CWM 80x数据采集系统在白鹤滩水电站混凝土温控中的应用

段刚强

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611730）

1 概 述

1.1 工程概况

白鹤滩水电站左岸进水塔混凝土分为塔背混凝土、闸门井塔体混凝土、拦污栅混凝土以及两侧回填混凝土。塔背混凝土、两侧回填混凝土按每3m一层，共分10层；闸门井塔体、拦污栅混凝土分块以单个机组结构缝为界，共划分为8个机组段，单机组塔高103m（高程731～834m）一共分40层浇筑，分层高度采用3m、2.5m、2m的形式，局部特殊部位采用短分层的方式浇筑；1号机拦污栅及8号机拦污栅边墩随闸门井塔体混凝土一起浇筑。该电站所在地属于干热河谷气候，左岸进水塔大风风速超过6级的天数达226天。

1.2 温控自动化监测实施目的

人工现场采集数据时，需配备专职的监测人员在现场定时进行数据采集，当出现多部位需要同时进行温度监测时，需通过增加监测人员数量的方法来满足数据采集要求。采集到的数据不能够做到实时的收集与上传，在该情况下数据分析会出现滞后现象。

CWM80x自动数据采集模块可以在监测人员不在现场的情况下，按照事先设定好的时间间隔及时、准确、连续采集混凝土内部温度数据并通过有线或无线方式传输到后方电脑，针对混凝土内部温度的变化情况，及时调节冷却水的通水参数，从而尽可能地减少温度裂缝的产生。

2 CWM 80x数据采集系统的组成和工作原理

CWM80x数据采集系统是由温度计、CWM80x系列数据采集模块、安装有数据采集处理软件的电脑和与温度计、数据采集模块相连接的两芯屏蔽电缆等组成。CWM80x系列数据采集模块由高性能低功耗32位ARM内核微处理器为核心，将电源、测量、传输、存储等集成在一个模块里，模块内置高容量锂电池，集成了传感器信号调理、采集测量、数据存储、电源管理、通信及实时时钟等电路，具有抗干扰能力强、可靠性好，智能集成化程度高、测量精度高，功耗极低，安装、运行、维护方便等特点，见图1。数据传输采用电缆传输，输出信号为RS485，亦可采用无线移动（GPRS）或无线（ZigBee、433等）方式进行传输。模块可独立工作亦可互联使用。与传统的自动化采集系统相比，模块体积小移动方便（长×宽×高=252mm×157mm×52mm），可实现单点和群点任意组合，测量数据直接传输给计算机，使得系统组网简便快捷、经济，并省去了现场穿管布线的施工，就近布点安装方便。

图1 CWM 80x数据采集模块系统组成

3 现场应用

3.1 实施CWM80x数据采集系统的技术重点和难点

a.仓面施工环境较恶劣，导致温度计电缆维护较困难，保护工作量大。

b.数据采集单元与电缆接口处的维护与保护。

c.数据突然中断以后的数据及时采集与数据采集单元维修。

d.数据采集单元与人工采集数据的误差及修正。

e.整个自动化系统的现场维护、防盗、防潮、防尘等。

3.2 CWM80x数据采集系统测量精度检验

与其他常规监测仪器一样，CWM80x数据采集系统在混凝土温度测试前，必须对数据采集精度进行标定。本项目在实施自动化数据采集前，对CWM80x数据采集系统分别开展了室内和室外数据采集精度的标定试验，试验过程如下:

a.先在试验室将连接在CWM80x数据采集系统上的8支经过标定的热敏电阻式温度计放入标准恒温水箱内，分别在0.0℃、10.0℃、15.0℃、20.0℃、25.0℃、30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃、55.0℃、60.0℃、65.0℃、70.0℃不同温度点恒温1h以后，对各通道和经过标定的二级标准水银温度计同时采集到的温度数据进行比较。经统计，室内试验时CWM80x数据采集系统采集数据与二级标准水银温度计采集数据基本一致，精度达到±0.2℃，满足设计要求（≤±0.5℃）和厂家的标称精度（±0.5℃）。

b.现场试验采用将连接在CWM80x数据采集系统上经过标定的8支热敏电阻式温度计安装在进水塔底板混凝土不同的位置，将CWM80x数据采集系统与经过标定的BGK-408振弦读数仪不同时间点同时采集到的数据相比较。典型通道相应的观测结果见表1。

表1 BGK-408振弦读数仪与CWM 80x数据采集系统的观测成果比较 单位:℃

经统计，经过标定的BGK-408振弦读数仪与CWM80x数据采集系统同时采集的数据相差不大，精度达到±0.3℃，满足CWM80x数据采集系统的厂家标称精度和设计要求。

上述室内试验和现场检验结果表明:CWM80x数据采集系统实际的测量精度要高于仪器厂家的标称精度和设计要求测量精度，因此完全能满足白鹤滩水电站左岸进水塔工程大体积混凝土温度监测工作的需要。

在CWM80x数据采集系统安装运行后，还定期开展了人工抽检，对CWM80x数据采集系统采集的数据进行了校核和验证。

3.3 CWM80x数据采集系统整体规划

根据设计蓝图《左岸发电进水塔冷却水管埋设布置图》的要求，按照进水塔不同体型、同一体型（断面）不同季节时的温度计布置图或根据现场监理及其他相关文件的要求安装温度计，温度计电缆观测端就近接入安装在仓号边上的CWM80x数据采集模块，采用无线传输的方式将采集的数据传递至后方电脑，同时指导现场的通水冷却工作，从而实现快速、准确的温控一体化高效工作状态。

3.4 CWM80x系统数据采集与成果反馈

3.4.1 数据采集

CWM80x系列数据采集模块数据传输采用无线移动（GPRS）或其他无线方式（ZigBee、433等）进行传输，亦可采用有线传输（输出信号为RS485）。设定好采集频次后，采集模块将按照设定好的时间间隔定时采集数据并将数据自动保存在存储模块中，由无限传输模块自动将存储模块中的数据传输到后方电脑中。在没有信号或信号干扰大的地方，也可通过与RS485接口连线将储存模块中的数据自动传输至指定电脑。本项目采用无线传输（GPRS）的方式，对采集数据开展检验或校核时在现场采用有线传输的方式。

a.GPRS无线组网通信。GPRS无线数据传输是基于公众移动通讯平台及Internet的一种解决方案，因此只要现场有移动网络信号并开通GPRS服务的地方，即可在全球任何有Interent接入的环境下对现场各设备进行管理及数据采集。

位于现场的CWM80x数据采集模块自动采集后将数据自动保存在存储模块中，用户只需通过Interent网络与模块中的CPU控制单元连接，即可查看实时采集的数据及其曲线图，见图2。

b.有线组网通信。有线通信可选用单模的，也可选用多模的。在电缆的两端使用RS485接口进行连接，通过RS485接口与电脑、数据采集模块组成数据传输网络。图3为单模的连接方式，适合现场开展采集数据的检验和验证工作。

3.4.2 数据处理

点击CWM 80x自动采集软件数据管理按钮进入数据管理页面，数据管理中，可以查询任意测点、任意时刻的测量数据，同时可以导入、导出、删除、清空数据库。通过数据管理还可以导出各种格式的温控日报、周报及相关表格，实现数据的统计与反馈分析，指导温控工作。如果温度出现波动过快或超过温度预警值均可提示报警。

图2 无线组网数据采集

图3 有线单模数据采集

3.5 可能存在的问题及应对措施

3.5.1 采集信号不正常

检查传感器是否损坏、接线是否正确、是否受周围电磁环境影响比较强烈，如为强磁场干扰可采取接地、装入箱等屏蔽措施防止干扰。

3.5.2 出现数据异常

检查监测仪器及电缆情况，同时通知通水人员排查通水情况，做到及时发现、及时处理、及时沟通、及时汇报。

3.5.3 CWM80x数据采集系统采集出现问题

及时安排人员进行人工采集，保证数据采集的及时性、连续性、完整性，避免数据出现缺失而导致不能实时调节通水参数等情况发生。

3.5.4 现场断网、断电问题

及时安排数据采集人员进行温度原始数据采集，采集后及时发送给相关单位及人员，并将情况进行通报和汇报，联系相关人员及时恢复网络、电源。

3.5.5 保护及防盗问题

将温控监测自动化采集仪安装在特制的保护箱中进行防盗保护。

4 检测成果

采用CWM80x数据采集系统对白鹤滩水电站左岸进水塔混凝土开展的温控自动化监测工作，取得了良好效果，有效减少了温度裂缝的产生。截至目前，已开展了20仓混凝土温控，其中除1仓在混凝土升温阶段因冷却水管曾出现通水不畅而造成混凝土内部最高温度超出设计控制指标0.2℃外，其他19仓混凝土内部最高温度，皆满足设计控制指标的要求；共抽检混凝土内部降温数据5019次，其中降温速率不满足设计控制指标（≤1.0℃/d）的有96个，降温速率合格率为98.1%。

5 结 语

从现场温控自动化实施情况来看，CWM80x自动化数据采集系统是一种方便、快捷、准确的混凝土内部温度数据采集措施。在检测人员不在现场的情况下，能及时、准确地提供温控数据，在达到预警温度时及时进行预警，从而指导现场的通水冷却工作，实现了通水流量动态调节，使得混凝土内部最高温度及其降温速率得到了良好的控制。该数据采集系统具有很大的工程应用价值。