大壩安全監(jiān)測中的UC7420應(yīng)用技術(shù)方案

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們不斷把目光投向水利綜合自動化的實(shí)現(xiàn)，這一新課題已得到廣泛的研究，少部分水庫綜合自動化經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，其可靠性、靈活性、快速性已得到一致的認(rèn)可。我國的中小型水庫多數(shù)分布在山區(qū)，并且絕大多數(shù)是土石壩，大壩失事的原因很多，涉及范圍也很廣，所以對大壩實(shí)現(xiàn)自動化已成為必然的要求。

　

1  選擇UC7420的原因

    首先，從水庫的環(huán)境出發(fā)，由于大壩的環(huán)境復(fù)雜性，山區(qū)的供電設(shè)施比較落后，每逢雷雨天氣，供電經(jīng)常中斷，還有大雪的天氣也不例外，加上我國近幾年都有電力供應(yīng)緊張的時(shí)段，對一些邊遠(yuǎn)山區(qū)進(jìn)行限電也時(shí)有發(fā)生。所以大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)因缺“糧”就失去了它應(yīng)有的活力。

    其次，從UC7420的功能來說，Moxa UC一7420采用IntellXP-422 XScak CPU，這款處理器是專門為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，所以它非常適合處理網(wǎng)絡(luò)傳輸。系統(tǒng)整體消耗電源非常低，只有12 W，UC74120已經(jīng)預(yù)裝Linux，這意味著用戶在開發(fā)上可以省出大量的時(shí)間和精力，而不必再費(fèi)力的選擇操作系統(tǒng)。總之，路由器的制造者可以用UC7420作為平臺很快的開發(fā)出路由應(yīng)用。另一個(gè)重點(diǎn)是安全，特別是當(dāng)路由器把數(shù)據(jù)包從internet轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部局域網(wǎng)時(shí)。為了解決這個(gè)問題，UC7420支持用IP TabIe來架設(shè)防火墻，還有OpenSSL、OpenVPN、openSSH和IPSec。此外，硬件加密為更安全的通信打下良好的基礎(chǔ)。UC74120帶有2個(gè)支持PPPoE的網(wǎng)口，自帶的RS232口可以對UC7420進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和當(dāng)網(wǎng)絡(luò)斷掉時(shí)可以通過它進(jìn)行配置和監(jiān)視。UC7420主要的功能之一就是可編程性，可以用C語言來編寫特制的機(jī)器操作程序。例如，UC可以編程用于監(jiān)測采集水庫的各種重要數(shù)據(jù)。另外，UC7420的無風(fēng)扇、無硬盤設(shè)計(jì)，可提供更長的不間斷工作時(shí)間，CF卡插槽可以擴(kuò)展到干兆級存儲空間，可編程能力給用戶提供無限可能。

　

2  UC7420在大壩安全監(jiān)測中的具體應(yīng)用

2.1  大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的簡介

    大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)主要分為兩部分：一是監(jiān)控系統(tǒng)，二是管理系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)包括：自動數(shù)據(jù)采集、離線分析、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)查詢等。管理系統(tǒng)主要包括：查詢分析、二次處理、防洪調(diào)度、水情預(yù)報(bào)和報(bào)表輸出等。UC7420在大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中主要是取代了監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，其所采集的數(shù)據(jù)主要有：大壩測壓管水位、壩體滲流量、庫水位、雨量、大壩溫度等。

    大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)要求其反映出大壩現(xiàn)狀情況。為確保數(shù)據(jù)采集不會因?yàn)橥ｋ姡?/SPAN>PC不能采集數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)丟失)，失去監(jiān)測功能，利用UC7420嵌入式計(jì)算機(jī)，單獨(dú)蓄電池供電，即使現(xiàn)場因故停電，UC7420數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)也依然可以發(fā)揮它本有的功能，并且讓采集回來的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放在UC7420上，待PC機(jī)取數(shù)。

2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

    下面以江西分宜縣彰湖水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)為例，來說明UC在大壩安全監(jiān)測中的具體應(yīng)用，水庫有主壩與副壩，結(jié)構(gòu)如圖l所示。

    圖1中，離線管理機(jī)通過COMl發(fā)送取數(shù)據(jù)指令到UC7420(主壩)，當(dāng)UC7420收到取數(shù)據(jù)指令時(shí)，立即將存放在自身的數(shù)據(jù)全部發(fā)送到離線管理機(jī)，并清除保存在自身的全部數(shù)據(jù)；同時(shí)，通過COM2發(fā)送同樣的取數(shù)據(jù)指令到另一UC7420(副壩)，當(dāng)副壩UC7420收到取數(shù)據(jù)指令，也完成與主壩UC7420同樣的操作。由于副壩距離水庫控制室較遠(yuǎn)(1 km外)，所以COM2經(jīng)電臺與副壩的UC7420實(shí)現(xiàn)指令傳送和數(shù)據(jù)傳送。由于UC7420在整個(gè)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，結(jié)合圖1的結(jié)構(gòu)，下面深入說明UC7420中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。

    圖1下半部分是UC7420數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。首先，UC7420定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，由研華模塊ADAM4520將其RS232信號轉(zhuǎn)變成RS485信號。由于考慮到系統(tǒng)的節(jié)能與設(shè)備壽命問題，RS485信號再經(jīng)研華的AD—AM4050繼電器模塊來控制其他的電源與信號。系統(tǒng)工作時(shí)，先讓UC發(fā)送繼電器吸合指令，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令。具體流程如圖2所示。

    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每間隔1小時(shí)對大壩情況采集一次數(shù)據(jù)，并且將采集回來的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放在UC7420上，高端軟件也是每間隔l小時(shí)發(fā)送一次取數(shù)據(jù)指令。當(dāng)UC7420收到高端的取數(shù)據(jù)指令時(shí)，將存放在自身的所有數(shù)據(jù)一起發(fā)送到離線管理機(jī)上，讓離線管理機(jī)進(jìn)一步處理分析。由于考慮到系統(tǒng)測試問題，高端軟件也可以通過鼠標(biāo)或者鍵盤操作，發(fā)送一個(gè)手動的數(shù)據(jù)采集測試指令，當(dāng)UC7420收到手動測試指令時(shí)，UC7420立即對大壩情況進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，并且將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給高端軟件，供觀察與分析。

    UC7420在彰湖水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中已經(jīng)運(yùn)行了一年，系統(tǒng)運(yùn)作正常，為彰湖水庫的大壩安全提供了可靠的保證。但是，隨著信息化的推廣，大壩安全監(jiān)測應(yīng)主動適應(yīng)時(shí)代要求，走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化，采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、Internet／Intranet技術(shù)，建立全地區(qū)，全省乃之于全國的大壩安全監(jiān)測信息網(wǎng)，這是時(shí)代要求，更是我們在UC基礎(chǔ)上即將開始的下一目標(biāo)。

    通過UC7420在彰湖水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步了解到UC7420不僅可傳送RS232信號，還支持RS485的信號傳輸，所以彰湖水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中所采用的研華ADAM4520信號轉(zhuǎn)換模塊在今后的類似開發(fā)中可以省略，只需直接初始化串口為RS485信號，這樣既節(jié)省系統(tǒng)中的設(shè)備費(fèi)用，也減少了ADAM4520模塊設(shè)備的安裝。UC7420的網(wǎng)絡(luò)信息化，對于彰湖水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)空白，完善UC7420的網(wǎng)絡(luò)信息化，是在開發(fā)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中需要彌補(bǔ)的一個(gè)漏洞。