瑪納斯河流域的水利工程中閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐探微

魏　勇

(新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河流域管理處，新疆 石河子 832000)

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瑪納斯河流域的水利工程中閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐探微

魏勇

(新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河流域管理處，新疆 石河子 832000)

[摘要]基于對(duì)瑪納斯河流域現(xiàn)狀的分析，對(duì)水利工程中閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，闡述了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，并對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用效益進(jìn)行了總結(jié)，以此在水利工程管理領(lǐng)域?qū)﹂l門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行推廣。

[關(guān)鍵詞]瑪納斯河流域；閘門(mén)；自動(dòng)化控制；水利工程

新疆瑪納斯河流域包括瑪納斯河、金溝河、塔西河等六條內(nèi)陸河流，其中瑪納斯河全長(zhǎng)324 km，是新疆瑪納斯河流域內(nèi)最大的河流。目前，新疆瑪納斯河流域建設(shè)的水利工程以灌溉農(nóng)業(yè)為主要功能，同時(shí)兼有城市供水、發(fā)電及防洪功能。隨著新疆瑪納斯河流灌區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地區(qū)人口大幅度增加，人們對(duì)水資源供給量的需求不斷提升[1]。與此同時(shí)，其中一部分水閘工程落后及老化現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重影響工程的正常運(yùn)行。具體表現(xiàn)為：機(jī)電設(shè)備可靠性低，存在安全隱患；系統(tǒng)反應(yīng)速度緩慢，控制方式相對(duì)落后；容易發(fā)生安全事故；缺乏上游水情預(yù)警，工作比較被動(dòng)；工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，調(diào)閘的準(zhǔn)確率較低。為進(jìn)一步提高工情和水情信息的采集效果，需要對(duì)先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用，建立高效的決策網(wǎng)絡(luò)，對(duì)水利工程運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以促使區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益的不斷提升。

1系統(tǒng)組成

自動(dòng)化系統(tǒng)遵循“無(wú)人值班、少人值守”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，以經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)及實(shí)用目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)配置。該自動(dòng)化系統(tǒng)由遠(yuǎn)程調(diào)度監(jiān)控室和監(jiān)控中心組成，主要包括三個(gè)部分[2]。(1)閘門(mén)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)孔閘門(mén)的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行收集，實(shí)現(xiàn)對(duì)孔閘門(mén)的自動(dòng)控制；(2)閘門(mén)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，分別在上下游2處裝設(shè)一體化攝像機(jī)，對(duì)閘門(mén)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，視頻信號(hào)的采集和攝像機(jī)的運(yùn)行控制均由監(jiān)控中心的視頻主機(jī)來(lái)完成；(3)設(shè)置一條通信鏈路，方便上級(jí)調(diào)度中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2結(jié)構(gòu)方案

閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行分為三個(gè)等級(jí)，系統(tǒng)控制權(quán)限較高。按照控制權(quán)順序排列等級(jí)為：遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)度控制級(jí)、集中控制級(jí)和手動(dòng)控制級(jí)[3]。(1)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)度控制級(jí)：通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，上級(jí)調(diào)度中心進(jìn)行調(diào)度，借助Intemet瀏覽器能夠遠(yuǎn)程查看相關(guān)的圖像信息和報(bào)表數(shù)據(jù)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目的。監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制閘站設(shè)備，分為兩種不同形式，一是閉環(huán)自動(dòng)控制，依據(jù)設(shè)定的流量要求及其限制條件，閘門(mén)監(jiān)控主機(jī)通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)閘站各閘門(mén)的開(kāi)度和啟停進(jìn)行控制；二是人工操作控制，操作員依據(jù)當(dāng)前閘門(mén)運(yùn)行的具體情況及控制命令，借助鍵盤(pán)和鼠標(biāo)對(duì)閘門(mén)設(shè)備進(jìn)行控制，其工作內(nèi)容主要是對(duì)啟閉機(jī)的開(kāi)停及斷路器操作等進(jìn)行自動(dòng)化控制。操作工作者在界面上對(duì)所需控制的設(shè)備圖形控鍵進(jìn)行點(diǎn)擊，操作員對(duì)自動(dòng)彈出界面的控制模擬鍵進(jìn)行操作，計(jì)算接接受指令并按照預(yù)先設(shè)定的流程實(shí)施操作，工作人員可以通過(guò)流程圖的查看對(duì)執(zhí)行及流程受阻情況進(jìn)行觀察，從而便于找出故障原因和部位，有利于對(duì)開(kāi)環(huán)運(yùn)行進(jìn)行指導(dǎo)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)閉環(huán)的自動(dòng)化調(diào)度和操控。(2)集中控制級(jí)：現(xiàn)地控制單元上設(shè)置集中控制級(jí)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)地控制柜上按鈕及其相關(guān)設(shè)備的控制，工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)閘站的調(diào)節(jié)和控制，此種情況下遠(yuǎn)程控制級(jí)命令被閉鎖，能夠?qū)ψ詣?dòng)化系統(tǒng)的安全性進(jìn)行有效控制，與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作，可以對(duì)相關(guān)的現(xiàn)地信息進(jìn)行采集。(3)手動(dòng)控制級(jí)：閘門(mén)啟閉機(jī)旁邊一般設(shè)有手動(dòng)控制箱，手動(dòng)控制箱組成手動(dòng)控制級(jí)，通過(guò)對(duì)手動(dòng)控制箱的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)地的控制?，F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)置在單元控制器上的“本地”位置，當(dāng)遠(yuǎn)程控制級(jí)命令閉鎖后[4]，自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性得以確保，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作仍然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集和使用。在自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，現(xiàn)場(chǎng)控制單元設(shè)有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)的操作可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各控制級(jí)的切換。閘門(mén)無(wú)論處于哪一級(jí)的控制狀態(tài)之下，設(shè)置在啟閉機(jī)房的監(jiān)控主機(jī)都能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)在監(jiān)控中心的服務(wù)器上進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的錄入，對(duì)歷史及實(shí)時(shí)庫(kù)進(jìn)行建立，并設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)查詢功能，以便工作者查看及使用。以太網(wǎng)絡(luò)、閘門(mén)監(jiān)控主機(jī)及現(xiàn)地控制單元是組成閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)的三個(gè)重要部分，該自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

3系統(tǒng)功能

3.1閘門(mén)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化

閘門(mén)監(jiān)控室和調(diào)度中心遠(yuǎn)程控制閘站設(shè)備，在此基礎(chǔ)上閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備了豐富的人機(jī)界面，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供運(yùn)行接口，進(jìn)行設(shè)備操作十分簡(jiǎn)單和安全。不僅促使了多窗口特點(diǎn)的有效發(fā)揮，同時(shí)又滿足了運(yùn)行工作人員的操作需求[5]。(1)通過(guò)控制功能，可以對(duì)人工、自動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)及啟閉機(jī)進(jìn)行全面控制；(2)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集和管理，如電機(jī)電壓及電流、閘門(mén)位置和工作狀態(tài)等，相關(guān)信息和數(shù)據(jù)借助ODBC接口可在SOLServer數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行儲(chǔ)存；(3)根據(jù)需要，系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成工情和水情的報(bào)表及趨勢(shì)曲線，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)流量、閘位等各變量變化情況的監(jiān)控。(4)非正常狀態(tài)下，系統(tǒng)的報(bào)警及保護(hù)功能能夠?yàn)檎麄€(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供保護(hù)，SOL數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息便于日后查詢；(5)瀏覽器/服務(wù)器是遠(yuǎn)程訪問(wèn)系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，能夠支持IE系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能進(jìn)行使用。當(dāng)用戶身份通過(guò)后，就可以對(duì)分中心監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行訪問(wèn)，遠(yuǎn)程用戶在權(quán)限范圍內(nèi)可以對(duì)系統(tǒng)的控制及管理功能進(jìn)行使用。

圖1　閘門(mén)自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖

3.2安全保護(hù)

拖動(dòng)電機(jī)是閘門(mén)系統(tǒng)的重要設(shè)備，需要引起對(duì)拖動(dòng)電機(jī)的重視和保護(hù)。該自動(dòng)化控制系統(tǒng)共設(shè)置了四個(gè)層面的保護(hù)，其中包括軟體的過(guò)壓過(guò)流保護(hù)和包括限位保護(hù)、電流過(guò)熱保護(hù)器及快速過(guò)流保護(hù)在內(nèi)的硬體的三層保護(hù)。

3.3監(jiān)控系統(tǒng)

該自動(dòng)化系統(tǒng)的視頻錄像機(jī)上，所顯示的視頻信號(hào)共有5路，手動(dòng)對(duì)其進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變倍、聚焦及信息儲(chǔ)存等功能的操作[6]，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，可以長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行錄像，通過(guò)歷史圖像的回放可以對(duì)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行查看和了解。

4系統(tǒng)應(yīng)用效益

閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)建成后，對(duì)工程的運(yùn)行狀況進(jìn)行了改善，在設(shè)備運(yùn)行效率有效提升的基礎(chǔ)上，測(cè)配水管理迎來(lái)了新的局面，所獲取的效益十分顯著。(1)閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)未建立前，受實(shí)際情況的影響，值班工作者無(wú)法及時(shí)對(duì)水情進(jìn)行了解，由于經(jīng)常在高水位環(huán)境運(yùn)行整個(gè)工程，導(dǎo)致危險(xiǎn)因素不斷增加。直至建立該控制系統(tǒng)之后，控制室計(jì)算機(jī)實(shí)施監(jiān)測(cè)，并獲取閘門(mén)圖像及水位變化信息，通過(guò)工作人員的分析和操作，及時(shí)對(duì)閘門(mén)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，而計(jì)算機(jī)在水位超高時(shí)可以自動(dòng)對(duì)閘門(mén)進(jìn)行控制，一定程度上確保了工程運(yùn)行的安全和可靠。(2)當(dāng)發(fā)生緊急水情時(shí)，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的幫助，工作人員處理水情的時(shí)間有所縮短，同時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行直接影響著灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益。由于建立了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，工作人員在控制室內(nèi)調(diào)閘便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的控制，而無(wú)需來(lái)回走動(dòng)對(duì)閘門(mén)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，不僅節(jié)省了工作時(shí)間，還能迅速及時(shí)的對(duì)水情進(jìn)行處理，確保了灌區(qū)供水的安全。(3)由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了設(shè)備運(yùn)行的安全性，并對(duì)相應(yīng)的安全保護(hù)措施進(jìn)行了增設(shè)。雜物卡阻閘槽造成設(shè)備損壞等問(wèn)題得以避免，有效提高了設(shè)備運(yùn)行的安全系數(shù)。(4)建立自動(dòng)化控制系統(tǒng)，無(wú)論是人工調(diào)閘還是計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)閘，都使得渠道輸水變得非常平穩(wěn)，日平均配水準(zhǔn)確率也得以有效提升，顯著提高了灌區(qū)的服務(wù)質(zhì)量。

5結(jié)語(yǔ)

瑪納斯河流域水利工程的運(yùn)行應(yīng)用閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)獲得了顯著成效，進(jìn)一步解決了以往工作當(dāng)中出現(xiàn)的不良狀況及問(wèn)題，有效提升了灌區(qū)的服務(wù)質(zhì)量。依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文總結(jié)出如下建議，以促使自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及推廣。(1)水利工程運(yùn)行過(guò)程中，閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)任重道遠(yuǎn)，且閘門(mén)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)有待完善，對(duì)水資源進(jìn)行科學(xué)合理的管理是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。(2)閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)之所以獲得了良好效果，是因?yàn)榈玫搅祟I(lǐng)導(dǎo)及管理部門(mén)的重視，建設(shè)過(guò)程中提供了一定的技術(shù)和物質(zhì)保障，并創(chuàng)建了良好的工作環(huán)境，使整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)非常順利。(3)為順利實(shí)施自動(dòng)化控制系統(tǒng)，依托技術(shù)單位對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行解決。由于閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)涉及的內(nèi)容及項(xiàng)目十分廣泛，包括智能控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)等，沒(méi)有過(guò)硬技術(shù)的支持是難以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的建立和應(yīng)用的。(4)對(duì)專業(yè)技術(shù)人才進(jìn)行培養(yǎng)，以便工作人員能夠適應(yīng)系統(tǒng)的控制和操作；籌集經(jīng)費(fèi)對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的改造升級(jí)與日常維護(hù)。

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[中圖分類號(hào)]TV547.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0162-02

[作者簡(jiǎn)介]魏勇(1973-)，男，四川綿陽(yáng)人，工人，主要從事水管工作測(cè)配水工作。

[收稿日期]2015-11-16