(jì)和測(cè)縫計(jì)；⑧適應(yīng)高土石壩，特別是高混凝土面板堆石壩要求的大量程位移計(jì)和測(cè)縫計(jì)等。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要構(gòu)成

（二）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)我國(guó)對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的研究，始于20世紀(jì)70年代末，80年代有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，進(jìn)入90年代中期后，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等的發(fā)展和國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)，有多種型號(hào)的大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)先后研制成功，顯著提高了我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、可靠性和適用性。國(guó)內(nèi)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)按采集方式分為集中式、分布式和混合式三類，具代表性的有DAMS型、IX}型,I_N1018型等系統(tǒng)。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例(一)改造前已有的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目(人工觀測(cè))1.垂直位移監(jiān)測(cè)采用一等水準(zhǔn)網(wǎng)控制測(cè)量，具體測(cè)點(diǎn)為:①水準(zhǔn)基點(diǎn)網(wǎng)遠(yuǎn)離壩區(qū)1km以外，由4個(gè)點(diǎn)組成，為沖1-沖44點(diǎn)。②工作基點(diǎn)網(wǎng)位于壩區(qū)內(nèi)，由7個(gè)點(diǎn)組成。③垂直位移觀測(cè)點(diǎn)，壩頂沉降觀測(cè)點(diǎn)共7點(diǎn)，壩基沉降觀測(cè)點(diǎn)共22點(diǎn)。2.水平位移監(jiān)測(cè)采用垂線法，共設(shè)置了20條正垂線和3條倒垂線。采用的儀器分別為CG-2A型垂線觀測(cè)儀23臺(tái)、ZT-400型正垂設(shè)備20套、YT-400型倒垂設(shè)備3套。

3.裂縫監(jiān)測(cè)在重點(diǎn)壩垛的重要裂縫上布設(shè)25支CF-5差動(dòng)電阻式測(cè)縫計(jì)，用SQB-2型數(shù)字式水工比例電橋測(cè)量。4.溫度監(jiān)測(cè)電阻溫度計(jì)共40支，其中壩基溫度計(jì)6支，垛墻混凝土溫度計(jì)10支，垛內(nèi)氣溫計(jì)10支，水溫計(jì)14支。5.環(huán)境量監(jiān)測(cè)①氣溫:在壩頂設(shè)有四臺(tái)溫度自記鐘；②庫(kù)水位；③雨量。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例(二)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)是根據(jù)國(guó)家大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，在原有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行補(bǔ)充完善，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行更新改造而成。大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由安裝在大壩內(nèi)的12個(gè)分布式數(shù)據(jù)采集單元DAU和安裝在水庫(kù)管理中心的大壩安全監(jiān)控管理系統(tǒng)組成。水庫(kù)管理中心與現(xiàn)場(chǎng)DAU之間由通信光纜聯(lián)接，通訊方式為RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線(CANBus)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元DAU由安裝在管理中心的監(jiān)控主機(jī)統(tǒng)一控制采集數(shù)據(jù)。

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例1.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目(1)位移監(jiān)測(cè)垂直位移仍采用人工觀測(cè)，但觀測(cè)資料納入監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。大壩水平位移觀測(cè)采用垂線法，20條正垂線、3條倒垂線，共23個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均采用電容式垂線坐標(biāo)儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。(2)繞壩滲流及地下水位新增繞壩滲流觀測(cè)點(diǎn)共11個(gè)；新增地下水位觀測(cè)點(diǎn)共21個(gè)。上述觀測(cè)點(diǎn)均采用振弦式壓力傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例(3)應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)新增鋼筋應(yīng)力計(jì)共17支，新增滲壓計(jì)(垛墻硅)共6支，新增測(cè)縫計(jì)共18支，新增16個(gè)溫度計(jì)(垛內(nèi)氣溫、垛墻硅溫度各8個(gè))，新增4個(gè)保溫層溫度測(cè)點(diǎn)(拱圈、通氣孔各2個(gè))。以上均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。原有內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)經(jīng)檢測(cè)符合自動(dòng)化要求的溫度計(jì)34支、測(cè)縫計(jì)22支，共56支(電阻式)也實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。(4)環(huán)境量監(jiān)測(cè)新增老廠尾水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)(振弦式))1個(gè)和地區(qū)氣溫(電阻式))1個(gè)，這2個(gè)點(diǎn)納入自動(dòng)化系統(tǒng)。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例2.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器選型自動(dòng)化儀器選型原則:在滿足精度要求的前提下，考慮其技術(shù)先進(jìn)性、可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并且有工程成功應(yīng)用實(shí)例。①優(yōu)先采用國(guó)內(nèi)成熟的產(chǎn)品(通過(guò)省部級(jí)鑒定的產(chǎn)品)，并且盡量采用統(tǒng)一類型的監(jiān)測(cè)儀器，以減少系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜性。②監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能要求是低故障率、高可靠性，確保自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)既實(shí)用又能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。③采用的監(jiān)測(cè)儀器和數(shù)據(jù)采集單元的生產(chǎn)廠家要具有技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局頒發(fā)的計(jì)量產(chǎn)品許可證。④組成的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可維護(hù)性好，易于擴(kuò)展，且滿足《混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》和《大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》的有關(guān)規(guī)定。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例3.數(shù)據(jù)采集單元本系統(tǒng)選用南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的DAU-2000系列分布式數(shù)據(jù)采集單元。外形及內(nèi)部布置見(jiàn)圖6-24。圖6-24DAU-2000分布式數(shù)據(jù)采集單元大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例4.監(jiān)控管理系統(tǒng)監(jiān)控管理系統(tǒng)主要介紹在線監(jiān)測(cè)、圖形報(bào)表、離線分析、測(cè)值預(yù)報(bào)和數(shù)據(jù)管理。(1)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)程測(cè)量、入庫(kù)、計(jì)算、安全評(píng)估自動(dòng)化。系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測(cè)值計(jì)算整編、在線快速安全評(píng)估(實(shí)時(shí)監(jiān)控)三個(gè)主要部分。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖6-25。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例①數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，定時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)異常懷疑點(diǎn)自動(dòng)復(fù)測(cè)，對(duì)報(bào)警測(cè)點(diǎn)可以發(fā)送報(bào)警消息，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”功能。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可以直觀地顯示監(jiān)測(cè)儀器布置圖、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置圖，用戶直接在圖上選擇測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量、查詢監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、繪制過(guò)程線以及查詢測(cè)點(diǎn)的屬性。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示界面由用戶自己定制，可以選擇以過(guò)程線、分布圖或數(shù)據(jù)的方式來(lái)實(shí)時(shí)顯示自己關(guān)注的測(cè)點(diǎn)組合的測(cè)值。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)允許通過(guò)管理單位局域網(wǎng)登錄監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的異地控制。②成果計(jì)算整編測(cè)值計(jì)算整編具有獨(dú)立的用戶界面，可對(duì)任一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行公式的編輯、查詢，計(jì)算方案可以任意設(shè)置，缺省為處理所有最新測(cè)值。對(duì)常見(jiàn)觀測(cè)項(xiàng)目的計(jì)算方法提供詳細(xì)的在線幫助。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例③在線評(píng)估(實(shí)時(shí)監(jiān)控)在線評(píng)估模塊，提供對(duì)評(píng)判準(zhǔn)則的管理、評(píng)判方案的設(shè)置。該模塊主要包括:a.監(jiān)控準(zhǔn)則主要包括時(shí)空分析評(píng)判準(zhǔn)則、力學(xué)規(guī)律評(píng)判準(zhǔn)則、數(shù)控模型評(píng)判準(zhǔn)則、監(jiān)控指標(biāo)評(píng)判準(zhǔn)則、日常巡視評(píng)判準(zhǔn)則、關(guān)鍵問(wèn)題評(píng)判準(zhǔn)則等評(píng)判準(zhǔn)則。b.自動(dòng)監(jiān)控主要是利用已有的準(zhǔn)則對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)的在線分析評(píng)價(jià)，判別測(cè)值的性質(zhì)是正常、基本正常、疑點(diǎn)或異常。對(duì)異?；蛞牲c(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同級(jí)別的報(bào)警。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例c.準(zhǔn)則的管理和維護(hù)準(zhǔn)則分為靜態(tài)準(zhǔn)則與動(dòng)態(tài)準(zhǔn)則。系統(tǒng)的準(zhǔn)則管理和維護(hù)通過(guò)準(zhǔn)則管理模塊來(lái)完成。主要功能是準(zhǔn)則庫(kù)的建立與撤銷；準(zhǔn)則的修改、插入、刪除、查詢、打??；準(zhǔn)則的一致性、冗余性檢查；準(zhǔn)則庫(kù)的重組。最新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)判結(jié)果在監(jiān)測(cè)儀器布置圖中實(shí)時(shí)顯示或在用戶定義的表格中顯示。

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例2)圖形報(bào)表系統(tǒng)圖形報(bào)表系統(tǒng)提供豐富的圖表控件供用戶根據(jù)需要編輯形成各類圖形、報(bào)表。系統(tǒng)分為圖表編輯器和圖表顯示器兩部分。圖表編輯器生成圖表模板，調(diào)用圖表模板可生成相應(yīng)的圖表供保存、打印，該圖表還可根據(jù)需要生成WEB網(wǎng)頁(yè)。圖形控件包括歷史過(guò)程線控件、日過(guò)程線控件、揚(yáng)壓力方塊圖控件、分布圖控件、相關(guān)圖控件、統(tǒng)計(jì)圖等；報(bào)表控件包括年報(bào)、季報(bào)、月報(bào)、旬報(bào)、日?qǐng)?bào)、年鑒和匯總報(bào)表等控件。對(duì)于同一數(shù)據(jù)的報(bào)表控件和圖形控件，用戶可以在圖形或報(bào)表上直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，報(bào)表和圖形均實(shí)時(shí)反映修改的結(jié)果，但不影響原始數(shù)據(jù)庫(kù)。圖表控件還包括對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀況的統(tǒng)計(jì)分析控件，如按項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)測(cè)點(diǎn)、按壩段統(tǒng)計(jì)測(cè)點(diǎn)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集缺失率、儀器完好率統(tǒng)計(jì)等。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例(3)離線分析系統(tǒng)離線分析系統(tǒng)主要用于對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算分析，評(píng)估大壩的實(shí)際運(yùn)行性態(tài)。將實(shí)測(cè)值換算成標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)量，根據(jù)各類儀器特性對(duì)各監(jiān)測(cè)量進(jìn)行誤差檢驗(yàn)(包括粗差、偶然誤差、系統(tǒng)誤差等)；提供各種計(jì)算分析模型；提供各種可選的分析因子，如水壓、溫度(氣溫、壩溫)和時(shí)效因子等，供用戶任意組合選用；提供豐富的圖形和表格功能，使整個(gè)分析過(guò)程窗口化，分析結(jié)果圖表化。離線分析系統(tǒng)功能框如圖6-26，系統(tǒng)有以下特點(diǎn):大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例①集多元線性回歸分析、典型相關(guān)分析和主成分分析的基本功能為一體，實(shí)現(xiàn)多因變量的回歸建模，可有效地克服自變量之間的多重相關(guān)在系統(tǒng)建模中的的不良作用。②對(duì)各類監(jiān)測(cè)量進(jìn)行計(jì)算分析，建立包括統(tǒng)計(jì)模型、混合模型和確定性模型在內(nèi)的單點(diǎn)及分布模型，滿足多種不同需求。③能進(jìn)行大規(guī)模批處理，在相同的因子組合條件下，對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)以及多個(gè)分析時(shí)段同時(shí)進(jìn)行分析和建模，高效快速。④直接在監(jiān)測(cè)布置圖上點(diǎn)取分析對(duì)象，在測(cè)值過(guò)程圖上截取分析時(shí)段，直觀方便。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程案例⑤對(duì)因子的選用、組合及分類靈活多樣，隨意性強(qiáng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的操作即可組合出數(shù)量眾多的因子。⑥根據(jù)分析對(duì)象群、計(jì)算時(shí)段和因子組合等自動(dòng)生成計(jì)算所需的全部數(shù)據(jù)，用戶無(wú)須進(jìn)行大量樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作。⑦計(jì)算結(jié)果和模型方程圖表化程度高，直觀性強(qiáng)，各圖表的相互切換方便快捷。分析系統(tǒng)具有一定的智能，