玛纳斯河流域的水利工程中闸门自动化控制系统的应用实践探微

魏　勇

(新疆维吾尔自治区玛纳斯河流域管理处，新疆 石河子 832000)



玛纳斯河流域的水利工程中闸门自动化控制系统的应用实践探微

魏勇

(新疆维吾尔自治区玛纳斯河流域管理处，新疆 石河子 832000)

[摘要]基于对玛纳斯河流域现状的分析，对水利工程中闸门自动化控制系统的应用进行了研究，阐述了控制系统的结构与功能，并对系统的应用效益进行了总结，以此在水利工程管理领域对闸门自动化控制系统进行推广。

[关键词]玛纳斯河流域；闸门；自动化控制；水利工程

新疆玛纳斯河流域包括玛纳斯河、金沟河、塔西河等六条内陆河流，其中玛纳斯河全长324 km，是新疆玛纳斯河流域内最大的河流。目前，新疆玛纳斯河流域建设的水利工程以灌溉农业为主要功能，同时兼有城市供水、发电及防洪功能。随着新疆玛纳斯河流灌区经济的发展，地区人口大幅度增加，人们对水资源供给量的需求不断提升[1]。与此同时，其中一部分水闸工程落后及老化现象严重，严重影响工程的正常运行。具体表现为：机电设备可靠性低，存在安全隐患；系统反应速度缓慢，控制方式相对落后；容易发生安全事故；缺乏上游水情预警，工作比较被动；工作人员的劳动强度较大，调闸的准确率较低。为进一步提高工情和水情信息的采集效果，需要对先进的自动化控制系统进行运用，建立高效的决策网络，对水利工程运转进行实时监控，以促使区域经济效益的不断提升。

1系统组成

自动化系统遵循“无人值班、少人值守”的原则进行设计，以经济、先进及实用目标的实现进行系统配置。该自动化系统由远程调度监控室和监控中心组成，主要包括三个部分[2]。(1)闸门自动化监控系统，通过计算机对孔闸门的相关信号进行收集，实现对孔闸门的自动控制；(2)闸门视频监控系统，分别在上下游2处装设一体化摄像机，对闸门状态进行监视，视频信号的采集和摄像机的运行控制均由监控中心的视频主机来完成；(3)设置一条通信链路，方便上级调度中心进行远程控制。

2结构方案

闸门自动控制系统的运行分为三个等级，系统控制权限较高。按照控制权顺序排列等级为：远程自动调度控制级、集中控制级和手动控制级[3]。(1)远程自动调度控制级：通过计算机系统，上级调度中心进行调度，借助Intemet浏览器能够远程查看相关的图像信息和报表数据，达到远程监测的目的。监控中心远程控制闸站设备，分为两种不同形式，一是闭环自动控制，依据设定的流量要求及其限制条件，闸门监控主机通过自动化系统对闸站各闸门的开度和启停进行控制；二是人工操作控制，操作员依据当前闸门运行的具体情况及控制命令，借助键盘和鼠标对闸门设备进行控制，其工作内容主要是对启闭机的开停及断路器操作等进行自动化控制。操作工作者在界面上对所需控制的设备图形控键进行点击，操作员对自动弹出界面的控制模拟键进行操作，计算接接受指令并按照预先设定的流程实施操作，工作人员可以通过流程图的查看对执行及流程受阻情况进行观察，从而便于找出故障原因和部位，有利于对开环运行进行指导，并实现对闭环的自动化调度和操控。(2)集中控制级：现地控制单元上设置集中控制级，通过对现地控制柜上按钮及其相关设备的控制，工作人员能够实现对闸站的调节和控制，此种情况下远程控制级命令被闭锁，能够对自动化系统的安全性进行有效控制，与此同时，通过对计算机的操作，可以对相关的现地信息进行采集。(3)手动控制级：闸门启闭机旁边一般设有手动控制箱，手动控制箱组成手动控制级，通过对手动控制箱的操作，实现对现地的控制。现场开关设置在单元控制器上的“本地”位置，当远程控制级命令闭锁后[4]，自动化系统的安全性得以确保，通过对计算机的操作仍然可以实现对现场信息的采集和使用。在自动化系统当中，现场控制单元设有转换开关，通过对开关的操作可以实现对上述各控制级的切换。闸门无论处于哪一级的控制状态之下，设置在启闭机房的监控主机都能实时监测闸门的运行状态，同时在监控中心的服务器上进行有关数据的录入，对历史及实时库进行建立，并设置有网络查询功能，以便工作者查看及使用。以太网络、闸门监控主机及现地控制单元是组成闸门监控系统的三个重要部分，该自动控制结构图见图1。

3系统功能

3.1闸门控制系统的自动化

闸门监控室和调度中心远程控制闸站设备，在此基础上闸门自动化控制系统具备了丰富的人机界面，能够为工作人员提供运行接口，进行设备操作十分简单和安全。不仅促使了多窗口特点的有效发挥，同时又满足了运行工作人员的操作需求[5]。(1)通过控制功能，可以对人工、自动、现场及启闭机进行全面控制；(2)能够实时对现地数据进行采集和管理，如电机电压及电流、闸门位置和工作状态等，相关信息和数据借助ODBC接口可在SOLServer数据库中进行储存；(3)根据需要，系统能够自动生成工情和水情的报表及趋势曲线，并最终实现对流量、闸位等各变量变化情况的监控。(4)非正常状态下，系统的报警及保护功能能够为整个自动化系统提供保护，SOL数据库相关信息便于日后查询；(5)浏览器/服务器是远程访问系统采用的结构，能够支持IE系统对远程访问功能进行使用。当用户身份通过后，就可以对分中心监控主机进行访问，远程用户在权限范围内可以对系统的控制及管理功能进行使用。

图1　闸门自动控制结构图

3.2安全保护

拖动电机是闸门系统的重要设备，需要引起对拖动电机的重视和保护。该自动化控制系统共设置了四个层面的保护，其中包括软体的过压过流保护和包括限位保护、电流过热保护器及快速过流保护在内的硬体的三层保护。

3.3监控系统

该自动化系统的视频录像机上，所显示的视频信号共有5路，手动对其进行控制，可以实现对变倍、聚焦及信息储存等功能的操作[6]，对该系统进行时间设置，可以长时间的进行录像，通过历史图像的回放可以对有关内容进行查看和了解。

4系统应用效益

闸门自动化控制系统建成后，对工程的运行状况进行了改善，在设备运行效率有效提升的基础上，测配水管理迎来了新的局面，所获取的效益十分显著。(1)闸门自动化控制系统未建立前，受实际情况的影响，值班工作者无法及时对水情进行了解，由于经常在高水位环境运行整个工程，导致危险因素不断增加。直至建立该控制系统之后，控制室计算机实施监测，并获取闸门图像及水位变化信息，通过工作人员的分析和操作，及时对闸门进行人工调节，而计算机在水位超高时可以自动对闸门进行控制，一定程度上确保了工程运行的安全和可靠。(2)当发生紧急水情时，通过自动化系统的帮助，工作人员处理水情的时间有所缩短，同时系统的运行直接影响着灌区的经济效益。由于建立了自动化控制系统，工作人员在控制室内调闸便可以实现对闸门的控制，而无需来回走动对闸门进行人工调节，不仅节省了工作时间，还能迅速及时的对水情进行处理，确保了灌区供水的安全。(3)由于自动化控制系统的应用，进一步提升了设备运行的安全性，并对相应的安全保护措施进行了增设。杂物卡阻闸槽造成设备损坏等问题得以避免，有效提高了设备运行的安全系数。(4)建立自动化控制系统，无论是人工调闸还是计算机自动调闸，都使得渠道输水变得非常平稳，日平均配水准确率也得以有效提升，显著提高了灌区的服务质量。

5结语

玛纳斯河流域水利工程的运行应用闸门自动化控制系统获得了显著成效，进一步解决了以往工作当中出现的不良状况及问题，有效提升了灌区的服务质量。依据实践经验，本文总结出如下建议，以促使自动化控制系统的应用及推广。(1)水利工程运行过程中，闸门自动化控制系统的建设任重道远，且闸门自动化系统的建设有待完善，对水资源进行科学合理的管理是一个漫长的过程。(2)闸门自动化控制系统之所以获得了良好效果，是因为得到了领导及管理部门的重视，建设过程中提供了一定的技术和物质保障，并创建了良好的工作环境，使整个系统的建设非常顺利。(3)为顺利实施自动化控制系统，依托技术单位对关键问题进行解决。由于闸门自动化控制系统的建设涉及的内容及项目十分广泛，包括智能控制、网络技术及通信技术等，没有过硬技术的支持是难以实现对控制系统的建立和应用的。(4)对专业技术人才进行培养，以便工作人员能够适应系统的控制和操作；筹集经费对项目运行进行维护和管理，实现对控制系统的改造升级与日常维护。

参考文献

[1]王开春，刘捷.PLC在闸门自动化控制系统中的应用[J].沿海企业与科技.2008，12(2)：40-41.

[2]张兴华.以太环网技术在闸门自动化控制系统中的应用[J].水利科技与经济.2013，19(10)：119-120.

[3]舒文武.浅析淠史杭灌区闸门自动化控制系统[J].安徽农学通报.2010，16(12)：203-205.

[4]石世魁，李成林，彭公明，等.燕山水库闸门远程监控自动化系统研制[J].水电能源科学.2009，27(6)：199-202.

[5]潘卫锋.泵站液压快速闸门自动化控制系统改造[J].排灌机械.2012，21(2)：25-28.

[6]陈天顺.景电工程支渠闸门闭环自动化控制系统建设[J].人民黄河.2013，35(5)：74-75.

[中图分类号]TV547.1

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)02-0162-02

[作者简介]魏勇(1973-)，男，四川绵阳人，工人，主要从事水管工作测配水工作。

[收稿日期]2015-11-16