基于太陽(yáng)能遠(yuǎn)程控制的引水閘系統(tǒng)

潘太興 崔 慶

（德州市潘莊灌區(qū)管理局，山東 禹城 251200）

基于太陽(yáng)能遠(yuǎn)程控制的引水閘系統(tǒng)

潘太興 崔 慶

（德州市潘莊灌區(qū)管理局，山東 禹城 251200）

潘莊灌區(qū)引水閘采取太陽(yáng)能遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)，通過(guò)太陽(yáng)能提供動(dòng)力控制閘門(mén)啟閉，減少了人力、物力、財(cái)力，提高了閘門(mén)啟閉的效率，為灌區(qū)引黃水資源的統(tǒng)一調(diào)度和優(yōu)化配置提供技術(shù)支撐，加快了灌區(qū)信息化和現(xiàn)代化建設(shè)的步伐。

潘莊灌區(qū)；閘控系統(tǒng)；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)

德州市潘莊灌區(qū)是國(guó)家大型引黃灌區(qū)之一，干渠縱貫齊河、禹城和平原3縣（市），總長(zhǎng)91.3km，肩負(fù)著德州市境內(nèi)8 個(gè)縣（市、區(qū)）的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活用水，近年來(lái)又承擔(dān)了引黃濟(jì)津和引黃濟(jì)冀的任務(wù)?？偢汕砂豆灿?01座引水閘門(mén)，干渠跨度大，引水閘分散，長(zhǎng)期以來(lái)閘門(mén)啟閉需要現(xiàn)場(chǎng)操作，運(yùn)行情況不能及時(shí)獲取信息，造成引水閘統(tǒng)一調(diào)控困難。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用于水利工程，但我國(guó)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在水利閘門(mén)的應(yīng)用與管理還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，有些問(wèn)題需要在具體的使用環(huán)境下做出詳細(xì)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃。在灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的形勢(shì)下，潘莊灌區(qū)管理局研制推廣了太陽(yáng)能遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種無(wú)需架設(shè)電源、遠(yuǎn)距離可啟閉閘門(mén)，而且能精準(zhǔn)確定閘門(mén)開(kāi)度的太陽(yáng)能遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)，達(dá)到及時(shí)高效調(diào)水輸水的要求。

1 太陽(yáng)能遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)

系統(tǒng)采用光伏儲(chǔ)能提供動(dòng)力電、以太網(wǎng)為無(wú)線數(shù)據(jù)通道，遠(yuǎn)程進(jìn)行輸水閘門(mén)的開(kāi)閉、運(yùn)行、各項(xiàng)參數(shù)的檢查調(diào)整以及視頻監(jiān)控。太陽(yáng)能遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)主要由閘門(mén)控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)3大系統(tǒng)統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)。

1.1 閘門(mén)控制系統(tǒng)

設(shè)置在閘門(mén)控制現(xiàn)場(chǎng)，收集水位、閘門(mén)開(kāi)啟高度、啟閉機(jī)荷載、電流電壓等閘門(mén)運(yùn)行情況和控制、保護(hù)的有關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)其運(yùn)行情況、工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、控制，實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程分層分布式控制，為優(yōu)化調(diào)度，以及合理引水、排水和改善水環(huán)境調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)和先進(jìn)控制方式。

圖1 閘門(mén)控制系統(tǒng)

為保證閘門(mén)的安全運(yùn)行，閘門(mén)控制系統(tǒng)采取如下措施：

電機(jī)負(fù)荷檢測(cè)保護(hù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)負(fù)荷，一旦發(fā)現(xiàn)超負(fù)荷，自動(dòng)停止運(yùn)行并報(bào)警。

啟閉機(jī)應(yīng)力保護(hù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)啟閉機(jī)承受的拉力和壓力，一旦發(fā)現(xiàn)啟閉機(jī)承受的拉力或壓力超限，自動(dòng)停止運(yùn)行并報(bào)警。

閘板位置超限軟件保護(hù)，提升或下降閘板時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控主板位置，一旦發(fā)現(xiàn)閘板位置超限，自動(dòng)停止運(yùn)行并報(bào)警。

閘板位置超限硬件保護(hù)，該項(xiàng)功能是假設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)失控的情況下提供的保護(hù)功能，在閘板的上下極限位置設(shè)置行程開(kāi)關(guān)，一旦該行程開(kāi)關(guān)觸發(fā)，立即切斷電機(jī)電源，該功能獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)工控計(jì)算機(jī)單獨(dú)運(yùn)行。

啟閉機(jī)拉力壓力硬件保護(hù)，啟閉機(jī)的4個(gè)固定螺栓采用拉力安全螺栓，該項(xiàng)功能是假設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)失控的情況下提供的保護(hù)功能，由于系統(tǒng)失控造成啟閉機(jī)壓力過(guò)大，拉力安全螺栓斷裂，傳感器開(kāi)關(guān)觸發(fā)，立即切斷電機(jī)電源，該功能獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)工控計(jì)算機(jī)單獨(dú)運(yùn)行。

電機(jī)過(guò)流、缺相、漏電保護(hù)功能均獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)工控計(jì)算機(jī)單獨(dú)運(yùn)行。

1.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中心設(shè)在潘莊灌區(qū)管理局，實(shí)現(xiàn)信息匯總、信息交換、資源共享。分中心設(shè)在各基層閘管所，負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)水閘站點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和接收。機(jī)房設(shè)于管理局，所有圖像、數(shù)據(jù)經(jīng)由局中心服務(wù)器處理，功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)各閘門(mén)的控制和調(diào)節(jié)。

圖2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

1.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

采用信息平臺(tái)技術(shù)，將前端攝像機(jī)的視頻信號(hào)、控制信號(hào)由通信系統(tǒng)上傳到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心及管理所的視頻監(jiān)控平臺(tái)完成對(duì)閘站視頻的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)視頻的觀看、管理以及錄像，功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)各引水閘的運(yùn)行狀態(tài)及輸水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。

圖3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 實(shí)時(shí)性

調(diào)用新畫(huà)面的響應(yīng)快；畫(huà)面動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新；數(shù)據(jù)采集和指令發(fā)出迅速、準(zhǔn)確。

2.2 可靠性

在水閘站可能出現(xiàn)的惡劣條件下，均能可靠地完成各種操作?？刂葡到y(tǒng)具有過(guò)電壓保護(hù)、遠(yuǎn)距離控制的能力，在復(fù)雜環(huán)境下能長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。

2.3 可維護(hù)性

具備自行診斷功能，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)能夠方便地試驗(yàn)和隔離故障的斷開(kāi)點(diǎn)。用戶可以根據(jù)需要方便地增減軟件。

2.4 安全性

系統(tǒng)可以對(duì)每一項(xiàng)功能和操作指令作出檢驗(yàn)和校核，防止誤操作并報(bào)警。監(jiān)控中心控制設(shè)置控制權(quán)口令，與現(xiàn)地控制級(jí)之間設(shè)置操作權(quán)閉鎖，兩級(jí)不能同時(shí)操作。保證信息中的一個(gè)信息量錯(cuò)誤不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵性故障，出錯(cuò)或失效時(shí)發(fā)出警告。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用

太陽(yáng)能遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)研制成功以來(lái)，已先后在潘莊引黃總干渠，齊河縣水務(wù)局以及偏遠(yuǎn)閘門(mén)無(wú)供電情況地區(qū)得到推廣應(yīng)用，本文選取潘莊灌區(qū)二干引水閘控系統(tǒng)為例，如下圖：

圖4 系統(tǒng)登入界面

圖5 系統(tǒng)主界面

圖6 現(xiàn)場(chǎng)控制柜

圖7 參數(shù)設(shè)置界面

系統(tǒng)解決了干渠閘門(mén)缺少供電線路的問(wèn)題，節(jié)省了遠(yuǎn)距離架設(shè)線路的資金投入，精確控制輸水閘門(mén)并且3～5min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的開(kāi)閉和運(yùn)行。引水閘實(shí)現(xiàn)無(wú)人現(xiàn)場(chǎng)值守，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控可實(shí)現(xiàn)水資源統(tǒng)一調(diào)度和優(yōu)化配置，河渠輸水的科學(xué)、及時(shí)、準(zhǔn)確的調(diào)度。系統(tǒng)在各種大中小型閘門(mén)啟閉都可應(yīng)用，特別是地域偏遠(yuǎn)、面廣量大的中小閘門(mén)應(yīng)用效果更加明顯。

4 總結(jié)

潘莊灌區(qū)通過(guò)利用太陽(yáng)能遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)引水閘的全天候?qū)崟r(shí)控制，提高了引水閘的調(diào)度效率和風(fēng)險(xiǎn)輸水的保證率。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了潘莊灌區(qū)閘控管理的高效性、科學(xué)性及時(shí)效性，為灌區(qū)引調(diào)黃河水提供科技支撐，加快了灌區(qū)向信息化和現(xiàn)代化發(fā)展的步伐。

[1]王健.灌區(qū)水資源管理的思索[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012(3)：74.

[2]蘇秀峰，孫洪浩，辛軍.潘莊灌區(qū)信息化建設(shè)與成效[J].山東水利，2012(4)：16-17.

[3]孫桂軍.太陽(yáng)能閘門(mén)控制系統(tǒng)在灌區(qū)管理的應(yīng)用與推廣[J].湖南水利水電，2012(4)：91-93.

[4]姜開(kāi)鵬，張漢松.加快灌區(qū)信息化建設(shè)促進(jìn)灌區(qū)的改革與發(fā)展[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2004(1)：29-33.

[5]胡和平，田富強(qiáng).灌區(qū)信息化建設(shè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

TV67

A

10.11974/nyyjs.20161116002

潘太興（1987-），男，助理工程師，水利水電工程專業(yè)。