水利工程自動化遠程控制系統(tǒng)應用研究

張佰伶

摘要：目前，國內(nèi)大部分水利調(diào)度系統(tǒng)已基本實現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的自動采集和監(jiān)測，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾聿块T。樞紐閘門調(diào)節(jié)是灌區(qū)工程中經(jīng)常采用的手段，采用PLC、組態(tài)和網(wǎng)絡通訊技術(shù)，對樞紐、泵站、閘門進行有效的系統(tǒng)集成，解決了控制手段落后、流程不合理、通信不完善等弊端。水利工程自動化遠程控制系統(tǒng)依托于計算機網(wǎng)絡技術(shù)，實現(xiàn)對水利工程的遠程監(jiān)控、信息采集與處理以及故障的預防與自我診斷等，對于保障農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境保護等方面具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水利工程；自動化遠；程控制系統(tǒng)；應用研究

一、自動化監(jiān)控技術(shù)分析

水利工程自動化控制系統(tǒng)主要體現(xiàn)在，閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)：就是用戶通過輸入閘門開度數(shù)據(jù)實現(xiàn)對閘門開度及其他相應設(shè)備的遠程或近距離控制。一旦閘位到達設(shè)定的閘位下線，便可自動停止閘門運行，保障系統(tǒng)設(shè)備的安全，如果設(shè)備出現(xiàn)故障問題，系統(tǒng)將會自動啟動報警功能。實時視頻監(jiān)控：計算機多媒體系統(tǒng)可以多視角的錄像，提供遙控攝像頭與視頻報警部署功能，使用戶第一時間了解各閘門、壩下的現(xiàn)場狀況。堤壩安全監(jiān)測系統(tǒng)：對水庫水位進行變形監(jiān)測和壓力監(jiān)測，并能自動收集整合監(jiān)測數(shù)據(jù)，為用戶提供查詢、服務，了解水庫堤壩的實際運行狀況。水情監(jiān)測：運用信息監(jiān)測、通信、計算機技術(shù)等，實現(xiàn)對水文的固定或移動監(jiān)測，可根據(jù)用戶的實際需求測報包括風速、氣壓等監(jiān)測信息，使用戶快速的掌握檢測區(qū)的水位、流量信息。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計及中心控制室

自動化控制系統(tǒng)具備如下功能：數(shù)據(jù)采集與處理、運行監(jiān)視和事故報警、控制與調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)通訊。系統(tǒng)一般會采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，分一個主站和若干個子站，通過帶有GPRS功能的RTU-2600構(gòu)成一個無線通訊網(wǎng)絡，對多個斷面的數(shù)據(jù)信息進行采集、傳輸、處理和控制。下位機中的傳感器把引水渠中的水位值和各閘門的開度值經(jīng)轉(zhuǎn)換后送給編碼器，編碼器對水位及閘門開度信號進行編碼，在通過避雷器將編碼信號傳給數(shù)采儀，數(shù)采儀將數(shù)據(jù)進行初步加工和處理后由無線調(diào)制解調(diào)器傳給上位機，上位機即系統(tǒng)主站，可分別與不同的子站建立聯(lián)系，查詢各測點的數(shù)據(jù)，并按照用戶的要求對各閘門進行控制，下位機中的控制箱接收到此信息，經(jīng)過計算，發(fā)出控制信號自動控制閘門到一定的開度，達到自動控制的目的。

三、水利工程自動化遠程控制系統(tǒng)的特點

（一）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與性能特點。系統(tǒng)的功能有：（1）數(shù)據(jù)采集和指令執(zhí)行，該部分功能由布置于水利調(diào)度系統(tǒng)終端的傳感器與執(zhí)行設(shè)備完成；（2）數(shù)據(jù)傳輸，該部分功能由各通信設(shè)備完成；（3）數(shù)據(jù)處理，該部分功能由監(jiān)控中心的軟硬件設(shè)備協(xié)作完成。系統(tǒng)性能特點。（1）擴展性能好。由于使用B/S三層結(jié)構(gòu)分布式架構(gòu)，系統(tǒng)若需要進行擴容只需要通過相應的擴容端口進行新接入設(shè)備部署即可，不需要進行大范圍的系統(tǒng)調(diào)整。（2）實用性強。通過遠程訪問的方式登錄管理系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)限進行系統(tǒng)設(shè)定和功能使用。（3）管理性好。整個自動控制系統(tǒng)提供了完善的用戶管理、系統(tǒng)配置、運行狀態(tài)監(jiān)測、歷史記錄等功能，便于后期檢索和系統(tǒng)修正。（4）數(shù)據(jù)精度高?？梢詫⒛M信息轉(zhuǎn)換為精確的數(shù)字信息，便于數(shù)據(jù)處理和分析。

（二）自動操作系統(tǒng)的配置與設(shè)備配置及通訊網(wǎng)絡。設(shè)置了自動操作系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置主控室中包括漢字打印機和語音報警裝置、微波傳輸系統(tǒng)及UPS電源、操作控制臺等設(shè)備?，F(xiàn)地控制層配置包括公共PCU和機組LCU兩部分組成，這兩部分主要包括智能I/O控制器和輸出繼電器、人際界面終端（液晶觸摸屏）和I/O模塊、數(shù)字式測量儀表和溫度測量裝置、準同步裝置及交直流雙供電源、轉(zhuǎn)速信號測量裝置等設(shè)備構(gòu)成，可以實現(xiàn)獨立運行。局域網(wǎng)是網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)所采用的主要形式，全新的工業(yè)以太網(wǎng)絡架構(gòu)，網(wǎng)絡通信介質(zhì)為多模光纖和屏蔽雙交電纜線，網(wǎng)絡傳輸采用Modbus協(xié)議，網(wǎng)絡傳輸速率為100Mbit/s。建設(shè)信息共享體系，促進水利工程管理工作高效有序進行，分析處理信息資源，實現(xiàn)水利工程的科學化管理。

四、水利工程自動化遠程控制系統(tǒng)應用

（一）監(jiān)控視頻的傳輸，實現(xiàn)對水利工程的遠程控制。在執(zhí)行水利調(diào)度任務時要求對重點檢測位置進行24小時不間斷監(jiān)控，此時需要應用視頻監(jiān)控子系統(tǒng)。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)中的監(jiān)控相機可以對覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有活動和環(huán)境變化進行圖像采集，然后通過通信系統(tǒng)傳遞回監(jiān)控中心，幫助監(jiān)控中心管理人員對實際情況進行判斷，進而根據(jù)判斷結(jié)果制定操作策略。當前在監(jiān)控系統(tǒng)中，使用同軸電纜、雙絞線及光纖進行圖像信號的傳輸。監(jiān)控系統(tǒng)中通常會采用雙絞線視頻傳輸設(shè)備進行信號傳輸上的補充，有效解決了同軸電纜的缺點，光纖具有傳輸容量大、速度快、穩(wěn)定性強等特點，有效保障了水利工程監(jiān)控系統(tǒng)的圖像傳輸質(zhì)量。水利工程自動化遠程控制系統(tǒng)最大技術(shù)特點在于能夠?qū)λこ痰默F(xiàn)場實現(xiàn)無人值班與辦公，依托于Internet實現(xiàn)對水利工程的遠程控制。

（二）實現(xiàn)對水利工程的遠程監(jiān)督及延時處理。遠程控制系統(tǒng)對水利工程的運行參數(shù)以及運行狀態(tài)能夠進行實時監(jiān)測，通過將網(wǎng)絡信息傳輸至控制系統(tǒng)，從而控制系統(tǒng)的管理人員就可以進行分析與處理。其中，起到關(guān)鍵作用的是遠程監(jiān)控系統(tǒng)，利用安裝在水利工程現(xiàn)場的攝像頭等監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn)對水利工程中的重點設(shè)備進行監(jiān)督，從而能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，并依據(jù)相關(guān)標準進行有效處理。監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)遠程控制的關(guān)鍵組成部分，因此，在進行監(jiān)控系統(tǒng)的安裝過程中，應該提升監(jiān)控設(shè)備的運行質(zhì)量，提升圖像信息的傳輸質(zhì)量。水利遠程自動控制系統(tǒng)受多種因素的影響，對系統(tǒng)傳輸延時的處理，通常工程師通過網(wǎng)絡技術(shù)對傳輸數(shù)據(jù)進行壓縮處理、提升信息的傳輸質(zhì)量等手段。

（三）實現(xiàn)對水利工程的遠程調(diào)試及自我故障預測與診斷。水利工程設(shè)備運行到一段周期后，運行狀態(tài)就會發(fā)生偏差，因此就需要進行及時的設(shè)備調(diào)試。水利工程自動化遠程控制系統(tǒng)所監(jiān)測到的故障主要分為兩種，分別是控制系統(tǒng)的故障以及水利工程運行設(shè)備的故障。針對自身所發(fā)生的故障，系統(tǒng)可以自行進行故障信息的收集，并將信息及時傳輸至控制系統(tǒng)的管理人員手中，從而管理人員可以針對故障進行進一步分析，交由故障處理人員進行處理。針對水利工程設(shè)備所發(fā)生的故障，就需要相關(guān)的水利專家根據(jù)系統(tǒng)所采集的信息進行系統(tǒng)化的分析，并確定故障的影響范圍，進而對設(shè)備進行維修。

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