渠道自动化控制系统及其运行设计

2014-10-21眭磊

建筑工程技术与设计 2014年36期

关键词：控制系统

眭磊

【摘要】随着我国渠道自动化程度的不断提高，研究其控制系统及其运行设计凸显出重要意义。本文首先介绍了渠道自动化控制系统的设计思想，研究了渠道水力特性与控制系统设计过程中应考虑的问题，并提出了提升渠道自动化控制设备可靠性的策略。

【关键词】渠道自动化；控制系统；运行设计

一、前言

作为一种能够明显提高渠道运行效率的控制系统，渠道自动化控制系统在近期得到了长足的发展，研究其相关内容能够更好地提升渠道控制的自动化成效，从而更好地保证渠道运行的良好。本文从介绍渠道自动化控制系统的设计思想着手本课题的研究。

二、渠道自动化控制系统的设计思想

与传统的热机机械设备相比照，渠道自动化系统无疑信息量小、操作的频率较低、所控对象较少，同时还具有工作效率高、精确化运行的优势。正因为电气设备需要自动装置的牢靠特性、高抗干扰和反应敏锐的能力，渠道自动化的控制系统具备批量连锁防护的功能特点，可满足有效管理的需求。

1.集中监控方式。这种监控方式优点是运行维护方便，控制站的防护要求不高，系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，处理器的任务相当繁重，处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂，查线不方便，大大增加了维护量，还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。

2.远程监控方式。远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线的通讯速度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大，所有这种方式适合于小系统监控，而不适应于全厂的渠道自动化系统的构建。

3.现场总线监控方式。目前，对于以太网、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系統中，且已经积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。

三、渠道水力特性与控制系统设计过程中应考虑的问题

跨流域调水是实现水资源优化配置，解决区域性缺水的战略性基础设施工程。工程一般具有水量输送距离远，输运流量大，渠道内水流形态复杂等特点，且设计渠系沿线缺少必要的在线调蓄水库，分水口会不定期开启，这样造成了渠道控制的困难。造成控制困难的物理机制主要有如下几个方面：

1.模型非线性水力模型非线性是渠道控制非线性产生的根本原因，描述渠道水流过渡过程的St.Venant方程为双曲型偏微分方程组，目前尚无法求得其解析解。另外渠道的各个渠段通过水流波动相互关联，研究表明，这种关联和作用通常是非线性的，很难表述为线性方程。

2.动态多维性多维性是非恒定流的基本特征，分析渠段非恒定流中各参数之间的关系，可知在波所涉及的区域内，各过水断面的水位一流量不是单一的对应关系，非恒定过渡过程的附加水力坡度是产生这种多对应关系的直接原因，渠段涨水过程，附加水面坡度为正，流量比恒定流时大，落水过程附加水面坡度为负，流量比恒定流时小，在涨落水过程中，水位和流量分布呈现绳套曲线。渠道的整个调度运行过程，就是渠道的槽蓄不断调整的过程，水位一流量的这种多维对应关系直接导致水位和节制闸开度之间的对应关系不唯一，因此基于精确模型建立的单输入单输出的控制器设计方式实际上是不存在的。

四、提升渠道自动化控制设备可靠性的策略

要想使渠道自动化控制设备的可靠性得到提升，必须结合控制设备自身的特点，运用有效的设计方法，从元件的选择、使用、气候防护等多方面进行分析，促使渠道自动化控制系统可靠性得到大幅度的提升。

1.在设计阶段，应对控制设备的零部件技术条件进行分析，研究产品设计参数，对产品的性能及使用条件进行探讨及保证，促使设计方案得到正确有效的制定。其次，按照产量对产品结构形式及产品类型进行设定。由于产量的大小对生产批量的规模进行确定，不同的生产批量存在不同的生产方式类型，同样也有不同的生产经济性存在。结合价值工程观念，在对产品性能保证的前提下，运用最为经济的生产方式对零部件进行设计。

2.设备操作人员培训的加强。由于渠道自动化控制设备作为一种高科技且复杂的设备，因此会对操作人员有较高的要求存在。通过对设备操作人员进行培训，促使其对设备的使用方法进行有效且熟悉的掌握，对设备性能的了解能够在实际操作中进行灵活控制。当有故障出现时，能够达到冷静处理的效果。

3.从生产角度进行分析，尽可能将控制设备中存在的元件及零件的规格及品种减小，在对产品或零部件进行选择时，应采用专业厂家生产的，且价格低、来源多的材料，或是国产高质量材料。严格按照技术条件要求对设备及零部件实施精度加工，禁止盲目对高精度进行追求。当精度等级和产品性能指标达到相符时，可适当的进行降低，或对其装配实施简化，进一步将选配和修配得到减少，减少装配工人施工中的体能消耗，促使生产达到自动流水效果。

五、渠道自动化控制系统设计

1.系统的总体结构

本工程自动化系统采用有调度层、干渠各站点的现地LCU控制层组成的二层单元结构的分层分布式全计算机监控系统，调度中心调度层以二台互为备用的调度员工作站为核心，通过以太网下挂各干渠分水口现地LCU通过通讯服务器以以太网的方式接入监控网络。

2.总体布置

在泵站旁设置一个中央控制室，设置两台操作员站，用以监视泵站及各分水口的参数。在泵站、高干渠及中干渠第一和第二级分水口、低干渠第1-6个分水口各设置1面控制柜，用以采集现场数据，并通过光纤网络将数据传到中央控制室。

3.中央控制室

中央控制室是将各分站数据采集到数据服务器，通过监控软件以数据、图像、图表和曲线等多种方式显示出来，并对数据存储记录，方便调用查询和归档统计。中央控制室由操作员站、工程师站、打印机、大屏幕、视频监控系统和短信报警系统等组成。

六、结束语

通过对渠道自动化控制系统及其运行设计的相关研究，我们可以发现，渠道自动化控制系统涉及到诸多方面，有关人员应该从渠道的客观实际出发，结合渠道特点，研究制定最为优化可行的渠道自动化控制及运行方案。

参考文献

[1] 朱爱珠，黄菊红等.浅谈渠道自动化控制设备的可靠性测试[J].科技资讯.2011（8）：143-144.

[2] 张志民.对渠道自动化控制设备可靠性的认识[J].广东科技.2011（4）：200-201.