海河二道闸水文自动测报系统设计

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摘要 结合海河二道闸水文观测设施的实际情况，进行了自动控制技术方案的设计研究，并着重阐述了系统架构设计与系统软件设计，为海河二道闸建立水文观测设施自动化系统提供了技术支持。

关键词 海河二道闸；水文；自动测报系统；RTU；设计

中图分类号 TV123 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）05-0222-02

海河二道闸建成于1985年，是一座以泄洪、蓄水、供水、防咸、通航为主的节制闸。为了及时了解水雨情和完成防汛抗旱工作，自建闸起就设立了水文观测设施。主要有设于水闸上、下游的水位观测设施及闸管所内部水文气象站2个部分。虽经过多次更新改造，部分设备老化，观测主要由人工完成，精确率较低。根据海河二道闸水文观测的实际情况，结合自动化技术主要采用RTU技术，设计一套基于RTU的高效、准确度高的水文观测系统。

1 系统结构

海河二道闸水文观测设施主要由2个部分组成：一部分位于水闸上下游的水位观测设施；另一部分位于所内部水文气象站，包括蒸发、雨量、风速、风向仪、温度、湿度、气压。本系统采用传感设备测量各水情值，利用RTU是Remote Teminal Unit的简称，既远方数据终端，实时采集、分析、计算和传输水文测量数据[1-2]。本系统采用1台工控机进行控制，可以实时记载数据，并可以实现历史记录查询和显示曲线图像等操作，并可通过工控机传输，与之相连接的计算机可以通过Web使用IE浏览器进行控制。海河二道闸水文自动测报系统主要由前端传感器、RTU、GPRS及数据接收终端组成。由前端传感器测量出各水情值经由RTU分析经GPRS传输给数据接收终端（图1）。

1.1 前端传感器

1.1.1 水位测量装置。采用遥测水位计（WFH-2）全量机械编码水位计（包括传感器部分和显示器部分）数显实时水位，感测天然水体水位的变化，同时通过轴角编码器将水位模拟量转换为数字信息量，以满足信息传输、处理、记录和显示的需要。测量范围：40 m。准确度：10 m量程时，±0.2%FS以内；>10 m量程时，±0.3 %FS以内。

1.1.2 水文气象站气象多参数测量装置。气象多参数测量设备分别由湿度传感器、雨量计、蒸发器、风向传感器、风速传感器、气温传感器、气压传感器等设备组成。雨量计采用人工和自动式2种，自动式采用翻斗式雨量计分辨率不高于0.2 mm；蒸发器采用自动补水和自动溢流遥测蒸发器（HG22-FZZ-01），显示分辨率0.01 mm。风速风向仪的风速传感器有效风速测定量为0～70 m/s，风向传感器的有效风向测定量0～360°。气温、湿度传感器根据电压差，测出电压差值湿度测量精度±4.5%RH，温度测量精度 ±0.5 ℃。这些传感器会自动将模拟量转换为数字信息量，以满足信息传输要求。

1.2 远方数据终端RTU

远方数据终端RTU是构成综合自动化系统的核心装置。由指令控制器及数据输入输出模块（PLC）、数据通讯部分、电源部分及辅助部件与柜体等5个部分组成。该系统共设有3套RTU系统，第1套用于控制上游水位的采集、分析和传输；第2套用于控制下游水位的采集、分析和传输；第3套用于水文气象站气象多参数的采集、分析和传输。远方数据终端主要由PLC进行数据的采集、输入输出逻辑顺序的控制。PLC会采集各个测量传感器测出的标准数字信号，进行分析处理。经过处理后，通过GPRS将数据向上级机构（数据接收终端）发送。

1.3 GPRS通信

GPRS系统数据使用无线模块传输数据，其有传输速度快、覆盖面积广和能有效地与Internet连接等优点。其可以通过有效的网络通信协议来保证数据传输的安全稳定，通过串口发送AT指令可以实现GPRS模块与控制器之间的通信，GPRS系统采用IP网络结构，该系统的协议主要在传输层的UDP协议和TCP协议中。本系统采用GW1000KC-3无线通信模块是由华荣公司生产的，具有以下优点：可以指令设置模块工作频道、发射功率、接口波特率，校验模式等；透明数据传输，所收即所发传输模式；ISM频段，16个频道可选；发射功率16～33 dBm可调，使得该模块使用非常方便。

1.4 数据接收终端

在海河二道闸管理所内配置1台工控机，由工控机向RTU发送采集数据指令，并接受存储，RTU同时把测量数据保存在终端内部的内存中，以便进行校核。通过防雷措施来保护该系统的信号线和电源线，从而保证了该系统抗雷电、提高抗干扰及其可靠性[3-4]。

2 系统软件

本系统在开发过程中选择Borland Delphi 6.0为软件开发平台，采用了Access的数据库开发接口及数据库驱动程序，连接方式采取ODBC方式。由于该系统具有历史数据查询、登录日志及操作日志查询、报警数据查询、动态实时监测、曲线分析等功能，所以该系统提供了一个对水文监测点数据进行接收、汇总、统计、分析的平台。

2.1 监测功能

计算机实时自动地完成数据采集工作，做到无人职守。同时，可显示所有监测点信息及现场设备运行状态。

2.2 数据查询

用户可任意设定查询条件，对测点历史数据、测点报警数据、系统登录及操作日志信息进行查询。系统自动将所有采集到的数据、信息和系统操作日志存入数据库中[5-6]。

2.3 数据处理及图形分析

该系统会将采集的数据存储到数据库中，根据本次采集数据与上次数据进行比较生成变化值。该系统通过不同模块将这些实时信息显示出来。根据同年测量数据绘制出变化趋势图，让操作人员及管理者清晰地了解当年数据变化情况。实时数据会被系统实时读取并保存历史数据。在历史趋势画面和历史报表可查看数据在一段时间内的变化情况，了解此段时间伸缩缝的变化情况，便于分析和比较。

3 结语

水文自动测报系统的建立使水文工程测量管理工作水平有了更大的提高。改善了测量人员的工作条件和环境，节省了人力，加强了精确度，有效地实现了管理的科学化、现代化。系统设计采用了当前先进的技术和设备，具有先进性、可靠性。实际运行表明其达到了运行要求。

4 参考文献

[1] 李景军，郑念发.水文自动测报系统新技术及应用[J].水科学与工程技术，2009（1）：42-44.

[2] 金政焕，王文明，谢宝贵.水文自动测报系统的研究与应用综述[J].黑龙江水专学报，1997（Z1）：29-32.

[3] 耿彬彬，王健健，陈红波，等.水文自动测报技术在城市防汛中的应用[J].水利信息化，2013（5）：71-75.

[4] 李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.

[5] 崔玉兰，郭治清.全国水文自动测报系统建设评价[J].水文，2002（1）：58-60.

[6] 冯德光，史世平.水文自动测报系统建设中应重视的问题[J].水利水电工程设计，2000（2）：52-53.