索塞渠首除险加固工程自动化控制设计浅析

晏峻峰（喀什地区水利水电勘测设计院　新疆　喀什　844000）

索塞渠首除险加固工程自动化控制设计浅析

晏峻峰
（喀什地区水利水电勘测设计院新疆喀什844000）

水利工程运行环境恶劣，对相关数据的可靠性和自动化功能的要求较高，本文针对水利工程运行的实际状况，以索塞渠首除险加固工程为例，对该工程自动化控制系统的开发设计进行阐述，在本次自动化系统方案设计过程中，文章从除险加固工程自动化控制系统的开发原则、开发过程及注意事项出发，探讨了索塞渠首除险加固工程自动化控制设计要点，以供类似工程设计人员参考和借鉴。

除险加固；自动化系统；设计；监控

1　工程概况

索塞渠首除险加固工程位于塔河下游河段的尉犁县依麻木乡境内，距尉犁县70km，距州府库尔勒市120km。其东为库鲁克沙漠，南邻塔克拉玛干沙漠，东南为衰败的绿色走廊下段。

本除险加固工程建于1990年，由拦河橡胶坝和恰铁干渠进水闸两部分组成。其中，拦河坝设计流量60m3/s，校核流量80m3/s，恰铁干渠进水闸设计流量25m3/s。目前，拦河橡胶坝和恰铁干渠进水闸主体破坏严重，已不具备基本的防洪及灌溉功能。根据《塔里木河工程与非工程措施五年实施方案》，阿其克河口至索塞渠首除险加固工程段河道两岸将修建80.8km防洪堤，届时索塞渠首除险加固工程50年一遇洪水流量将达到222m3/s。现有的对塔河进行综合治理的重要工程性措施之一，是塔河下游灌区所进行的节水型调节工程，同时也是塔河下游人工绿洲供水系统的骨干改造工程。

2　除险加固工程自动化设计

2.1设计原则

针对水利工程运行环境恶劣、可靠性要求高、自动化功能要求先进的实际情况，本自动化系统方案在设计时严格遵循并落实了以下基本原则：

（1）可靠性、功能实用性、组网合理性、维护保养方便；

（2）技术先进性、系统开放性；

结合本工程自动化控制设计的立场、整体原则与实际情况的要求，先进性与开放性主要体现在：

①为了保证传送回来数据的准确性与可用性，自动化监控系统必须提供实时、快速、可靠的数据资料，同时结合实际情况的变化和用户的需要进行扩充与升级更新，在此过程中充分体现系统的先进性、开放性与兼容性的优势。

②系统设计遵循开放性标准，硬件选用国际知名品牌最新产品，操作系统采用Windows7，数据库遵循SQL标准，应用软件采用水利自动化专用组态软件SKJ2008S最新版，管理网和自动化网网络协议全部基于TCP/IP。

③自动化系统能够达到“无人值班、无人值守”的运行状态，即调度人员在远方就能够实现对闸门运行现场“遥测、遥信、遥调和遥视”等功能。

④自动化控制系统与管理系统并非相互独立，两者之间是高度融合与统一的，即所谓的“管控一体”。自动化系统是一个信息搜集、传输与管理的工具，是为企业管理服务的，而不是为了自动化而自动化，它可以为管理工作提供实时、有效、真实的数据及运行工况，以便管理层做出正确、科学合理的决策。

（3）良好的兼容性

自动化系统应具有良好兼容性，以便于用户业务增长时扩展系统规模，保护用户投资。

①就监控系统数据库结构而言，宜采用面向监测对象的“实时关系数据库”，这种数据库系统对数据变化的反应可达到1毫秒，接收到的数据信息具有十分高的精确度。

②系统采用现场总线及RS485总线结构，现地控制单元和中控室计算机之间进行通讯，实现数据监测和监视功能。

2.2设计目的

索塞渠首自动化系统的建设是为实现对渠首1孔进水闸和4孔泄洪冲砂闸闸前闸后水位监测、视频监控等功能。其建设内容包括建设调度控制室一处，水位观测系统一套，视频监控系统一套。而自动化系统设计的最终目的是要实现渠首自动化系统的四遥功能，即遥测、遥调、遥信、遥视。

2.3总体设计

（1）系统组成

按照预先的设计，本系统由闸前监测系统、溢流堰水位监测系统、视频监控系统、自动化通讯系统等部分组成。也就是说本系统采用综合调度自动化模式，即将所涉及到的各系统实现自动化数据和信息的共享和融合，为河道渠首远程监控和安全监测、优化调度提供决策依据。

自动化系统各部分的系统结构框架图如图1所示：

图1　渠首调度自动化系统结构示意图

（2）系统总体结构

①主控级层

主控级层主要设在各个管理站的中控室，各管理站的主要设备包括工控机、CRT彩显、打印机等外置设备、键盘鼠标等输入设备、UPS电源、显示屏等，中控室主控级设备设有通讯接口，以满足与上级管理部门数据通讯的要求。管理站负责水库调度自动化运行的监视、视频监控、调度指挥以及完成必要的管理功能，并向水利局转发必要的数据和信息。

②信息传输层

主要是各种数据信息的传输介质及方式，主要的传输方式为modbus总线、以太网和DP总线；主要的传输介质为光纤和屏蔽通讯线以及以下数据转换模块，保证数据准确、实时、高效的传输。

表1　　模拟监控方案与数字监控方案对照表

③就地采集控制层

就地采集控制层主要由水位监控系统和视频监控系统组成。

a.水位监控系统：对闸前2处，闸后3处水位进行实时监测，分析变化规律，为防洪分水提供更准确的数据，以有利于决策者统一管理调度水资源。

b.视频监控系统：对闸前闸后共5处进行视频监控，从而直观的反应河道水位及情况。

（3）系统的功能和特点

①先进的系统结构

该自动化系统采用全分布实时数据库，其数据库、应用程序、通信接口等必须遵循相应的开放标准，可与不同厂家同一型号的产品实现兼容。软件平台化设计可提供较强的实时数据库和应用程序扩展接口（API函数），历史数据库遵循SQL标准，方便二次开发和功能拓展。用户也可以在建设初期选择较小配置，随着业务的增长在原有系统的基础上逐步提高。

②一体化设计

SCADA系统与各系统一体化设计，无缝连接，完成信息交换、报警联动等功能，真正实现“遥测、遥信、遥调、遥视”，为实现水库运行生产“无人值班、无人或少人值守”、减员增效等目标提供可靠的保证。

首先，数字监控较模拟监控具有明显的技术优势，因为其是一种将计算机数字视频压缩与传输技术有机结合并应用于图像监控领域的高科技产品与技术，同时，计算机还可以接收到各种水情预警信息，并且按照预先编制好的程序自动执行报警联动等相关的操作，是一项比较智能、高端和先进的技术。

其次，通过对其进行智能化的管理，监控系统因而具有了更为合理的报警布局，计算机系统会有条不紊的进行各项事先设计好的安全预防工作，在此基础上，结合实时捕捉、视频报警等技术，可保证水利工程监测工作万无一失。

③其他扩展功能

采用平台化设计思路进行自动化主站软件的设计，使之具有强大的二次开发功能与兼容能力，可以在SCADA平台基础上衍生扩展出其他的自动化功能及高级应用功能，包括水情自动监测预报功能、水质自动监测预报功能、大坝测压管水位自动检测系统，以及数据计算分析、信息发布、洪涝预报、水量优化调度、辅助决策等高级应用功能。

总之，该系统能够为水利部门实现水库调度工程的全面监测和快速控制，提高科学管理水平和劳动生产率，从而为水利工程的安全运行和经济、优化调度提供一个完整的解决方案。

3　结语

本文以索塞渠首除险加固工程为研究对象，从设计原则、设计目标和总体设计方案三个方面系统描述了自动化控制设计内容。系统采用综合调度自动化模式，由闸前监测系统、溢流堰水位监测系统、视频监控系统、自动化通讯系统等部分组成。系统总体结构分为主控层、信息传输层、就地采集控制层三个层面，系统具有先进性和一体性的特点，具有强大的二次开发功能与兼容能力，可实现水情自动监测预报功能、水质自动监测预报功能等扩展功能。系统的建成能够为水利部门实现对工程的实施监控和远程决策，提高管理效率，节约财力物力，同时也可为类似工程设计人员提供参考和借鉴。陕西水利

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（责任编辑：唐红云）

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