南水北调配套工程安全监测自动化系统设计

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1、南水北调配套工程安全监测自动化系统设计杜一飞黄河勘测规划设计有限公司摘要：文章介绍Y河南省南水北调配套工程安全监测自动化系统的棊本情况，对该系统的框架结构从管理职能和功能使用两个角度进行层次划分，阐述了安全监测自动化系统的设计思路，重点对数据采集、通信网络、供电、应用软件系统等儿个子系统的实施方案进行了详细说明，最后肯定了该系统的先进性和实用性。关键词：南水北调;安全监测;自动化;设计;作者简介：李毅男（1985-）,男，工程师，主耍从事大坝安全监测工作。收稿日期：2017-8-25Received：2017-8-251引言河南省南水北调配套工程安全监测自动化系统（以下简称“自

2、动化系统”）是“河南省南水北调受水区供水配套工程自动化调度与运行管理决策支持系统”一个重要的子系统，其工作主要内容是实现供水管线沿线各建筑物的位移、渗流、结构及环境量等数据信息的自动采集、自动传输、自动存储、自动化管理，冇关人员通过网络即可及时了解大坝的安全信息，真正实现远程管理与现场检查相结合的现代化工程运行管理模式，同时为水量调度系统、综合会商系统和工程管理系统提供告警异常、评价信息。2自动化系统概述该自动化系统工程线路长、跨区域协调难度大，工作内容主要包括：1个省级管理局安全监测中心安全监测应用系统及运行环境、8个市级管理处安全监测站应用系统及运行环境、各现地监测站信息采

3、集系统的设备采购及安装调试，其中8个管理处分别是:南阳管理处、平顶山管理处、许昌管理处、郑州管理处、焦作管理处、新乡管理处、鹤壁管理处和安阳管理处。自动化系统的前端是安全监测仪器，这些仪器被安装在沿线各管理处下辖的泵站及阀门井，安全监测项目主要有:渗压监测、土压力监测、位移监测、应力应变监测、水位监测、温度监测、降雨量监测等。监测站信息采集系统主要包括，自动采集单元（M⑶）、交换机、无线通讯模块、供电设施、机柜、接地装置、应用系统等。该自动化系统最终预计接入各类传感器900余支，配置自动采集单元（MOT）70余台。因此，结合中线配套工程的特点，建立一套稳定、可靠的自动化系统，设

4、计时不仅需要严格依据相关规范标准整体规划、全面考虑，更需要合理运用先进的信息化技术，确保系统的及时、准确。3系统框架结构3.1系统的管理结构从管理机构设置上，自动化系统的结构可分成三个层次，即省管理局安全监测屮心、各市管理处工作站和现地数据采集系统。右管理局安仝监测中心收集各管理处上报的所辖范围内建筑物运行安仝状况信息和结构异常信息，并对结构异常信息进行综合分析、核查和会商，提出处理意见和制定安全应急预案，并对数据分析和建筑物的评判信息进行发布。市管理处工作站主要是通过数据测量控制单元（M⑶）把接入本单元的各类传感器数据按照规定的时间间隔采集上来，将人工观测数据、巡视检查等信息

5、输入到计算机内，并按照规定的耍求通过计算机网络传送至管理局安全监测中心。现地数据采集系统主耍包含数据测量控制单元（MCU）、各类传感器、供电设施、底层通讯设施等。自动化系统的总体结构详见图1。3.2系统的功能结构从系统的功能划分，结构可分成三个层次，应用层、通信层和采集层。第一层：应用层:应用层也叫数据的管理与分析评价层，主耍包括管理局的安全监测中心、各工程管理处监测站所建立的安全监测数据输入、处理、管理、分析以及综合评价系统。第二层:通信层:系统的网络通信层包括木地局域网通信、广域M通信两部分。应用层通信采用全交换式以太网作为骨干网络，通过高档次交换机，实现与各子系统交换机的

6、网络连接，具体的连接情况见计算机网络专题。第三层:采集层:现地数据采集层由MCU、传感器以及通信设备等组成，独立完成本地安全监测点的数据采集和管理功能。4系统设计思路4.1数据采集测量控制单元（MCU）是该数据采集系统屮的重要节点，实现物理量的测量、A/D转换、数据存储、数据通信等功能。MCU由机箱、智能采集模块、接口模块、人工比测模块和电源模块组成。智能采集模块是MCU的核心，主要由CPU、时钟电路、存储器、数据通信电路、测量电路等组成，它控制M⑶的接U切换、数据采集、存储和通信等；由于MCU—般工作环境恶劣，机箱均需采用全密封防水机箱;电源模块由电源、变送器、充电器及电源端

7、子等组成;接门模块由切换电路和防雷电路组成，每支传感器接入MCU时均与避雷器相接;人工比测模块提供人工比测切换接口。4.2通信网络该自动化系统采用全分布式智能节点控制开放型的全网络结构。通信网络采用以太网与无线传输相结合的方式。安全监测自动化系统泵站监测站的所有M⑶采用RJ45网络通信连接到本系统的交换机，再经由网线连接到泵站网络节点（网络交换机上），这样RJ45网络通信接口与三层交换机相连，进而与配罝在安全监测中心、工程管理处的上级计算机安全监测系统连接。每个RJ45网络通信接1_1均有自