远程监控技术在淄博市太河供水输水工程中的研究与应用

郝 岷

（淄博职业学院，255314，淄博）

山东省淄博市是全国严重缺水城市之一，主要依靠大武地下水和引黄水作主要水源，近年其中心城区的供水状况日趋紧张。太河水库是淄博市一级水源保护区，位于淄博市淄河中上游的淄川区太河乡，距离中心城区约40 km，控制流域面积780 km2，主要用于农田灌溉、部分城乡供水和大武水源地的补源。水库总库容1.833亿m3，兴利库容 1.128亿 m3。

淄博市太河水库向中心城区的供水规模为10万m3/d。工程主要由两部分组成：第一部分为水库至净水厂的输水工程，即由太河水库灌溉放水洞引水，经总干渠输水至赵庄分水池，再经二干渠、管道输送至张店区沣水镇净水厂，其中包括总干及二干明渠防渗覆盖长22.43 km、直径1.0 m的钢筒混凝土管道3.1km，防渗加固隧洞19条，加固补强渡槽25座，维修改造水闸16座，改建加固跨渠交通桥16座，新建自动化监控系统及其他管理设施等工程内容。第二部分为净水厂和配水管线工程，管线总长26.4 km，采用钢筒混凝土管，管径为DN 800～1200。目前工程已顺利建成运行，中心城区已形成以太河水、大武水、引黄水等多水源供水的保障体系，确保了城市居民的饮水安全。

一、远程监控总体布置

由于输水工程线路长，为保障饮水安全，提高工作效率，需要采用自动化远程监控技术对输水工程沿线的主要指标及控制设备进行监控。经现场勘查并研究，监控内容应包括水质在线监测，流量、水位沿程在线监测，沿途控制设备开关状态监测及主要设备远程控制，沿程视频监控等项目。为便于管理，在太河水库管理局设立总控制室，在沿线的4个管理所设立分控室，并在沿线布置48处监测站点。主要站点布置见表1。

二、远程监控系统设计

1.网络图

系统采用无人值守式遥测站点，由数据采集单元对水位、流量等数据进行自动采集，再利用中国移动的GPRS无线网络，将数据和视频图像传输至太河水库管理局的中心机房，进行数据整理和存储，并通过WEB服务器向Intel-Net实时发布。系统软件采用B/S结构，具有授权许可的用户在具有IntelNet公网的任意地区都可以使用IE浏览器，直接访问系统，从而获取相关数据和视频图像。网络拓扑图见图1。

2.GPRS无线网络

（1）遥测和告警信道设定

根据目前可利用的通信资源和现有的实际情况，设计各遥测站与中心站之间采用GPRS信道进行通信，中心站通信网络采用与Internet外网独立的 GPRS-VPN（APN）光纤接入。主要使用其GSM—SMS和GPRS两个数据通信业务，同时GSM—SMS作为系统告警短信自动发布信道。

（2）遥测工作体制

系统正常数据采集采用自报式工作体制，兼容召测功能。平时遥测站工作在自报式值守工作状态，通信机进入低功耗睡眠状态，产生数据变化后，立即触发遥测终端工作，发送实时数据包。在特别的需求条件下，系统中心站可以通过发送召测指令，采集遥测站的应答数据。若工程涉及地区已覆盖3G网络，可使用3G网络代替GPRS网络。

3.系统主要技术指标

数据库中整编数据表，其时间最小分辨率满足10分钟整点要求；水位、流量、水质、闸门开度数据采样、自报周期可设置，范围为5～3 600分钟，数据变化时自报；遥测站运行环境条件满足温度-30℃～60℃，相对湿度小于95%（50℃）；中心站运行环境条件满足温度5℃～40℃，相对湿度小于85%（40℃）；系统设计和建设确保土建和电源等设备有效防雷,保证所有站点能正常工作。

4.系统应用软件

系统应用软件采用浏览器/服务器（B/S）的结构树，这种网络结构符合当前信息系统软件技术发展趋势。

（1）中心站软件架构

该系统软件要求支持B/S和C/S结合的混合架构方式。C/S部分主要进行基础数据的录入、维护等工作，增强系统的安全性能；B/S可以对水位、流量、视频等实时信息准确及时地进行发布，并将它们有效地组织起来。系统要求采用跨平台的数据库系统，开放性强，有良好的扩展性和可移植性；提供密级、权限等坚固的系统安全措施，保障系统安全；系统采用生动友好的界面风格，将所有应用系统集成在统一的应用界面中，操作简单明了，维护量小；遵循成熟、发展的主流技术规范（JAVA2、J2EE、XML 等），采用组件化三层体系结构，通过工作流技术的应用，提供可视化工作流控制平台；便捷地与其他应用集成接口，不仅包括各业务系统数据的同步，而且还包括不同业务流程的集成。

（2）系统应用软件的功能

图1 网络拓扑图

实时接收遥测站数据和各遥测站的工作状态；对接收到的GPRS信道遥测信息包进行纠检错处理，分析信息的合理性，按照时间序列整编标准处理数据，将数据按照标准表结构存入数据库；显示各种数据过程曲线，生成标准统计和查询数据报表，打印各种曲线、报表；自动分析实时信息，并且通过GSM—SMS综合管理软件模块，自动向管理人员手机上发布GSM告警短信，系统管理人员也可以编制查询短信，通过GSM短信查询任意遥测站点的水位、流量信息；提供用户可定制的灵活报表格式、地图背景信息显示模式（地图上载、信息显示位置、参数类型、字体；软件采用C/S结构的网络功能设计，支持B/S结构的数据库信息共享，实现实时洪水预报、调度决策、WEB服务等的功能扩展。

（3）软件界面

本系统软件界面分几个区域：菜单栏、工具栏、数据显示框、弹出式窗口、弹出式菜单、鸟瞰窗口。同时，为满足用户需要，还将设计软件标志，启动Logo设计、图标设计等。

5.遥测站技术要求

（1）遥测站的主要功能

按照自报方式自动采集传感器的信息，并分析处理、存储和控制通信单元，通过GPRS主遥测信道向通信服务器发送最新遥测信息；支持现场流量、水位数据显示查询功能，同时传输实时视频图像；支持现场时钟调整和运行参数设置。

（2）遥测站的组成

由遥测数据采集单元、GPRS模块、天线、密封蓄电池、防雷抗干扰浮充电源、流量计、水位计、闸位计、水质仪表、机柜等组成。

（3）遥测站主要设备选型

①远程测控柜：配备多种接口资源，包括模拟信号采集，开关量输入、输出，脉冲信号输入等；支持一路RS232/RS485方式的用户数据接口，可接入PLC等各种设备；支持电气控制系统的二次回路一对一控制闸门的起升，并通过电气线路以及仪表上的可编程继电器提供安全保护，如二次控制回路的过电压、过电流、自锁以及仪表上的上下限、预置点等安全保护；工业级设计，稳定可靠，坚固耐用。

②GPRS通信模块：GPRS通信模块是保证系统正常运行的关键部件，要求主流品牌的工业级的GPRM模块，具有高可靠性。

③液位变送器：各遥测站点与控制室的距离不一，要求包含足够长度的防水透气专用信号线缆。

④流量传感器：双计量信号，采样可以10m3/双脉冲、4～20mA信号输出。

⑤闸位传感器技术指标：输入电压为 150～500 V，交流、直流兼容；电压隔离 2 500 VAC；电源电压 5～24 VDC；工作温度为-40℃～+60℃。

⑥水质仪表：输出信号4～20mA。

（4）中心站系统主要功能要求

中心站主要设备要保证遥测终端100%实时在线；系统兼容一期工程的遥测终端，保证接受、存储、分析一期工程遥测终端发出的数据；备用电源保证在停电状态下持续工作一周，平时采用12V稳压电源供电；中心站电源为220V/2 kW稳压供电，保证设备在2kW停电状态下持续工作2小时；土建和电源等设备设计可有效防雷、强风、暴雨等自然因素的干扰和破坏，保证遥测站能在野外无人值守的条件下正常工作；遥测终端和监控软件具有扩展性，可以根据不同的信息类型和数量灵活配置传感器接口，增减遥测站点；测控终端的传感器和通信接口具有兼容性，支持系统相关设备的扩展；遥测设备的MTBF大于5万小时，具有故障自动检测和恢复功能。

三、结论与建议

太河供水输水工程监控系统自开始运行至今已经运行了一年多时间，除个别设备偶出故障外，其余均运行正常。由于建设初期为减少工程迁占，主要传输线路均设于总干渠墙上，建议以后有条件时将主线路移出总干渠外另行敷设，便于检修维护。

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