探索水利信息化中的自动化监控

摘要：工程自动化监控是水利信息管理系统的重要组成部分，是水利工程实时数据采集和实现远程遥控的唯一途径。本文从系统总体结构、通信网络、中央监控软件、现场控制器、水雨情监测、水工安全监测和图像信息采集几个方面，探讨如何建设完善的工程自动化监控系统，更好地为现代水利信息化服务。

引言

水利是一个信息密集型行业，一方面水利部门要向各级政府和相关行业及时提供大量的水利信息，包括水文水资源、水环境和水工程的信息，洪涝干旱的灾情信息，防灾减灾的预测和对策信息等，为国民经济和社会发展服务。另一方面，水利建设也离不开相关行业的信息支持，包括流域区域社会经济状况、生态环境、天文气象、地球物理、地质灾害等信息。同时，汛情的瞬息万变，要使领导能把握全局、科学决策，更需要全面、实时和准确的信息。在2002年初水利信息化座谈会上，水利部就已经明确了信息化工作任务，制定了《金水工程“十五”计划及到2010年规划纲要》，各级水利部门也充分行动起来，制定了相关措施。在工程自动化监控方面，广东省提出了“把工程自动化监控等信息管理系统建设作为水利工程建设的组成部分，与新建、改建和扩建工程同步规划、同步审查、同步实施的”三同步“制度”，广州市提出要“建立符合广州特点的工程监控系统”。

工程自动化监控是水利工程信息系统的重要组成部分，是水利工程实时数据获取的唯一手段，在数据安全的保证下实现远程遥控也是自动化监控的主要内容之一。自动化监控将防汛指挥远程调度提高到秒级，可以及时地获得工程的实时运行工况、实时安全信息和实时图像信息，也可以实时远程调度；这一切归功于科技和信息化的迅猛发展，以及先进的工业控制技术在水利行业的成功应用。

但是水利行业自动化监控目前无明确的设计技术规范，且涉及自动控制、计算机技术、电子技术、通信技术、图像处理技术、水利等多专业，设计人员一般按照自己的理解进行设计，很多问题在设计阶段不明确，给系统实施后的运行带来了很多问题。近年来，在实际工作中遇到了各种各样的技术难点，本文就以下几个方面，分析设计中应注意的问题。

1、系统总体结构

1.1开放性的系统

系统硬件软件都应是现时相当开放、流行和先进的，代表现时技术的潮流和未来的技术发展趋向；可以随时用合理的价格，从市场或第三方供应商处，采购所需的零配件；系统对外连接的兼容性好，可以读取存储在其它数据库中的数据，可以与外部程序进行通讯，相互传递参数等；同时系统应配有接口与便携式检测仪表连接，方便便携式仪表将现场补充采集的监控数据传入监控系统。

系统一般应采用分层分布式设计，遵从开放系统原则，包括操作系统、开放式体系、数据库系统、用户接口、网络通信标准。采用模块化结构，组成模块可分期选择，可扩充。对不同类型的数据建立不同的库，实行程序和数据的严格分离，利于整个软件系统的可靠运行。这类系统彻底克服了集中式的不足，即使中央监控中心和总线发生故障，各级子站仍自动进行监控；具有高可靠性、工作速度快、设计开发维护简便、扩充性强、能适应多种类型的传感器等特点。

1.2极高的可靠性

硬件软件都必须具备可靠性高基本特点，避免因某一组件的故障使系统瘫痪或造成某些危害，影响整个系统的正常运行。系统应实时监视设备运行工况，设备故障时能及时报警，并在人机界面中显示故障部位及类型，方便维修。还要考虑水利行业防汛的特殊需要，充分考虑系统的抗干扰及防雷能力，并长期稳定可靠；而一次仪器选择应能适应长年处在湿度大、温差大、电磁干扰大等极恶劣的环境。

1.3完善的系统功能

系统基本功能包括：采集功能——机电设备的运行状态、水位、流速、流量、雨量、水质、水工安全监测以及图像信息等其他监测数据由就近各子站自动采集，并传送中央监控中心；控制功能——由监控中心向各子站发出命令远程遥控机电设备，也可由本地子站流程要求自动控制，或本地人工操作；通信功能——可利用电气总线、光纤、无线或公用电话网的方式来实现子站与监控中心数据的双向通信功能。

在应用过程中可以满足用户的需求及解决操作工序中的各种难题。诸如：根据监测进行控制运行，适时调整原因量以控制效应量，充分发挥工程效益；通过安全监测发现异常现象，及时预测未来性态和发展趋势，防止灾害的发生；监测资料可反馈和验证设计的正确性，求得设计的合理、完善和创新；从监测结果可评价采用的施工技术其适用性和优越性以及改进的途径等。

1.4人机对话的兼容性

具备图像界面组态能力，画面生成支持按对象链接，提供良好的人机界面，监控软件可显示监控系统的总貌、各子站概貌、监控布置图、过程曲线、报警状态等。

1.5上位管理信息系统的兼容性

具备与上位管理信息系统连接和通信的能力，保证采集数据，可按设定时间直接、自动地向上传送。实现机电设备监控、水雨情、水工安全监测和水质监测的离线分析、报表制作、图文资料及数据库管理。通过智能决策支持系统，向决策部门提出调度参考方案。

1.6保持系统的简单性

系统设计应做到目的明确，针对性强，突出重点，兼顾全局；监测项目宜简化，测点少而精，布置经济合理，施工安装方便；在配置与组态上最大限度地简化控制性能，方便操作人员生产操作，而维护人员在简单培训后，即可完成正常维护。

1.7系统扩充的可行性

系统升级或扩充极为简便，且费用合理，技术更改较少。

1.8使用成本低廉

整个系统在现场安装、使用和维护上都应充分考虑其经济性，这也是用户首要考虑的因素。

2、现场通信网络

一个典型网络信息集成系统可分成三层结构：现场控制网、办公内部网和全球信息互联网，而现场控制网一般也采用三层结构，分别为监控层、控制层和执行层，所讨论的水利自动化监控系统正是一个完整的现场控制网。

现在的现场控制产品各厂家制定的通信协议千差万别，兼容性差，国际上也无统一的标准，给系统的开放性、分散性和可互操作性造成局限，给用户使用带来不便的影响。但在设备控制层一般还是应用实时性好、可靠性高、抗干扰能力强的各种现场控制总线协议，如：Profibus、Modbus、Devicenet、Fipway等，选择时应考虑同一厂家（或不同厂家）不同通信协议产品间的通信，且所选通信协议是否有利于将来，因此要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。

在现场控制网的监控层，越来越广泛应用工业以太网，其发展给自动化监控系统注入了新的生命力。它具有与现场控制总线协议迥异的特点：相当高的数据传输速率，能提供足够的带宽；相同的通信协议Ethernet和TCP/IP；能在同一总线上运行不同的传输协议；在整个网络中运用了交互式和开放的数据存取技术；沿用多年，已为众多技术人员熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具；允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构等。