浅谈大型灌区渠道闸门一体化测控系统设计

赵海亮

（甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃景泰730400）

我国灌区水资源利用率比较低，为了高效利用水资源，不仅需要发展节水灌溉技术，同时需要提高灌区水资源管理效率，优化配置灌区水资源。大型灌区涉及复杂的渠系系统，引水量也非常大，增加了灌区水资源的管理难度。我国很多灌区主要是利用人工模式，无法保障灌区水量测量精度，无法及时共享相关数据，因此需要提高灌区水利信息化水平，加强灌区管理工作。在大型灌区中，渠道闸门负责调节和控制水情，因为大型灌区渠系具有复杂的渠道，需要提高渠道闸门的信息化，利用一体化测控系统，实时调控灌区水量，提升大型灌区水资源管理水平。

1 大型灌区渠道闸门一体化测控系统的构成

1.1 构成

在大型灌区中利用渠道闸门一体化测控系统，可以精确计量水量，实现安全监控工作，提高信息化水平，综合利用物联网、计算机、防盗技术等，配套开发管理软件，可以自动控制闸门闸位和水位。渠道闸门一体化测控系统主要包括现地测控一体化设备、通信系统、监控中心等，其中现地测控一体化设备包括启闭机、供电系统、超声波遥测水位计等；通信系统主要包括现地系统和远程通信，在远程通信过程中需要利用GPRS无线网络；监控中心包括路由器和交换机以及计算机等[1]。

1.2 工作原理

大型灌区利用渠道闸门一体化测控系统的现地测控一体化设备，工作人员用超声波遥测水位计，可以确定渠道内部水位，利用启闭机可以调控闸门，控制渠道内部的流量。对比流量要求和水位计测量结果，如果二者存在差异性，监控中心会提出指令，利用启闭机调节闸门开合度，改变渠道流量之后，水位计会及时反馈测量的流量，调节闸位到预定值，如果系统流量保持稳定，即可完成调节工作。当误差不满足工作要求时驱动层可以根据反馈值调节闸门，满足整体工作要求。调节闸门达到稳定的流量后，可以加快响应系统，系统稳定之后，可以记录闸位和流量的变化，推算预期值，确保误差和调节时间二者呈反比关系。

1.3 效益

利用渠道闸门一体化测控系统，可以远程监控大型灌区，提高渠道系统的信息化，同时可以提取实时数据，建立检测报告，改善管理方式，保障供水的安全性，实现防洪防汛的目标。利用渠道闸门一体化测控系统可以实现智能化调节闸门，快速稳定数位异常的波动，保障渠道运行状态，避免浪费水资源，解决传统系统中存在的问题。渠道闸门和流量计无须外接电源，利用太阳能驱动，降低工程污染，达到节能环保的目标，改善当地的生态环境。渠道闸门一体化测控系统具有较高的集成性，可以简化工程施工，满足工程安装要求，稍微改造原有建筑物结构即可完成安装工作。系统流量计量精度较高，可以保障水权分配和水费计收的合理性，提升供水服务的公正性。利用精确计算，可以确定泄漏和渗漏等问题，根据渠道流失情况，提出针对性的修补措施。合理分配水资源，根据大型灌区用水需求落实配水工作。

2 渠道闸门一体化测控系统硬件设计

2.1 现场设备设计

在闸门位置设置传感器，提供闸门调节数据，利用机械编码器转换闸门位移为电信号，利用齿盘连接闸位传感器和丝杠，丝杠带动传感器转动。测量渠道流量的过程中利用超声波遥测水位计，核心控制仪表包括单片机和模块等，利用计算机和软件技术，建立渠道量水模型，单片机负责采集水位闸的信号，利用低功耗运行模式，降低渠道闸门一体化测控系统耗电量，断开外界电源之后，维护工作的稳定性[2]。

利用DC-DC电源电压技术，对于不同电源使用单元完成分级供电，利用太阳能供电系统。在现场加强安全防护和设备保护工作，维护渠道闸门一体化测控系统运行的稳定性，降低维护工作的投入。针对系统的现场设备需要利用不同的安全防护措施，维护闸门安全运行。

利用电动机过载波保护，避免因为电流较大烧毁闸门启闭机。利用限位保护方式，保障闸门启闭机始终在工作范围内运行。利用过力矩保护方式，维护闸门运行的稳定性，避免因为受力过大损害闸门硬件设备。通过过电保护工作，实时监测电动机电压，如果电压超过了工作范围，系统可以自动切断电源，维护电动机运行的稳定性。加强保护主机设备，设置野外保护罩，在防盗门上安装防盗锁，有效保护整体设备[3]。

2.2 通信系统设计

在渠道闸门一体化测控系统中，通信系统负责传输指令数据，因为大型灌区情况比较复杂，零散分布着各个闸门监控点，再加上有线通信网络结构比较复杂，因此在系统中需要利用GPRS通信网络，可以保障数据传输的可靠性和抗干扰性。

渠道闸门一体化测控系统包括现地通信系统和远程通信系统，工作人员利用手持移动设备和现地通信网络实现通信，可以合理设定和校准参数。利用GPRS通信方式，可以遥测水位、流量、闸位等[4]。

3 渠道闸门一体化测控系统软件设计

3.1 分层设计系统架构

设计自动化采集控制层：利用CRBS网络实现通信工作，利用TCP协议实现可靠的传输数据。设计数据存储层：利用关系数据，建立关联数据表，连接渠系数据和闸门设备数据，存储监测数据，为日后数据查询提供便利。设计数据服务层：交互各层数据，数据服务层转化各层数据为统一的形式。设计应用层：建立人机交互界面，向最终用户展现出多种形式的数据，用户利用浏览器阅览数据。

3.2 设计系统功能模块

设计渠系数据整编模块：利用人工方式录入行管信息，确定渠系特征，提供基础数据依据，保障数据处理效果。设计闸门运行管理模块：根据工程建筑结构图和电气图等落实现场模拟和监视，可视化的展示温度量和电气量等信息。设计调度执行模块：监视人员需要根据调度指令，及时启闭闸门，同时可以查询历史调度指令的执行过程，为事故分析提供可靠的资料[5]。

4 结束语

大型灌区的渠道系统非常复杂，在大型灌区落实渠道闸门一体化测控系统，可以自动控制闸门，智能化计算流量，提升计量精度，利用不同模式自动调节闸门流量，提升流量监控精度，均衡调节渠道水量，进一步提升大型灌区渠道管理水平，实时精确掌握水情信息，共享相关数据信息，建立资源管理数据库，充分发挥出自动化技术的作用，提升大型灌区建设水平。