探究灌區(qū)水閘的自動(dòng)控制管理技術(shù)

摘 要：合理有效地控制和管理灌區(qū)水閘，對(duì)于水資源的合理使用提高利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益能起到重要助推。本文著眼灌區(qū)水閘的原理和要求，對(duì)灌區(qū)水閘進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)置、傳感器的具體安置做了深入分析。

關(guān)鍵詞：灌區(qū)；水閘；自動(dòng)控制；管理技術(shù)

前言：

對(duì)于灌區(qū)水閘的合理利用與管理，可以有效利用水資源，提高水的使用率，贏得更多經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的對(duì)水閘的人工操作方式，已經(jīng)嚴(yán)重滯后于時(shí)代的發(fā)展了。必須對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)代化改造，自動(dòng)水閘取而代之，才是發(fā)展的必然結(jié)果。本文將通過微機(jī)技術(shù)，對(duì)此進(jìn)行探討。

1.水閘自動(dòng)控制的原理和要求

水閘的微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)微機(jī)控制的智能化系統(tǒng)，它的重點(diǎn)是運(yùn)用數(shù)字技術(shù)控制閘門的高度，調(diào)節(jié)、控制水流量。水站自動(dòng)控制系統(tǒng)除了控制閘門自動(dòng)調(diào)節(jié)大小以外，還要根據(jù)水閘的位置和氣候、過水量的分析運(yùn)算，統(tǒng)計(jì)出水文資料，汛期水閘的運(yùn)行數(shù)據(jù)等總結(jié)出水閘運(yùn)行規(guī)律。水閘控制規(guī)律包括（1）閘門的控制方式，（2）水位流量的計(jì)算和曲線參數(shù)，包括很多資料的積累。

在目前的實(shí)際應(yīng)用中水閘的自動(dòng)控制系統(tǒng)比較注重以下兩個(gè)方面：

（1）可靠的安全運(yùn)行。系統(tǒng)本身要有自檢功能，對(duì)異常情況和事故有預(yù)警功能。會(huì)自動(dòng)報(bào)警和進(jìn)行處理，系統(tǒng)可以放置在自然界里長(zhǎng)時(shí)間工作，可以抵抗各種干擾正常工作。

（2）要合理布線引線結(jié)構(gòu)方便操作，控制面板設(shè)計(jì)便于操作；各種參數(shù)、工作狀態(tài)易于觀察，可以打印數(shù)據(jù)。

2.灌區(qū)水閘自動(dòng)控制技術(shù)

2.1水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)通常兩個(gè)層面，第一層是中央控制系統(tǒng)，一般設(shè)在水利設(shè)施管理機(jī)構(gòu)里。第二層是測(cè)控站，設(shè)在灌區(qū)水閘上或者水閘附近。監(jiān)控終點(diǎn)站是水閘監(jiān)控系統(tǒng)主要信息來源和執(zhí)行命令者，它的任務(wù)是根據(jù)中央控制系統(tǒng)的遙控指令，自動(dòng)采集灌區(qū)的水情或工作數(shù)據(jù)，并且發(fā)回控制中心，或根據(jù)控制中心發(fā)出的指令控制水閘運(yùn)行。監(jiān)控終點(diǎn)站基本是由各類傳感裝置、通信設(shè)備、RYU、繼電器矩陣、電源等組成。

2，2 水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)工作體質(zhì)

以前的水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)大多采取集中控制方式，就是由中央控制室同意檢測(cè)與管理。這種工作機(jī)制由于過于集中，指令信息傳輸量大而致使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性低，已經(jīng)被逐步淘汰了?，F(xiàn)在有三種模式，可以根據(jù)需要自己選擇。

（1）可編程控制器（PKC系統(tǒng)）。PLC系統(tǒng)適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制。它現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量功能強(qiáng)、性能穩(wěn)定、可靠性高技術(shù)成數(shù)、比較廣泛的被使用，價(jià)格便宜。

（2）分布式數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）。SCADA系統(tǒng)一般由遠(yuǎn)程控制模塊RTU、通信網(wǎng)絡(luò)及控制中心三部分組成。它有現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控能力強(qiáng)的特點(diǎn)，又有信息資源系統(tǒng)共享的網(wǎng)絡(luò)通信能力。

（3）集散型分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DOS）DOS系統(tǒng)是目前世界上流行的大規(guī)模控制系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)中線結(jié)構(gòu)。這個(gè)系統(tǒng)也分兩部分，上層是中心管理層，下層是現(xiàn)場(chǎng)控制也就是水閘控制。整個(gè)系統(tǒng)由中心站主機(jī)管理，主要是對(duì)水閘控制站進(jìn)行自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)記錄保存、狀態(tài)報(bào)告、下達(dá)指令以及人機(jī)操作等。水閘控制站則采取分布式控制結(jié)構(gòu)，各站在主站控制下，分別由各自獨(dú)立的CPU終端管理，獨(dú)立完成本水閘的監(jiān)視、控制以及與主機(jī)的通訊等。DOS系統(tǒng)適合于測(cè)點(diǎn)較多測(cè)量精度高、測(cè)控速度快的場(chǎng)所，它的特點(diǎn)是分散控制和集中監(jiān)視，還有網(wǎng)絡(luò)通信能力、測(cè)控能力、運(yùn)行可靠、易于擴(kuò)展、組太方便、維護(hù)操作簡(jiǎn)單。

2.3水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要部件功能

2.3.1測(cè)量傳感部件。測(cè)量傳感部件的主要功能是把現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果傳到相關(guān)信息處理單元進(jìn)行處理。在水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的測(cè)量傳感器件有閘位傳感器、水位傳感器以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的測(cè)量，比如電壓和功率的測(cè)量、閘門越線的檢測(cè)、系統(tǒng)故障的檢測(cè)等。其中閘位傳感器是本系統(tǒng)中很重要的一個(gè)部件，傳感器的發(fā)展歷經(jīng)了三代，以下簡(jiǎn)要介紹一些傳感器：

（1）結(jié)構(gòu)型傳感器

此類傳感器將反映被測(cè)量的機(jī)構(gòu)位移，壓力的變化等轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電氣量等變化，從而檢出北側(cè)信息。這種傳感器缺點(diǎn)是易擦損。

（2）物性型傳感器

這類傳感器永伴奧體、電解質(zhì)、磁鐵等材料，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電量變化，從而檢出被測(cè)信號(hào)，例如用光敏、聲敏、射線敏等原件制成的傳感器，物性型傳感器沒有可動(dòng)部件具有密度高、體積小、重量輕的特點(diǎn)。

（3）智能型傳感器

這是一種以單片機(jī)為核心部件，具體檢測(cè)和處理信息功能的傳感器，有的還將信息檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)回路，和信息處理的外圍電路全部集成在傳感器內(nèi)的單片機(jī)上，這種傳感器可以自己診斷、遠(yuǎn)距離通信，并且能夠調(diào)整零點(diǎn)和量程。

水閘的驅(qū)動(dòng)一般采用電動(dòng)機(jī)，它通過減速齒輪直接帶動(dòng)水閘，或通過輪轂用鋼絲繩帶動(dòng)水閘。因此，可直接測(cè)量水閘的位置，或通過鋼絲繩長(zhǎng)度的變化來測(cè)量閘門的開度；通過水位計(jì)來測(cè)量上下游水位。傳感器是影響系統(tǒng)精確度和可靠性的關(guān)鍵原件。目前測(cè)量上下游水位和閘門開度所用的傳感器一般由三種：碼盤、多圈電位器、壓力傳感器。實(shí)踐證明，壓力傳感器用于短期測(cè)量還是可行的，它的主要問題是溫度效應(yīng)的補(bǔ)償及水生附著物對(duì)他的影響。上下游水位及閘門開度測(cè)量中，用的最多的是各種碼盤，由于它已經(jīng)將水位或機(jī)構(gòu)位移變換了成了數(shù)字量，故大大提高了抗干擾能力，有利于長(zhǎng)距離傳輸，便于和微機(jī)鏈接。對(duì)一些特定碼制的碼盤，又可以利用其固有規(guī)律，通過微機(jī)的軟件來檢測(cè)各種錯(cuò)誤，從而大大提高了數(shù)據(jù)的可信性，制造工藝水平的高低，是否及時(shí)和合理的維護(hù)是影響傳感器實(shí)用的主要問題。

2.3.2通信器。在水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)中，通信器是一個(gè)相當(dāng)重要環(huán)節(jié)，它的可靠性、穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安危。

2.3.3現(xiàn)場(chǎng)控制單元。在水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控點(diǎn)的具有編程和運(yùn)算能力的現(xiàn)場(chǎng)控制單元是很主要的一個(gè)配件，起著比較器、放大器、計(jì)算和控制等作用。RTU能定期或隨機(jī)采集測(cè)量傳感裝置的輸出數(shù)據(jù)并且進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)編碼后發(fā)到控制中心，同時(shí)也可以現(xiàn)場(chǎng)打印、顯示、儲(chǔ)存。RTU接收控制中心命令，提供數(shù)字輸出，完成對(duì)水閘的自動(dòng)控制。

2.3.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)中帶動(dòng)被控制對(duì)象按輸入信號(hào)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的配件叫做系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它是系統(tǒng)中能將電力轉(zhuǎn)化成機(jī)械力的動(dòng)力傳導(dǎo)裝置，多用的是繼電器、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電磁閥等。

3.機(jī)型選擇

傳統(tǒng)的微機(jī)控制水閘設(shè)備基本都是單板機(jī)，隨著微機(jī)技術(shù)人工智能技術(shù)的發(fā)展單板機(jī)已經(jīng)淡出了應(yīng)用市場(chǎng)，所以水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)不會(huì)再采用單板機(jī)這種可以說是“老掉牙”的技術(shù)了，采用人工智能芯片可以取代以前單板機(jī)的所有功能，價(jià)格并不昂貴，作為水文、灌區(qū)這樣的單位價(jià)格一點(diǎn)都不難接受。所以在機(jī)型選擇上就不介紹單板機(jī)機(jī)型了。

4.系統(tǒng)構(gòu)成

4.1硬件

硬件方面已經(jīng)說了目前不在采用單板機(jī)來控制了，而采用人工智能芯片完全取代過去的單板機(jī)的所有功能，而且價(jià)格不貴性能穩(wěn)定，也有停電保護(hù)裝置可以保證電閘的穩(wěn)定使用。

4.2 軟件

軟件方面大致由系統(tǒng)軟件和用戶軟件組成。編程語言是匯編語言，所實(shí)現(xiàn)的功能是（1）初始化程序（2）時(shí)鐘管理程序（3）顯示、打印（4）采樣處理（5）控制執(zhí)行。軟件要有如下的優(yōu)點(diǎn)（1）模塊化，易于修改調(diào)試（2）糾錯(cuò)功能可以自動(dòng)找回正確指令，避免誤操作（3）抗干擾，可以排除錯(cuò)誤信息的干擾、

結(jié)語：

綜上所述，本文探討了探究灌區(qū)水閘的自動(dòng)控制管理技術(shù)，目前的技術(shù)和以前相比有了很大提高，水閘的自動(dòng)控制技術(shù)現(xiàn)在依賴人工智能系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對(duì)于灌區(qū)水閘的自動(dòng)控制，其自動(dòng)化程度也越來越高了。

參開文獻(xiàn)：

（1）陸立茂.節(jié)水灌溉技術(shù)實(shí)施中存在的問題[J].發(fā)展，2006

（2）楊朋林，趙成萍，施一潭，等.基于 PLC的閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國測(cè)試技術(shù)，2006

（3）康紹忠，蔡煥章，馮紹元，等.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水的技術(shù)創(chuàng)新與未來研究重點(diǎn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004

作者簡(jiǎn)介：

李開軍（1973-），男，?？疲こ處?，從事水利工程建設(shè)管理工作。