水情自动测报系统的可靠性设计

安擞水利科技－２００２年第ｌ期　水情自动测报系统的可靠性设计　方卫华　周炎　（南京水利水文自动化研究所　南京２１００１２）　摘要本文从总体设计、仪器设计、防雷设计、软件设计等方面奎面．巷鲒了水情自动测报系统的可靠性设计经验，为有　关单位设计、验收提供参考。　关键词水情自动刹报系统可靠性设计　水情自动测报系统担负着人们了解水情信息的任务．系统　线路安装多级电源避雷装置。同频干扰、太阳风暴等干扰会　的遥测站和中继站太多设置在荒郊野外．这里无人值守、交通　对通讯造成影响．同样雨、雾、雪等也影响信号的传输、增加　不便、气候条件差、电磁环境恶劣，而系统的仪器设备本身又是　误码率，因此，在硬软件上采取抗干扰和纠错技术就显得非　相对脆弱的电子产品．水情信息是水利工程的科学、经济运行　常必要。目前使用的信道编码采用纠错编码技术，能检两位、　基础．汛期水情信息的可靠性直接关系到水利工程的安全．因　纠一位错误．使系统误码率由ｌ０　降低到ｌ０　。此外，采用多级　此可靠性是水情自动测报系统设计的关键问题之一。笔者从总　校验对进一步提高系统可靠性具有显著作用。在通信电路和　体设计、硬软件设备设计、防雷接地等方面对毋隋自动测报系　线路的设计中，应考虑到大气条件的变化、通信设备的老化　统的可靠性设计进行总结．希望能为有关同志在工作中提供一　和技术指标的漂移恶化，以及可能发生的背景干扰．在每条　些参考。　电路中都留出足够的干扰保护度和衰落余度，以保证一定的　１总体设计　电路余量。　１．４考虑设备自身老化可能带来的问鼯，采取有效预　１．１加强元器件及仪器的选型．确保系统各部分的可靠性　防措施　系统测量传感器、测量及通讯设备的可靠性是系统可靠性　设备的老化将对系统正常工作造成影响，甚至干扰．如蓄　的基础。采用微功耗、工业级乃至军用级芯片和对元器件进行　电池的老化就会导致系统不能正常工作，甚至污染有关设备。　降额使用，在此基础上优化电路设计是提高单板可靠性的必然　在设备机电设计中对此要有所考虑，在维护中要定期检验，及　要求。传感器尽可能选用无源的或功耗低的设备，以利于长期　时更换。　在现场工柞。另外选用经过现场工程考验的、高可靠、高质量、　成熟的辅助设备对提高系统可靠性也是必须的。　１．５重视配套设施建设，改善系统工作环境　１．２优化系统工作模式，提高系统使用寿命　重视站房的建设，安装好照明、防火、防盗等设施是系统正　常工作的要求，特别是接地地同和避雷铁塔的建设，将直接关　设计时应尽可能简化系统设备结构（如采用单板结构），不　系到系统的安全。严格按照土建技术要求设计安装和检测是提　附加任何无用功能；平时采用自报式、间断工作方式．系统设备　高系统可靠性的必然要求。　间歇时间长、损耗小，可太大提高设备的使用寿命。　１．６重视设备安装质量控制，确保安装满足质量要求　１．３充分考虑现场条件下的各种干扰，采取必要的抗　在设备安装中要经常测试有关参数，既要保证设备功能和　干扰措施　性能达到规定的指标，也要考虑到系统可能承受的各种影响耐　设计、施工和维护（修）中必须充分考虑雷电等电磁干扰。　久性的因素（包括雷电、动植物瓤人为破坏）．同时要作好施工记　雷电电磁脉冲的防护措施主要包括遥测站和中继站尽量采　录和绘制必要的图纸，以备将来查证。　用直流供电，以消除电源线引＾的雷电干扰的破坏；天线安　１．７加强人员培训，减少人为差错和缩短故障修复时间　装同轴避雷器，防止雷电从天馈线引入遥测设备；交流供电　制定严格的规章制度和明确的技术参数，重视人员培训，　维普资讯 http://www.cqvip.com

水情自动剥报系统的可靠性设计ｔ方卫华　周　更　加强质量控制，重视效果检查、尽可能地将人为差错减少到最　低程度。同时要提高操作人员发现问题和维护维修的水平，减　少故障修复时间（ＭＴＴＲ）　经验，改良系统产品　在质量管理中要制定严格的管理规范和　参数控制指标，明确责任人。　中继站是遥测系统组网的关键环节，中继站设备应比遥测　站设备具有更高的可靠性冲继站设备的可靠性设计，除以上　所述外，为了进一步提高中继的可靠性，在设计上还可以采取　以下两种设计方案：　２设备的可靠性设计　设备的可靠性设计是复杂的工艺控制过程．为提高设　备的可靠性，在遥测设备的设计和生产中应注意采取如下　措施：　设备备份。即每个中继站都具有两套完全独立的、完整的　中继设备（如中继终端、天线、馈线、防雷系统、电源系统等）一一　套主运行．作为正常情况下的中继站：另一套热备份，不作中继　转发，但对主中继站实时检测，当备份中继站发现主中继站发　生故障时立郎中止中继的运行．并自动代替主中继站的工作．　２．１优良的电路设计　选择既简单叉合理的电路方案；逻辑电路要克服竞争现　象和冒险．时序配合应做到准确无误；时闻常数电路要充分　估计组件的离散性和温度稳定性的影响；多采用积分型电　路，少采用微分型电路；模拟电路的设计还要重视工作点的　稳定性，选取合适的反馈深度以保证工作稳定井防止自激　现象的发生，要保证良好的频率响应和尽可能多的带外防　卫度　同时向中心站发出告警信息　或者直接在中心站的控制下，执　行允许和禁止转发、主备中继机切换的功能：　信道备份。即设计中继冗余线路．一条作为主中继干线，另　一条作为辅佐中继线路。当主中继干线因雷击等原因而造成中　断时，信号可以从辅佐中继线路迂回向中心站传送数据。　２．２选用优质元器件　尽量选用高集成度的元器件，用较少的组件做出台乎技术　要求的设备；对关键元器件进行老化筛选，或者降额设计以提　高可靠胜。　３防雷接地设计　为了保证遥测站中继站可靠地运行，防止从天馈线、电源　线、遥测设备与传感器问的信号线引入的雷电损坏设备，在系　统设计中采取下列避雷措施。　２．３重视电磁兼容性设计　为了减少各部分设备、各部分电路之间的电磁干扰，必须　３．１安装避雷针　避雷针的接地电阻应小于１０ｆ／，。如特殊情况要求更低的接　地电阻时，可以按小于５ｎ设计。　进行正确的接地和屏蔽。例如对脉冲数字地、模拟信号地、交　流电源地分别处理，避雷接地、保护接地采用一点接地技术　等　同时对系统采取全面的干扰抑制措施，如屏蔽、滤波、隔　离等。　避雷地网和设备地网是连在一起还是分开铺设，应根据　各个站的实际情况决定，总的原则是：避雷针和站房相距较　近时应铺设统一的地网，避雷针引下线和设备接地线采取　一２．４简化人机接１３　简化人机接ＩＳＩ要以方便操作、减少人为误操作、缩短培训　和修复时问为目的。　点接地法共同接到同一地网；当两者相距较远时则应分　别设计接地网。从提高避雷效果的角度来看．避雷针应远离　站房将雷电引到别处．但这时避雷针的高度将要增加．而且　２．５提高设备的机械性能　充分采用防振、防锈蚀、防潮、保温等措施提高设备的可靠　需要另架设天线铁塔和增加一个接地地网，建设投资将太　大增加。　性．尽量避免由于机械设计原因引起系统故障。　３．２采取隔离、泄放等避雷措施　交流电源增加浪涌吸收装置，隔离变压器或其它防雷装　置。对于遥测站、中继站，应尽可能采用太阳能浮充的蓄电池供　电，以避免从交流电源引人雷电：　２．６采用先进的软件设计方法　如采用多重保护措施防止程序运行紊乱、死机等。软件的　质量控制主要依赖长期的动态检验考核，根据考核结果采取适　当的措施　遥测终端和遥测传感器之间的室外传输电缆增加电缆保　护措施和避雷设备：较长的信号传输线，如水位计电缆，穿人　金属管道埋人地下铺设。应尽可能使一个遥测站或中继站的　设备相对集中，减少室外传输电缆，尽量避免长距离的水位　传送。　遥测终端和遥测传感器之间的接口采用光电隔离技术、压　２．７严格系统考机　对遥测终端机、中继机等主要设备进行加电考机、高温老　化、雾室考核．　４试有关参数的稳定性和通讯的可靠性。　４试既　要针对单机，也要针对系统，既要测试一般环境，也要模拟各种　恶劣环境同时作用于系统的极端情况。　２．８加强质量管理　对所有设备进行严格的质量检测，每－－￣ｔＬ设备均按规范进　行振动跌落、高温高温及高低温抽样检验，保证设备能在现实　敏电阻等浪涌吸收组件隔离或吸收雷电冲击，能有效肪止信号　线上引人的感应电对遥测终端接口的冲击。　更苛刘的环境条件下可靠运行：同时记录有关情况，总结工作　４中心站机房设计　（下转第９页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｉｌ＿Ｅ　推进城市水利工作服务城市建设与发展・是存荣　９　先规划要合理．其次要有资金作保障才能实施，还要进行严格　的发展也要考虑城市水利和流域水利的发展，最终走上相互协　调，持续发展的理想之路。　有效的监管　例如：台肥市位于南淝河流域，南淝河两岸堤防　保护合肥市城区和郊区，按照规划，在大房郢水库建成后，城　市堤防肪洪标准将达到１００年一遇．农村为２０年一遇　规划的　实施若监管不严可能会造成诸如堤线、堤顶、堤身断面等关键　３、城市水利要与城市环境相协调。现代城市水利要充分考　虑河流对城市美化、挣化的作用，尽可能保留一些胡、塘、洼、　淀，既有利于美化城市环境、也有利于滞留雨水。在进行水资源　配置时，要考虑河流生态流量。河流生态学是一门新的学科，城　市河流生态保护是城市环境保护的重要课题．为使我们的城市　水美、城更美．需要加强研究。　城市水利是特殊的领域．涉及自然和社会科学的各个方　面，不仅需要工程技术，还需要跨学科的人才、技术。水利是科　学技术应用最广泛的领域．城市发展与城市水环境容量不足的　矛盾必须也只能依靠科技创新解决。城市水利发展呼唤科技创　新，呼唤科技人才　关于城市水土保持应开展深人细致研究。比如　城市不透　水面积增加．城市降水人渗减少．增加了城市洪涝灾害的机率，　减少了城市地下水．因此，城市雨水蓄、渗工程应是城市水土保　持工作的新内容，叉如城市绿化植物选择不合理，会使城市绿　化灌溉用水增加，因此城市免灌品种栽培技术也是城市水土保　持的新课题，这对水资源短缺的城市尤为重要。另外，城市建设　中的水土保持方案应严格审批．加强监督，使施工中的裸地及　时得到绿化　此外，城市所在河流上游水土保持与城市河道的　凇积、水资源和洪水等有密切关系．城市水利部门应参与有关　规划和治理工作，做到心中有数一　总之，面向新世纪，城市发展日新月异．城市水利工作任重　参数不符合设计要求，若农村堤防标准过高会影响城市．另　外．在农村肪护区内建设超标准项目时应自行设肪，否则．农　村堤防一旦溃破将会造成更大损失。因此，城市水利与流域水　利是密切相关的．应从规划、建设及管理三方面加以协调和监　督．才能确保城市水利健康发展。城市水资源与流域水资源的　优化配置关系更加密不可舒，臣此，城市水利与流域水利的协　调发展涉及水利发展的各个目标，是十分复杂的科技、经济和　社会问题。　２、城市水利要与城市经济发展和生产力市局相适应。一个　漉域的水资源是有一定的承载力的，超过此承载力就会破坏承　资源，城市也就不可能持续发展，整个流域的经济也要遭到破　坏　我省处在淮河和长江流域，淮河流域水资源总量不丰富，长　江流域的山丘区则季节性缺水，为了城市经济长久持续的发　展．拽们的产业结构选择应定位在节水高教工业、服务业，否则　就要走弯跆，甚至走回头路。虽然我们可以从长江调水、怛事实　证明，跨流域滴水也只能解决一个时期的问题，最终还是要立　足自身节水、中水或雨洪利用和水循环使用等，立足优化产业　结构．天津多次调水已证明了过一点。由于水价偏低．每次调水　都刺激耗水，使城市产业结构更加趋于不合理，并导致滦河水、　黄河水资源更加紧缺，带来诸多环境问题。因此，城市发展要与　城市水利条件相适应，要促进城市节水、水循环利用，中水和雨　洪利用工作　同时还要加强流域灌溉控制，缺水地区要大力发　展旱作农业，节水农业。要抓紧制定节水灌溉定额，把农业节水　作为一项革命眭措施来抓　通过农业节水解决一部分城市缺水　量　总之，流域水利的发展要服务城市水利和城市的发展，城市　道远，借此机会．我们希望与城市、环保等部门共同努力，不断　推进城市水利工作．为城市发展创造良好的水利环境。　作者简介　昊存荣，安徽省水利斤斤长　上接第３３页）　中心站机房是系统的数据汇集和通讯中心，也是数据库　服务器所在地。除了网络管理功能以外，将来的网络扩充或网　络分段．均由在机房内设相应的网络路由器或网桥来实现，网　络中心同时还是整个系统管理部门的电子邮局。中心机房应　是一个多功能的多媒体智能电子会议系统，目Ｅ迅速查询和分　析整个系统实时的、历史的全部水情信息，必须与预测和洪水　预报方案系统相连接．实时作出决策。通过与网络中心的通讯　服务器，可向上级单位和三防指挥部各成员单位、领导发送电　子邮件和有线、无线指令。因此机房建设工作的好坏直接关系　到计算机系统能否正常运行，因此一开始就应该布局合理　环　境条件（包括温度、湿度、腐蚀性气体、电磁场、静电冲击振动、　噪音和照明等）符合系统的技术要求，并考虑到系统扩充的可　能性　５软件的可靠性设计　软件设计必须遵循标准化、规范化设计原则。在编码设计、　通信规约、用户界面、文档编制等方面应贯彻标准化、规范化的　设计方法　应用软件具有以功能模块为单元的可灵活拆装配置的结　构　保持每个功能模块的个性．便于扩充。　按照人机工程学的方法设计系统的人机界面，选择适当　的、统一的菜单形式。良好的菜单系统是改善用户友好性的重　要途径。　采用联机帮助技术，在程序的每１、层扶绐出与当前操作对　应帮助提示信息。　应用软件采取容错设计，有效屏蔽各种错误操作和其它　干扰