随着科学技术的发展,人们不断把目光投向水利综合自动化的实现,这一新课题已得到广泛的研究,少部分水库综合自动化经过多年的研究和实践,其可靠性、灵活性、快速性已得到一致的认可。我国的中小型水库多数分布在山区,并且绝大多数是土石坝,大坝失事的原因很多,涉及范围也很广,所以对大坝实现自动化已成为必然的要求。

1  选择UC7420的原因

　　首先,从水库的环境出发,由于大坝的环境复杂性,山区的供电设施比较落后,每逢雷雨天气,供电经常中断,还有大雪的天气也不例外,加上我国近几年都有电力供应紧张的时段,对一些边远山区进行限电也时有发生。所以大坝安全监测系统因缺“粮”就失去了它应有的活力。

　　其次,从UC7420的功能来说,Moxa UC-7420采用 Intel IXP-422 XScale CPU,这款处理器是专门为网络应用而设计的,所以它非常适合处理网络传输。系统整体消耗电源非常低,只有12 W,UC7420已经预装 Linux,这意味着用户在开发上可以省出大量的时间和精力,而不必再费力的选择操作系统。总之,路由器的制造者可以用 UC7420作为平台很快的开发出路由应用。另一个重点是安全,特别是当路由器把数据包从 internet转发到内部局域网时。为了解决这个问题,UC7420支持用 IP Table来架设防火墙,还有 OpenSSL、 OpenVPN、 OpenSSH和IPSec。此外,硬件加密为更安全的通信打下良好的基础。UC7420带有2个支持 PPPoE的网口,自带的 RS232口可以对 UC7420进行远程配置和当网络断掉时可以通过它进行配置和监视。UC7420主要的功能之一就是可编程性,可以用C语言来编写特制的机器操作程序。例如,UC可以编程用于监测采集水库的各种重要数据。另外, UC7420的无风扇、无硬盘设计,可提供更长的不间断工作时间,CF卡插槽可以扩展到千兆级存储空间,可编程能力给用户提供无限可能。

2  UC7420在大坝安全监测中的具体应用

2.1  大坝安全监测系统的简介

　　大坝安全监测系统主要分为两部分：一是监控系统,二是管理系统。监控系统包括：自动数据采集、离线分析、参数设置、数据存储和数据查询等。管理系统主要包括：查询分析、二次处理、防洪调度、水情预报和报表输出等。UC7420在大坝安全监测系统中主要是取代了监控系统中的数据采集子系统,其所采集的数据主要有:大坝测压管水位、坝体渗流量、库水位、雨量、大坝温度等。

　　大坝安全监测系统要求其反映出大坝现状情况。为确保数据采集不会因为停电,而使PC不能采集数据（数据丢失）,失去监测功能,利用UC7420嵌入式计算机,单独蓄电池供电,即使现场因故停电,UC7420数据采集子系统也依然可以发挥它本有的功能,并且让采集回来的数据暂时存放在UC7420上,待PC机取数。

2.2  系统总体结构图

　　下面以江西分宜县彰湖水库大坝安全监测系统为例,来说明UC在大坝安全监测中的具体应用,水库有主坝与副坝,结构如图1所示。

图1  系统总体结构拓扑图

　　图1中,离线管理机通过COM1发送取数据指令到UC7420(主坝),当UC7420收到取数据指令时,立即将存放在自身的数据全部发送到离线管理机,并清除保存在自身的全部数据;同时,通过COM2发送同样的取数据指令到另一UC7420(副坝),当副坝UC7420收到取数据指令,也完成与主坝UC7420同样的操作。由于副坝距离水库控制室较远（1 km外）,所以COM2经电台与副坝的UC7420实现指令传送和数据传送。由于UC7420在整个大坝安全监测系统中是一个独立的数据采集子系统,结合图1的结构,下面深入说明UC7420中的数据采集子系统。

　　图1下半部分是UC7420数据采集子系统结构。首先,UC7420定时发送数据采集指令,由研华模块ADAM4520将其RS232信号转变成RS485信号。由于考虑到系统的节能与设备寿命问题,RS485信号再经研华的ADAM4050继电器模块来控制其他的电源与信号。系统工作时,先让UC发送继电器吸合指令,然后再发送数据采集指令。具体流程如图2所示。

图2  UC软件流程图

　　数据采集系统每间隔1小时对大坝情况采集一次数据,并且将采集回来的数据暂时存放在UC7420上,高端软件也是每间隔1小时发送一次取数据指令。当UC7420收到高端的取数据指令时,将存放在自身的所有数据一起发送到离线管理机上,让离线管理机进一步处理分析。由于考虑到系统测试问题,高端软件也可以通过鼠标或者键盘操作,发送一个手动的数据采集测试指令,当UC7420收到手动测试指令时,UC7420立即对大坝情况进行一次数据采集,并且将所采集到的数据发送给高端软件,供观察与分析。

　　UC7420在彰湖水库大坝安全监测系统中已经运行了一年,系统运作正常,为彰湖水库的大坝安全提供了可靠的保证。但是,随着信息化的推广,大坝安全监测应主动适应时代要求,走向网络化、智能化,采用网络数据库、Internet/Intranet技术,建立全地区,全省乃之于全国的大坝安全监测信息网,这是时代要求,更是我们在UC基础上即将开始的下一目标。

　　通过UC7420在彰湖水库大坝安全监测系统中的应用,进一步了解到UC7420不仅可传送RS232信号,还支持RS485的信号传输,所以彰湖水库大坝安全监测系统数据采集子系统中所采用的研华ADAM4520信号转换模块在今后的类似开发中可以省略,只需直接初始化串口为RS485信号,这样既节省系统中的设备费用,也减少了ADAM4520模块设备的安装。UC7420的网络信息化,对于彰湖水库大坝安全监测系统是一个空白,完善UC7420的网络信息化,是在开发大坝安全监测系统中需要弥补的一个漏洞。