探究灌区水闸的自动控制管理技术

摘 要：合理有效地控制和管理灌区水闸，对于水资源的合理使用提高利用率，增加经济效益能起到重要助推。本文着眼灌区水闸的原理和要求，对灌区水闸进行了改造，设计了自动化系统，对系统的设置、传感器的具体安置做了深入分析。

关键词：灌区；水闸；自动控制；管理技术

前言：

对于灌区水闸的合理利用与管理，可以有效利用水资源，提高水的使用率，赢得更多经济效益。传统的对水闸的人工操作方式，已经严重滞后于时代的发展了。必须对其进行现代化改造，自动水闸取而代之，才是发展的必然结果。本文将通过微机技术，对此进行探讨。

1.水闸自动控制的原理和要求

水闸的微机自动控制系统是一个微机控制的智能化系统，它的重点是运用数字技术控制闸门的高度，调节、控制水流量。水站自动控制系统除了控制闸门自动调节大小以外，还要根据水闸的位置和气候、过水量的分析运算，统计出水文资料，汛期水闸的运行数据等总结出水闸运行规律。水闸控制规律包括（1）闸门的控制方式，（2）水位流量的计算和曲线参数，包括很多资料的积累。

在目前的实际应用中水闸的自动控制系统比较注重以下两个方面：

（1）可靠的安全运行。系统本身要有自检功能，对异常情况和事故有预警功能。会自动报警和进行處理，系统可以放置在自然界里长时间工作，可以抵抗各种干扰正常工作。

（2）要合理布线引线结构方便操作，控制面板设计便于操作；各种参数、工作状态易于观察，可以打印数据。

2.灌区水闸自动控制技术

2.1水闸自动监控系统构成

水闸自动监控系统通常两个层面，第一层是中央控制系统，一般设在水利设施管理机构里。第二层是测控站，设在灌区水闸上或者水闸附近。监控终点站是水闸监控系统主要信息来源和执行命令者，它的任务是根据中央控制系统的遥控指令，自动采集灌区的水情或工作数据，并且发回控制中心，或根据控制中心发出的指令控制水闸运行。监控终点站基本是由各类传感装置、通信设备、RYU、继电器矩阵、电源等组成。

2，2 水闸自动控制系统工作体质

以前的水闸自动控制系统大多采取集中控制方式，就是由中央控制室同意检测与管理。这种工作机制由于过于集中，指令信息传输量大而致使系统运行可靠性低，已经被逐步淘汰了。现在有三种模式，可以根据需要自己选择。

（1）可编程控制器（PKC系统）。PLC系统适合现场测量控制。它现场测量功能强、性能稳定、可靠性高技术成数、比较广泛的被使用，价格便宜。

（2）分布式数据采集与监控系统（SCADA）。SCADA系统一般由远程控制模块RTU、通信网络及控制中心三部分组成。它有现场测控能力强的特点，又有信息资源系统共享的网络通信能力。

（3）集散型分布式计算机控制系统（DOS）DOS系统是目前世界上流行的大规模控制系统，标准中线结构。这个系统也分两部分，上层是中心管理层，下层是现场控制也就是水闸控制。整个系统由中心站主机管理，主要是对水闸控制站进行自动控制、数据记录保存、状态报告、下达指令以及人机操作等。水闸控制站则采取分布式控制结构，各站在主站控制下，分别由各自独立的CPU终端管理，独立完成本水闸的监视、控制以及与主机的通讯等。DOS系统适合于测点较多测量精度高、测控速度快的场所，它的特点是分散控制和集中监视，还有网络通信能力、测控能力、运行可靠、易于扩展、组太方便、维护操作简单。

2.3水闸自动控制系统的主要部件功能

2.3.1测量传感部件。测量传感部件的主要功能是把现场有关参数自动检测，并将检测结果传到相关信息处理单元进行处理。在水闸自动控制系统中常用的测量传感器件有闸位传感器、水位传感器以及对现场情况的测量，比如电压和功率的测量、闸门越线的检测、系统故障的检测等。其中闸位传感器是本系统中很重要的一个部件，传感器的发展历经了三代，以下简要介绍一些传感器：

（1）结构型传感器

此类传感器将反映被测量的机构位移，压力的变化等转换成相应的电气量等变化，从而检出北侧信息。这种传感器缺点是易擦损。

（2）物性型传感器

这类传感器永伴奥体、电解质、磁铁等材料，转换成相应电量变化，从而检出被测信号，例如用光敏、声敏、射线敏等原件制成的传感器，物性型传感器没有可动部件具有密度高、体积小、重量轻的特点。

（3）智能型传感器

这是一种以单片机为核心部件，具体检测和处理信息功能的传感器，有的还将信息检测的驱动回路，和信息处理的外围电路全部集成在传感器内的单片机上，这种传感器可以自己诊断、远距离通信，并且能够调整零点和量程。

水闸的驱动一般采用电动机，它通过减速齿轮直接带动水闸，或通过轮毂用钢丝绳带动水闸。因此，可直接测量水闸的位置，或通过钢丝绳长度的变化来测量闸门的开度；通过水位计来测量上下游水位。传感器是影响系统精确度和可靠性的关键原件。目前测量上下游水位和闸门开度所用的传感器一般由三种：码盘、多圈电位器、压力传感器。实践证明，压力传感器用于短期测量还是可行的，它的主要问题是温度效应的补偿及水生附着物对他的影响。上下游水位及闸门开度测量中，用的最多的是各种码盘，由于它已经将水位或机构位移变换了成了数字量，故大大提高了抗干扰能力，有利于长距离传输，便于和微机链接。对一些特定码制的码盘，又可以利用其固有规律，通过微机的软件来检测各种错误，从而大大提高了数据的可信性，制造工艺水平的高低，是否及时和合理的维护是影响传感器实用的主要问题。

2.3.2通信器。在水闸自动控制系统中，通信器是一个相当重要环节，它的可靠性、稳定性直接关系到整个系统的安危。

2.3.3现场控制单元。在水闸自动控制系统中，被控点的具有编程和运算能力的现场控制单元是很主要的一个配件，起着比较器、放大器、计算和控制等作用。RTU能定期或随机采集测量传感装置的输出数据并且进行计算，经编码后发到控制中心，同时也可以现场打印、显示、储存。RTU接收控制中心命令，提供数字输出，完成对水闸的自动控制。

2.3.4执行机构。控制系统中带动被控制对象按输入信号规律运动的配件叫做系统的执行元件，它是系统中能将电力转化成机械力的动力传导装置，多用的是继电器、直流伺服电动机、交流电动机、步进电动机、电磁阀等。

3.机型选择

传统的微机控制水闸设备基本都是单板机，随着微机技术人工智能技术的发展单板机已经淡出了应用市场，所以水闸自动控制系统不会再采用单板机这种可以说是“老掉牙”的技术了，采用人工智能芯片可以取代以前单板机的所有功能，价格并不昂贵，作为水文、灌区这样的单位价格一点都不难接受。所以在机型选择上就不介绍单板机机型了。

4.系统构成

4.1硬件

硬件方面已经说了目前不在采用单板机来控制了，而采用人工智能芯片完全取代过去的单板机的所有功能，而且价格不贵性能稳定，也有停电保护装置可以保证电闸的稳定使用。

4.2 软件

软件方面大致由系统软件和用户软件组成。编程语言是汇编语言，所实现的功能是（1）初始化程序（2）时钟管理程序（3）显示、打印（4）采样处理（5）控制执行。软件要有如下的优点（1）模块化，易于修改调试（2）纠错功能可以自动找回正确指令，避免误操作（3）抗干扰，可以排除错误信息的干扰、

结语：

综上所述，本文探讨了探究灌区水闸的自动控制管理技术，目前的技术和以前相比有了很大提高，水闸的自动控制技术现在依赖人工智能系统和网络的发展，对于灌区水闸的自动控制，其自动化程度也越来越高了。

参开文献：

（1）陆立茂.节水灌溉技术实施中存在的问题[J].发展，2006

（2）杨朋林，赵成萍，施一潭，等.基于 PLC的闸门自动控制系统的设计与实现[J].中国测试技术，2006

（3）康绍忠，蔡焕章，冯绍元，等.现代农业与生态节水的技术创新与未来研究重点[J].农业工程学报，2004

作者简介：

李开军（1973-），男，专科，工程师，从事水利工程建设管理工作。