金灣水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)金灣水電站位于黑龍江省右岸第一支流法郎河的中游。這是一個(gè)以發(fā)電和防洪為重點(diǎn)的節(jié)水水庫(kù)。既有27mw的電氣孔，最大的水庫(kù)高52m。水庫(kù)類(lèi)型為心墻樁水庫(kù)。工程采取了大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),于2006年開(kāi)工建設(shè),預(yù)計(jì)2009年建成發(fā)電。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍發(fā)展趨勢(shì),國(guó)內(nèi)有不少土石壩已成功實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)能夠保證觀(guān)測(cè)質(zhì)量,可根據(jù)需要加密測(cè)次并迅速處理所獲資料,從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況,采取對(duì)策,確保大壩安全。2自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選取根據(jù)金灣水電站工程大壩的形式及工程等級(jí),擬選取以下自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目:1)壩基滲流壓力;2)溢洪道堰基滲流壓力(揚(yáng)壓力);3)大壩滲流量;4)繞壩滲流;5)大壩心墻應(yīng)變。3監(jiān)控配置方案1滲壓計(jì)的設(shè)置選取3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面(樁號(hào)分別為:0+070m、0+180m、0+290m)。在壩基與壩體的接觸面上,截滲槽的上下游兩側(cè)、馬道附近以及排水體前緣等處分別布設(shè)滲壓計(jì),每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置4支,共計(jì)布設(shè)12支滲壓計(jì)。另外在左右壩肩各布設(shè)2支滲壓計(jì),以監(jiān)測(cè)大壩繞滲。21對(duì)溢流槽底板的壓力監(jiān)測(cè)在溢洪道閘室前后、兩側(cè)分別布設(shè)6支滲壓計(jì)(兩邊孔底板下),用來(lái)監(jiān)測(cè)溢洪道泄槽底板的揚(yáng)壓力。32滲透在下游壩址附近設(shè)導(dǎo)滲溝、排水溝,在出口設(shè)量水堰測(cè)其出逸流量。4主墻的突變?cè)谛膲Χy(cè)布置測(cè)壓儀和變形儀,監(jiān)測(cè)心墻應(yīng)變。4系統(tǒng)的組成4.1自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在土石壩壩系工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)是集工程建筑物、傳感器、多功能采集設(shè)備、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和通信技術(shù)于一體的系統(tǒng)工程。由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)站(運(yùn)行遙測(cè)監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)處理及管理等軟件)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)和傳輸介質(zhì)3部分組成。結(jié)合目前國(guó)際與國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化發(fā)展?fàn)顩r,本自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施遵循以下基本原則。1)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)合理,又能滿(mǎn)足系統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)的需要。2)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能要求應(yīng)是低故障率、高可靠性,建成后的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是實(shí)用的、能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的系統(tǒng)。滿(mǎn)足《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(SL60-94)的有關(guān)規(guī)定。3)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有使用靈活、維護(hù)方便、功能及擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。4)系統(tǒng)內(nèi)測(cè)量控制單元設(shè)有人工觀(guān)測(cè)接口,以便在系統(tǒng)完建之前或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),進(jìn)行人工補(bǔ)測(cè);在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行校核。5)系統(tǒng)具有離線(xiàn)輸入接口,包括動(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境量數(shù)據(jù)的一次性傳輸和人工測(cè)值的鍵盤(pán)輸入。6)系統(tǒng)必須確保對(duì)重要信息能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)機(jī)時(shí)的安全監(jiān)控,以便得到恰當(dāng)可靠的安全評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)。4.2散式式監(jiān)控系統(tǒng)金灣水電站大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分層分布式(集散式)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)現(xiàn)地層包括2個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)控單元(MCU),現(xiàn)地單元的所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由總線(xiàn)上傳至監(jiān)控主機(jī)(上位系統(tǒng))集中分析管理。1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)MCU是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。該裝置采用完全模塊化結(jié)構(gòu),多CPU并行運(yùn)行;整個(gè)單元由數(shù)據(jù)采集智能模塊、通信模塊、電源模塊和防雷模塊等組成,采集職能模塊均獨(dú)立運(yùn)行,互不干擾。2大壩滲流量監(jiān)測(cè)選用進(jìn)口P42.4G工控機(jī)1臺(tái),內(nèi)存256MB,硬盤(pán)40GB,配有10/100M以太網(wǎng)卡,多串口通訊卡及MODEM等。監(jiān)控主機(jī)設(shè)在水庫(kù)管理處(監(jiān)測(cè)中心)。根據(jù)儀器類(lèi)型,滲壓計(jì)(振旋式壓力傳感器)及量水堰滲流量?jī)x由四芯屏蔽水工電纜引出,接入MCU數(shù)據(jù)測(cè)控單元中。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及管理運(yùn)行要求,在大壩0+180m斷面處及溢洪道各設(shè)1個(gè)MCU。各測(cè)控單元通過(guò)雙絞線(xiàn)(RS485接口)與監(jiān)控主機(jī)相聯(lián),從而形成金灣水庫(kù)的安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。3大壩安全日常管理大壩安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)是整個(gè)大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈魂和中樞,它負(fù)擔(dān)著自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程服務(wù)、系統(tǒng)管理、文檔管理、數(shù)據(jù)管理、圖形制作、測(cè)值預(yù)報(bào)、報(bào)表制作、離線(xiàn)分析等大壩安全日常管理工作。金灣水電站大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是大壩安全監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件,該軟件可在WinNT、Windows2000和WindowsXP等平臺(tái)下操作,主要由以下幾個(gè)組成部分:①現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元管理軟件;②在線(xiàn)監(jiān)控主機(jī)的系統(tǒng)管理軟件;③在線(xiàn)監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)采集軟件;④在線(xiàn)監(jiān)控主機(jī)的在線(xiàn)數(shù)據(jù)分析軟件;⑤工作站的安全監(jiān)測(cè)離線(xiàn)軟件;⑥系統(tǒng)管理軟件和用于瀏覽Web綜合信息發(fā)布軟件;⑦用語(yǔ)音介紹宣傳的多媒體宣傳和教學(xué)軟件。5該系統(tǒng)的主要功能5.1數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元pm的功能1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元①每套現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元在分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中都是獨(dú)立的,有自身的日歷和時(shí)鐘,正常情況下由網(wǎng)絡(luò)管理,網(wǎng)絡(luò)退出時(shí)則由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元自身時(shí)鐘管理;②根據(jù)接入的傳感器類(lèi)型,可配置不同的標(biāo)準(zhǔn)接口附件,對(duì)振旋式、電解質(zhì)式等儀器可進(jìn)行精確測(cè)量,完全滿(mǎn)足分辨率及精度技術(shù)要求;③每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元均有便攜式儀器接口,便攜式讀數(shù)儀可以隨時(shí)介入,接入的便攜式計(jì)算機(jī)可實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和控制,可從測(cè)控箱中獲取全部測(cè)量數(shù)據(jù),不會(huì)擾亂正常的日常數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)置;④每套現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元可按監(jiān)測(cè)主機(jī)的命令修改時(shí)鐘和測(cè)控參數(shù),可根據(jù)確定的參數(shù)、計(jì)劃和順序獨(dú)立地完成各種傳感器的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、工程單位轉(zhuǎn)換及其計(jì)算和處理,并將結(jié)果存入存儲(chǔ)器;⑤現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元可主動(dòng)或被動(dòng)同主機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)距離雙向通訊功能,可根據(jù)確定的記錄條件,將所要求的結(jié)果上送監(jiān)控中心,遇異常情況可向監(jiān)控主機(jī)發(fā)出通訊請(qǐng)求,進(jìn)行通訊;⑥現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元能定時(shí)采集數(shù)據(jù)并上報(bào)中央監(jiān)控室,當(dāng)采集周期密集時(shí),可按設(shè)定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)、上傳采集數(shù)據(jù),可自動(dòng)啟動(dòng)加密采集周期,并根據(jù)測(cè)量參數(shù)的變化速率自動(dòng)調(diào)整測(cè)量頻次;⑦系統(tǒng)可對(duì)各類(lèi)傳感器實(shí)行常規(guī)巡測(cè)、檢查巡測(cè)、定時(shí)巡測(cè)、常規(guī)選測(cè)、檢查選測(cè)和個(gè)別或預(yù)警連續(xù)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集;⑧能采集電壓、電流、電阻、電感、電容、振旋、轉(zhuǎn)矩、脈沖等傳感器的電信號(hào),并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。2單元內(nèi)發(fā)力①檢測(cè)指定的報(bào)警條件,一旦現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元處于報(bào)警狀態(tài),則立即通知中央監(jiān)控室;②在斷電、過(guò)電流引起的重啟動(dòng)或正常關(guān)機(jī)時(shí),保留所有的配置設(shè)定信息。3驗(yàn)證電源自動(dòng)啟動(dòng)包括電源轉(zhuǎn)換、電源調(diào)節(jié)和電源控制?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元提供了低能耗的電能管理系統(tǒng),當(dāng)外部電源消失時(shí),后備電源自動(dòng)啟動(dòng),以保證測(cè)控單元能不間斷保持正常工作。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)電源或通訊出現(xiàn)故障時(shí),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元內(nèi)的后備電源可支持至少10d以上的測(cè)次,并存儲(chǔ)所測(cè)測(cè)值。4故障診斷定位①現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元硬件故障診斷:可在線(xiàn)或離線(xiàn)自檢設(shè)備的故障,故障診斷可定位到模塊;②軟件故障診斷:應(yīng)用軟件運(yùn)行時(shí),若遇故障能自動(dòng)給出故障性質(zhì)及部位并具有相應(yīng)的惡意軟件診斷工具。5.2中央管理功能1數(shù)據(jù)及系統(tǒng)方面①具備與MCU進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)采集的能力;②能與上級(jí)管理機(jī)通信,接收上級(jí)管理機(jī)的命令進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控;③靈活方便的窗口功能,友好完善的用戶(hù)界面。能方便地修改系統(tǒng)設(shè)置、設(shè)備參數(shù)及運(yùn)行方式,能根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反映的狀態(tài)自動(dòng)修改、選擇監(jiān)測(cè)的頻次和監(jiān)測(cè)對(duì)象;④具有完善的臨時(shí)和歷史測(cè)值的數(shù)據(jù)庫(kù)管理能力;⑤具有畫(huà)面、報(bào)表編輯功能;⑥具有系統(tǒng)自檢、診斷功能,并實(shí)時(shí)打印自檢、診斷結(jié)果及運(yùn)行中的異常情況,作為硬拷貝文檔;⑦配備調(diào)制解調(diào)器和程控線(xiàn)路,可提供遠(yuǎn)程輔助維護(hù)服務(wù)支持;⑧具備良好的接地、防雷、抗干擾功能;⑨具備凈化電源和不間斷電源,確保系統(tǒng)穩(wěn)定供電。2ndow98/nt環(huán)境的工程安全監(jiān)控系統(tǒng)管理監(jiān)控管理中心負(fù)責(zé)金灣水庫(kù)水工建筑物的全部安全工作,負(fù)責(zé)監(jiān)控主機(jī)和水庫(kù)調(diào)度中心及與遠(yuǎn)程上級(jí)主管部門(mén)進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信,具有能完成日常工程安全管理的、基于Window98/NT環(huán)境的工程安全監(jiān)控管理軟件。該軟件的主要功能有:①具有能快速評(píng)估工程安全狀況的在線(xiàn)監(jiān)控功能;②能對(duì)變形、滲流