SuperE RTU 在水情测报系统中的应用

前言   据史料不完全统计，在中国解放以前的2155年间，曾发生过较大的水灾1092次，平均每两年就有一次大规模的洪水发生。建国以后，又先后发生过1951年淮河大水、1954年长江大水、1958年珠江大水、1995年辽河及第二松花江大水和1998年长江、嫩江、松花江全流域的大洪水，洪水自古以来就成了中华民族的心腹大患。   江河防洪是关系到人民安危和社会稳定的大事。洪水预报是防汛抗洪的重要组成，做好洪水预报工作，才能科学的防洪减灾。解放前，我国水文情报预报工作非常薄弱，报汛站寥寥无几，水文预报更是空白。新中国成立以后，为了满足防汛斗争的迫切需要，在各级党和政府的重视下，水文预报工作从无到有，由点到面得到了迅速的发展和提高，目前，水情站已发展到8400多处。随着水利水电建设项目的不断增多和管理运用的日益加强，对水文情报预报工作的要求也愈来愈高。水文情报预报工作，不仅是防汛抗早、也是水利水电建设和合理调度水资源的一项基本工作。   洪水预报要求快速和准确，其中快速的基础是水文自动测报系统、准确的基础是科学可靠的实时预报模型。水文自动测报系统属于应用遥测、通信、计算机技术，完成江河流域降水量、水位、流量、闸门开度等数据的实时采集、报送和处理的信息系统。按水文自动测报系统规模和性质的不同，可分为水文自动测报基本系统和水文自动测报网。水文自动测报基本系统由中心站(包括监测站)、遥测站、信道(包括中继站)组成。水文自动测报网是通过计算机的标准接口和各种信道，把若干个基本系统联接起来，组成进行数据交换的自动测报网络。 XX水库概述   XX水库位于XX县水库径流面积300 多平方千米，属长江流域。水库库容6100万立方米，是该省较大的一座中型水库中，水库集防洪、排涝、蓄水、灌溉、调蓄功能为一体，对该省的经济文化发展有着举足轻重。随着流域及相关地区人口的增加和工农业的迅速发展，百姓对水的需求也越来越大，水库的稳定供水对解决地区水资源供需矛盾、促进流域地区社会经济的可持续发展是十分重要和迫切的；为提高防汛、抗旱和水利调度的科学管理水平，省水利水电局按计划要求逐步实现水库的水情测报系统。应用无线通信、遥测和计算机等先进技术，实时收集水库地区的雨量、水位和流量等水文信息，提高气象、水情数据传输速度。应用SCADA数据采集软件和GIS水情预报调度软件，由计算机实现对水情的预报和水库管理调度。 系统总体设计原则   a)系统设计依据     根据某省水利水电设计院设计要求：水库的水情测报系统采用自报 式工作体制，系统的设备指标及传输格式符合《水文自动测报系统规范SL61-94》标准。除此之外我们还遵循了《水文巡测规范SLl95-97》、《水文情报预报规范SDl38—85》、《水文自动测报系统通讯电路设计规定SLI99－97》及相关水文测验、水文情报预报等规范，并参考国内水文自动测报系统最新进展，结合水库工程区具体情况进行设计。   b)系统功能要求     水文自动测报系统是服务于水库管理部门，用于合理利用水资源和防洪调度的专用智能化系统。根据建设方的要求，结合国内外同类工程模式，要求该系统具有可靠性、准确性、实用性、先进性、开放性、安全性和易维护性等特点。     i.  可靠性         在水文自动测报系统中对系统在恶劣条件下无故障工作能力有着较高的要求。这就要求我们要把系统的安全、可靠运行作为设计的首要原则，不需要特殊的加热器或冷却装置。电源、信号入出口均有保护措施，并与主控电路隔离。具有看门狗及数据掉电保护功能。核心设备、网络主干等主要环节采用容错技术，减少系统单一的故障点，增强系统可靠性；并通过对操作员的身份鉴别、分级别授权等手段实现硬件、软件、网络、数据库系统的安全性。     ii. 准确性         在水文自动测报系统中，各监测点数据的实时、准确的采集，并且可以准确地发布控制指令无疑是系统的核心，这就要求系统硬件要具有高可靠性的数据采集、控制能力并有可靠的通讯方式，系统软件必须可以及时准确的对数据进行分析处理。采用世界上流行的标准Modbus通讯协议，在数据的实时传输控制方面有更高的可靠性。     iii. 实用性         对于水文自动测报系统，系统不仅仅要提供准确可靠的监控数据，对操作人员来说，操作简单直观、易学易用、符合使用者的业务习惯也是系统最重要的属性。带液晶显示屏，可以使操作人员在现场也可以方便的进行浏览操作。     iv. 先进性         从产品的开发和系统的设计上，使用九十年代国际上流行且可靠的成熟工业技术和新型的芯片和通讯产品，支持目前绝大多数的检测设备和各种有线与无线的通讯方式，保证系统在使用过程中的先进性，并且要预留前瞻性的开放接口，有利于系统的升级和并网连接。      v. 开放性         随着计算机软硬件技术的发展，高品质、高性能的自动化产品越来越多，组成一个最优的自动化系统，便成为一个非常重要的任务。解决这一问题的最好方法就是选用具有标准通讯协议的产品。开放性对用户来说，最大的益处是不会受某一专门系统（厂商）的约束。用户采用开放性系统后，在系统的升级、维护、二次开发过程中有更大的灵活性。开发性原则的实现手段是硬件、软件系统均采用符合国际工业标准且使用广泛的产品，网络系统采用开放式网络结构、标准的网络协议、市场占有率高的产品。网络操作系统软件、工作站操作系统要采用开放性的产品；数据库系统也要采用国际主流的、开放性产品。      vi. 安全性         在工业控制中，通过两方面对系统进行安全性管理：通信安全性与系统控制安全性。其中通信安全性指通信抗干扰能力强、信噪比高、误码率低等内容；系统控制安全性是对控制软件设置加密手段，从而区分不同的操作人员，制定不同的操作权限，以保障系统的安全运行。     vii. 易维护性         具有设备使用情况监控和故障提示功能，能提供给操作人员故障诊断信息和维护提示，并可以通过电脑、手抄器等设备实现就地或远程程序下载与调试。   c)水情测报系统设计组成原理     水情测报系统由水文信息采集站、通信系统、信息接收处理软件及辅助系统组成。水文信息采集站可分为水位站、雨量站，由相应传感器及安装工程组成，实时并准确地采集相关水位、雨量数据。通讯系统根据水文信息采集站与调度控制中心距离的远近选用无限或有线通讯方式。信息接收处理软件运行于调度控制中心内，控制接收实时水文数据，并对数据进行检查、整理、计算、显示并存储于数据库内，供控制中心或更高一级防洪调度辅助决策系统使用。辅助系统包含配套电源及防雷设施，主要用于保证数据采集和通信系统设备的稳定运行。系统组成原理见下图。     图：水情测报系统原理框图        

站点布设   一般来说，水库水文自动测报系统站点，按站点功能分类，可分为管理调度站、雨量站、水位站、闸门控制站、坝体浸润线观测站等五种类型。   根据该省水利水电设计院设计要求：一期工程包括1个中心站、1个水库分中心站、1个中继站、3个雨量站、1个水位站、3个水位雨量站。

 1.中心站        中心站设在县水利水电局防汛办公室（兼报雨量）。中心站配置数据服务器（兼有操作员站的监视功能），同时与中心站计算机联网构成水文监测信息辅助决策系统，形成数据管理中心，通过数字电台接收各分中心站发来的数据，显示数据在大屏幕显示器上，供防洪调度使用；把数据自动送到水情GIS数据库。该计算机还要与一台RTU有线连接形成一个就地雨量站，实时检测当地雨量。 2. 分中心站        水库分中心站设于水库管理处（兼报库水位和雨量）。分中心配置两台PC机（工程师站和操作员站）与各遥测RTU站构成SCADA数据采集系统。分中心站的任务是把遥测站的水情数据采集上来，供当地管理人员操作员站上监控，并同时把实时的数据传输到中心站。在分中心站的工程师站上也要连接一台RTU，形成一个就地雨量站，实时检测当地雨量。 3. 中继站        中继站建在XXX山顶，地理位置为东经XX�XX′，北纬XX�XX′，海拔为XXXX m，是该水库监测地区的制高点，采用一台RTU和一台无线网络数字电台。RTU有256KRAM的闪存（最大可扩展至1M），以便在信号忙时或者通信故障时，数据不发生遗失。在该中继站还连接了一台翻斗式雨量计，形成一个就地雨量站。 4. 遥测站    (1) 雨量站       雨量站共有3个：乔乡雨量站、官村雨量站、崔家雨量站。    (2) 水位雨量       水位雨量站共有3个：白石桥水位雨量站、大兴水位雨量站、引水渠水位雨量站。    (3)水位站    前桥沟水位站。 通信系统 1. 通信方式       水文自动测报系统进行数传的通讯线路可以采用：超短波信道、微波信道、公用电话线路PSTN、公用数据线路（ISDN、DDN、X.25等）、卫星信道（INMARSAT、VSAT、GSM信道）及短波信道等。结合区域地理经济条件选用超短波通信线路作为主通信线路、公用数据线路作为辅助通信线路。 2. 有线通讯       系统有线通信部分可以分为传感器与RTU之间的通信和RTU分站与控制中心之间的通讯。根据信号类型的不同可以选用不同电缆。RTU通讯可以通过RS232、RS485接口等方式，使用屏蔽双绞线。将信号接入指挥控制中心计算机。 3. 无线通讯       无线通信方式最适合在水文遥测中的应用，现阶段主要有超短波（VHF）、微波及卫星通信三种方式。其中微波通信带宽大，可靠性高，但微波站建设成本高，且通信站间必须通视，运行维护复杂，故微波通信一般仅用