中小型排灌站自动监控系统设计与实现

田作佳

中小型排灌站自动监控系统设计与实现

田作佳

（辽宁省水利水电科学研究院 辽宁沈阳 110003）

从中小型排灌站自动化监控实际需求出发，借助当前先进的自动控制技术，整合现有资源,针对泵站电机组自动监控、闸门自动控制、视频监视系统功能实现和安全防护等环节，进行分层、分步、模块化设计，构建经济实用的中小型排灌站自动实时监控系统。

中小型排灌站 自动化与信息化 监控 组态

引言

近年来，随着我国水利自动化与信息化的快速发展，中小型排灌站自动监控系统改造也显得日益紧迫。改善中小型排灌站设备的自动化程度，提高排灌站管理水平，使排灌站安全稳定运行，为当地人民生命财产安全提供可靠保障，已是当务之急。而中小型排灌站自动化监控系统，其自动化程度没有具体的明文规定，受到国家投入资金的限制。本文以辽宁省海城市中小型排灌站—下坎自排灌站为例，从中小型排灌站监控具体需求出发进行系统设计与实现。

1 工程现状及需求分析

下坎自排灌站位于海城市西部，是海城市主要的水利枢纽之一，其以灌溉为主，兼顾防洪排涝等。主体结构由外河及其河闸、泵房（水轮机组、压力箱等）、前置河及其河闸和渠首等4部分组成。外河河闸、水泵电机组，前置河河闸均为人工控制，其设备运行参数完全靠人工观测的方法进行或不进行监测；设备运行状态的预测性不高，设备出现故障时，采取相应措施的实时性差；不符合水利工程的现代化要求。

下坎自排灌站改造工程是粮食产区实施的富民工程。自动化系统的实施，将使西部沿河水稻主产区亩降低成本40多元。在东北振兴，农村水利高速发展的关头，提高排灌站的管理现代化水平，具有重大的现实意义。

2 系统设计与功能实现22

结合排灌站的实际情况，采用国际先进、成熟的技术和设备，以模块化开放式的结构，形成以计算机为核心的实时信号采集﹑监测、控制和数据处理系统，达到设计先进、设备性能稳定、系统维护方便、软件功能实用的目的，建成国内领先、稳定可靠、经济实用的中小型排灌站自动监控系统。

总体结构设计上一改过去设计一次投入定终身的设计方法，采用新的设计理念，系统组态以模块式结构为核心。采用当前先进的全计算机、全数字、双向通信的现场总线技术设计，具有节省大量工程电缆、缩短设计、安装和调试工期、优化管理和易于掌握的特点，可将所有的现场设备和控制器用一根电缆连接在一起，形成数字化通信网络，完成现场状态检测、控制与远程诊断等功能。系统满足先进性、可靠性、实用性、可维护性和可扩充性等的系统要求。整体系统主要包括三部分：(1) 水泵电机组自动监控系统；(2)闸门自动监控系统；(3) 视频监视系统。系统总体结构见图1。

2.1水泵电机组自动监控系统

水泵电机组自动监控系统功能包括水泵电机的启动和停止控制（8台）；电机运行物理参数监测（3相电压，3相电流等），排灌站动力电运行参数监测（3相电压，3相电流，累积电量等）。水泵机组的控制方式采用手动和自动两种控制方式，其原理图见图2、图3。

图1 系统总体结构图

图2 水泵机组控制（手动）原理图

2.2闸门自动控制系统

闸门自动监控系统包含4个外河闸门和4个排水闸门的自动化控制；主要功能包括闸门的上升、下降、停止等。同时系统运行时具备限位报警，电压、电流、功率因数以及温度等参数的监测功能，当以上参数出现异常时，将停止闸门的启闭动作，同时给出声光报警。其原理图见图4、图5。

图3 水泵机组控制（自动）原理图

图4 闸门监控系统原理图

图5 闸门限位开关控制原理图

2.3视频监视系统

在非工程检测所能实施的主要部位，设立电视监控系统，见图6。对泵房，外河水位，渠首、前置等水流形态和闸门运行状态等进行实时图像监视。是保证排灌站安全运行的重要手段之一。重点部位图像监视共4点，分别用于外河、前置、渠首水位及其水流形态监测和泵房电机组的运行现场情况监测。

全面不间断地监视灌区排灌站要害区域是系统要达到的主要功能。能够通过对外河来水和水尺等的直观观测，配合工程测控系统，直接为防汛调度服务。同时，根据监控点的反馈信息，预测某些情况，当发生异常情况时，能够迅速做出正确判断，并做出指挥决策、调度和处理方案；该系统图像信号可以直接输入到监视器上（监视器包括在系统之内），具有多路输出。

图6 视频监视系统原理图

3 软件功能设计

系统软件运行平台为组态视窗操作系统、数据库运行平台采用标准版含20个节点的SQL Sever 2008数据库系统。工作方式为客户机/服务器的工作方式，文件传输、打印共享。中心软件功能界面见图7。

4 结语

随着计算机、电子、自动化技术领域的发展，信息化时代逐步走进人们的生活。作为人民经济命脉的水，面对工程水利向资源水利转变的趋势，必将跟上时代发展的潮流，灌区引入自动化系统是必然的。泵电机自动监控系统可通过现地和远程控制方式，实现泵电机的启、停控制和常规物理参数的监测等，有效监控和实时监测泵电机运行状态；闸门控制系统可通过现地、远程控制，实现闸门的启、停和一些常规物理参数反馈监测等；视频监视系统实时监视排灌站主要设备、主要建筑设施和水流形态的安全运行情况。自动化系统的建设优化了水资源的合理配置，增强水资源监控的科技含量，加大水资源的监控力度，为领导决策、管理提供有效依据。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.022

TP27

B

1672-2469（2014）05-0070-04

22作者简介：田作佳（1957年—），男，高级工程师。