李澤源 陳 軍

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 長(zhǎng)沙市 410007）

1 概述

沐若水電站監(jiān)測(cè)項(xiàng)目埋設(shè)的儀器均為振弦式儀器，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括變形監(jiān)測(cè)、滲流滲壓監(jiān)測(cè)、混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)和強(qiáng)震監(jiān)測(cè)。

大壩區(qū)變形監(jiān)測(cè)主要項(xiàng)目包括壩體水平位移（壩頂測(cè)墩與壩體正倒垂線結(jié)合）；壩體垂直位移（壩頂水準(zhǔn)點(diǎn)及壩基廊道水準(zhǔn)點(diǎn)結(jié)合）；壩肩邊坡變形（多點(diǎn)位移計(jì)及測(cè)量墩結(jié)合）；監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)等；滲流監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有壩基滲漏量，基礎(chǔ)廊道滲壓監(jiān)測(cè)；應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)主要布置在大壩中間壩段10#壩段，監(jiān)測(cè)內(nèi)容為混凝土溫度、橫縫開(kāi)合度及局部結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)力。

主廠房區(qū)邊坡及建筑物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以滲流和邊坡變形監(jiān)測(cè)為主，在進(jìn)水口調(diào)壓井、主廠房及廠房邊坡布置有永久的測(cè)墩、多點(diǎn)位移計(jì)和滲壓監(jiān)測(cè)設(shè)施。

根據(jù)相關(guān)資料，沫若水電站所在地區(qū)最大可能地震強(qiáng)度（MCE）為5.5 級(jí)，為獲取速度和加速度記錄，在大壩壩體設(shè)置有3 臺(tái)強(qiáng)震監(jiān)測(cè)儀，壩體下游自由場(chǎng)地設(shè)置1 臺(tái)強(qiáng)震監(jiān)測(cè)儀，組成強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)臺(tái)陣。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)及原則

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

本自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)及實(shí)施依據(jù)均采用國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

2.2 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)項(xiàng)目EPC 總承包合同的特點(diǎn)，在滿足系統(tǒng)功能要求的前提下盡量節(jié)約投資。主要設(shè)計(jì)原則有：

（1）兼容性：根據(jù)業(yè)主要求，能與其同一流域的其他梯級(jí)電站自動(dòng)化體系具有良好的兼容性。

（2）時(shí)效性：良好運(yùn)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件工程技術(shù)等，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控大壩安全。

（3）可靠性：系統(tǒng)應(yīng)能長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行；數(shù)據(jù)采集要求準(zhǔn)確可靠；關(guān)鍵部位應(yīng)有人工監(jiān)測(cè)的接口，以保證即使自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生故障，也不會(huì)丟失監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；應(yīng)用軟件應(yīng)運(yùn)行穩(wěn)定，確保不發(fā)生致命錯(cuò)誤。

（4）適應(yīng)性：測(cè)量控制單元應(yīng)能適應(yīng)這些復(fù)雜儀器的接口。

（5）開(kāi)放性：能方便地進(jìn)行升級(jí)、擴(kuò)展、修改、增加和替換。

（6）易維護(hù)：系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的自診斷能力，自動(dòng)查出系統(tǒng)故障并發(fā)出信息，以便及時(shí)修復(fù)；系統(tǒng)維護(hù)操作應(yīng)簡(jiǎn)易。

（7）經(jīng)濟(jì)性：在滿足業(yè)主功能要求的同時(shí)，根據(jù)EPC 合同特點(diǎn)盡量避免重復(fù)投資，節(jié)約成本。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及構(gòu)成

3.1 系統(tǒng)納入的儀器

納入監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)部位主要為大壩和電站主廠房，以大壩壩體為主。強(qiáng)震儀系統(tǒng)作為單獨(dú)系統(tǒng)另外設(shè)計(jì)，預(yù)留接口納入本監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)方案從電站管理角度出發(fā)，滿足動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的功能要求下，考慮EPC 合同特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置，對(duì)影響大壩安全的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目納入自動(dòng)化。主要項(xiàng)目包括壩體應(yīng)力應(yīng)變計(jì)溫度監(jiān)測(cè)、滲壓滲流監(jiān)測(cè)、強(qiáng)震監(jiān)測(cè)、壩體變形監(jiān)測(cè)（以正倒垂為主）。大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)x器總計(jì)349 支，納入自動(dòng)化儀器共計(jì)228 支。

3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

沫若水電站監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用南京某公司DAMS－Ⅳ型分布式大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集裝置采用DAU2000，將分布在壩體各個(gè)部位共9個(gè)采集測(cè)站內(nèi)，總計(jì)13個(gè)。由于壩體埋設(shè)的儀器均為振弦式儀器，故采集單元均采用NDA14 系列振弦式模塊，共計(jì)24 塊。

自動(dòng)化系統(tǒng)由采集測(cè)站、監(jiān)測(cè)管理站和監(jiān)測(cè)中心站組成。采集測(cè)站內(nèi)的采集單元DAU2000 使用RS485 通訊電纜與監(jiān)測(cè)管理站連接。監(jiān)測(cè)管理站與監(jiān)測(cè)中心站之間采用機(jī)電通訊光纜連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即以數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)作為中央節(jié)點(diǎn)用總線向外延伸，連接相應(yīng)監(jiān)測(cè)站內(nèi)的采集單元?？偩€通訊架構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的通用性和兼容性。

3.2.1 采集測(cè)站

采集測(cè)站主要分布在壩體內(nèi)部各層廊道觀測(cè)房。大壩共布置了8個(gè)采集測(cè)站，測(cè)站內(nèi)布置采集單元共12個(gè)（DAU01～DAU12），與大壩監(jiān)測(cè)管理站通過(guò)敷設(shè)RS485 線纜進(jìn)行通訊連接。主廠房GIS 控制室布置1個(gè)采集單元（DAU13）,接入廠房區(qū)域擬納入自動(dòng)化系統(tǒng)的傳感器，通過(guò)光纜直接接入監(jiān)測(cè)中心站。

3.2.2 監(jiān)測(cè)管理站

監(jiān)測(cè)管理站設(shè)置在壩前生態(tài)電站控制樓。所有納入自動(dòng)化系統(tǒng)的傳感器通過(guò)敷設(shè)觀測(cè)電纜，與測(cè)量控制裝置相連，經(jīng)數(shù)據(jù)控制總線連接等方式引入管理站內(nèi)，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電通信光纜引至電站GIS控制室的監(jiān)測(cè)中心站，接入監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

3.2.3 監(jiān)測(cè)中心站

監(jiān)測(cè)中心站設(shè)置在廠房GIS 控制室內(nèi)，其主要功能是通過(guò)安全監(jiān)測(cè)信息采集管理對(duì)監(jiān)測(cè)管理站自動(dòng)和半自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)、人工測(cè)讀的數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測(cè)相關(guān)的文檔資料進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，可向監(jiān)測(cè)管理站的采集計(jì)算機(jī)或直接向分布于各部位測(cè)站發(fā)布相關(guān)控制指令，同時(shí)預(yù)留遠(yuǎn)程服務(wù)功能接口。

監(jiān)測(cè)中心站主要配置的設(shè)備為數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、Web 服務(wù)器和工作站計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的外部設(shè)備（包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、打印設(shè)備、電源設(shè)備及防雷設(shè)備等）。與監(jiān)測(cè)管理站通過(guò)光纜傳輸連接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)采集。

3.3 系統(tǒng)供電與防雷

3.3.1 系統(tǒng)供電

監(jiān)測(cè)中心站、監(jiān)測(cè)管理站、測(cè)站均采用專線供電方式。大壩12 臺(tái)數(shù)據(jù)采集單元（DAU），需配置1 臺(tái)2KVA 穩(wěn)壓電源集中供電；監(jiān)測(cè)管理站及監(jiān)測(cè)中心站配置凈化穩(wěn)壓電源，同時(shí)配置交流不間斷電源（UPS）對(duì)站內(nèi)設(shè)備供電。

3.3.2 系統(tǒng)防雷接地

監(jiān)測(cè)中心站和監(jiān)測(cè)管理站直接利用工程現(xiàn)有的防雷、接地設(shè)施。對(duì)于各傳感器傳輸線纜，在傳感器線纜引入采集測(cè)站前，都作屏蔽保護(hù)，屏蔽裝置與工程接地裝置相連。暴露在外的通訊線纜及光纜都加鋼管保護(hù)。

3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中心站通過(guò)RS-232 單路光端機(jī)引出兩路光纜，一路連接GIS 控制室的采集裝置DAU13，一路連接監(jiān)測(cè)管理站的采集裝置DAU01～DAU12，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如附圖所示。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)主要求，自動(dòng)化系統(tǒng)功能要求主要為：查詢各安全監(jiān)測(cè)儀器的工作狀態(tài)、及時(shí)掌握工程建筑物的工作性態(tài)、能對(duì)工作性態(tài)進(jìn)行綜合分析并指導(dǎo)安全運(yùn)行。因此，本工程自動(dòng)化系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)在以下方面。

4.1 監(jiān)測(cè)功能

包括對(duì)各類傳感器的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集,備份測(cè)量數(shù)據(jù)；為滿足電站對(duì)水工建筑物安全監(jiān)測(cè)的各種不同的管理要求，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提供了4種不同的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集方式：

（1）定時(shí)測(cè)量方式（即無(wú)人值班方式）。根據(jù)監(jiān)控主機(jī)所設(shè)定的測(cè)量時(shí)間及周期，DAU 能自動(dòng)定時(shí)地進(jìn)行選測(cè)和巡測(cè)，數(shù)據(jù)自動(dòng)入庫(kù)，主要用于日常常規(guī)測(cè)量；

（2）人工干預(yù)巡回測(cè)量、選點(diǎn)測(cè)量方式。必要時(shí)，安全管理人員可通過(guò)監(jiān)控主機(jī)任意進(jìn)行測(cè)量。

（3）人工采集。人工采集的對(duì)象為只能人工監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目和需要用人工方法作為對(duì)比的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

（4）半自動(dòng)采集。作為一種后備方式，自動(dòng)化系統(tǒng)故障或檢修的情況下，當(dāng)監(jiān)控主機(jī)或通信線路發(fā)生故障時(shí)，在恢復(fù)通信之前采用便攜式計(jì)算機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集裝置預(yù)留的計(jì)算機(jī)接口實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)人工數(shù)據(jù)采集。

4.2 預(yù)警功能

自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量控制能夠?qū)γ恐鞲衅髟O(shè)置其警戒值，當(dāng)測(cè)值超過(guò)警戒值，系統(tǒng)能夠進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。

4.3 系統(tǒng)操作功能

能在監(jiān)測(cè)服務(wù)器、監(jiān)測(cè)工作站上實(shí)現(xiàn)監(jiān)視操作、輸入／輸出、顯示打印、報(bào)告當(dāng)前測(cè)值狀態(tài)、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)、評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)；根據(jù)程序執(zhí)行狀況或系統(tǒng)工作狀況發(fā)出相應(yīng)的提示，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理；可通過(guò)人機(jī)接口界面（如鍵盤等）控制各級(jí)畫面顯示，可對(duì)系統(tǒng)配置、測(cè)點(diǎn)信息及相應(yīng)的參數(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行編輯修改。

4.4 顯示功能

可在窗口中顯示廠區(qū)樞紐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總貌、各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目概述及面貌、監(jiān)測(cè)布置圖、過(guò)程曲線、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分布圖、監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)布置圖等。

4.5 電源保護(hù)功能

在具備有備用電源情況下，交流供電斷電時(shí)可自動(dòng)切換，保證不影響正常的數(shù)據(jù)采集。

4.6 通訊及防雷功能

各采集裝置和傳輸線纜均具有防雷條件。通訊功能包括采集測(cè)站與監(jiān)測(cè)管理站的通信、監(jiān)測(cè)管理站與監(jiān)測(cè)中心站的通信，同時(shí)開(kāi)放系統(tǒng)通訊協(xié)議。

4.7 人工接口功能

附圖 沐若水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

采集裝置具有與便攜計(jì)算機(jī)連接的接口，能夠使用便攜計(jì)算機(jī)從測(cè)控裝置中讀取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以保證在通信系統(tǒng)故障時(shí)可獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4.8 系統(tǒng)自檢功能

系統(tǒng)自檢功能確保及時(shí)提供維修，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)并正確指導(dǎo)安全運(yùn)行。

4.9 安全管理功能

對(duì)系統(tǒng)軟、硬件配置防火墻和網(wǎng)關(guān)保護(hù)。設(shè)置有多級(jí)用戶權(quán)限、多級(jí)安全密碼，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的安全管理。

4.10 數(shù)據(jù)傳輸功能

能通過(guò)預(yù)留的接口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和遠(yuǎn)程傳輸，便于業(yè)主對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)度和管理。

5 結(jié)語(yǔ)

大型水利建筑物的安全對(duì)國(guó)民生計(jì)有著重要的影響，因此，對(duì)其建筑物的安全監(jiān)測(cè)工作也成為必不可少的一部分，尤其在進(jìn)入運(yùn)行期后，更是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、持續(xù)的工作。隨著科技的發(fā)展，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化將應(yīng)用得更加普及。它極大地減輕了現(xiàn)場(chǎng)管理人員的工作強(qiáng)度，節(jié)省了人力資源配置。同時(shí)，其可靠、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)、全面的數(shù)據(jù)處理分析將為管理者指導(dǎo)安全運(yùn)營(yíng)提供科學(xué)客觀的重要依據(jù)。

[1]關(guān)于進(jìn)行沐若水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的專題研究[R].武漢：長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2012。

[2]DL/T 5211-2005.大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.