田作佳

中小型排灌站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田作佳

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院 遼寧沈陽(yáng) 110003）

從中小型排灌站自動(dòng)化監(jiān)控實(shí)際需求出發(fā)，借助當(dāng)前先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，整合現(xiàn)有資源,針對(duì)泵站電機(jī)組自動(dòng)監(jiān)控、閘門(mén)自動(dòng)控制、視頻監(jiān)視系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和安全防護(hù)等環(huán)節(jié)，進(jìn)行分層、分步、模塊化設(shè)計(jì)，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)實(shí)用的中小型排灌站自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

中小型排灌站 自動(dòng)化與信息化 監(jiān)控 組態(tài)

引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)水利自動(dòng)化與信息化的快速發(fā)展，中小型排灌站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)改造也顯得日益緊迫。改善中小型排灌站設(shè)備的自動(dòng)化程度，提高排灌站管理水平，使排灌站安全穩(wěn)定運(yùn)行，為當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)安全提供可靠保障，已是當(dāng)務(wù)之急。而中小型排灌站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，其自動(dòng)化程度沒(méi)有具體的明文規(guī)定，受到國(guó)家投入資金的限制。本文以遼寧省海城市中小型排灌站—下坎自排灌站為例，從中小型排灌站監(jiān)控具體需求出發(fā)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 工程現(xiàn)狀及需求分析

下坎自排灌站位于海城市西部，是海城市主要的水利樞紐之一，其以灌溉為主，兼顧防洪排澇等。主體結(jié)構(gòu)由外河及其河閘、泵房（水輪機(jī)組、壓力箱等）、前置河及其河閘和渠首等4部分組成。外河河閘、水泵電機(jī)組，前置河河閘均為人工控制，其設(shè)備運(yùn)行參數(shù)完全靠人工觀測(cè)的方法進(jìn)行或不進(jìn)行監(jiān)測(cè)；設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)性不高，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，采取相應(yīng)措施的實(shí)時(shí)性差；不符合水利工程的現(xiàn)代化要求。

下坎自排灌站改造工程是糧食產(chǎn)區(qū)實(shí)施的富民工程。自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施，將使西部沿河水稻主產(chǎn)區(qū)畝降低成本40多元。在東北振興，農(nóng)村水利高速發(fā)展的關(guān)頭，提高排灌站的管理現(xiàn)代化水平，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)22

結(jié)合排灌站的實(shí)際情況，采用國(guó)際先進(jìn)、成熟的技術(shù)和設(shè)備，以模塊化開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，形成以計(jì)算機(jī)為核心的實(shí)時(shí)信號(hào)采集﹑監(jiān)測(cè)、控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，達(dá)到設(shè)計(jì)先進(jìn)、設(shè)備性能穩(wěn)定、系統(tǒng)維護(hù)方便、軟件功能實(shí)用的目的，建成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的中小型排灌站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一改過(guò)去設(shè)計(jì)一次投入定終身的設(shè)計(jì)方法，采用新的設(shè)計(jì)理念，系統(tǒng)組態(tài)以模塊式結(jié)構(gòu)為核心。采用當(dāng)前先進(jìn)的全計(jì)算機(jī)、全數(shù)字、雙向通信的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)設(shè)計(jì)，具有節(jié)省大量工程電纜、縮短設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試工期、優(yōu)化管理和易于掌握的特點(diǎn)，可將所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器用一根電纜連接在一起，形成數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)檢測(cè)、控制與遠(yuǎn)程診斷等功能。系統(tǒng)滿足先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)充性等的系統(tǒng)要求。整體系統(tǒng)主要包括三部分：(1) 水泵電機(jī)組自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)；(2)閘門(mén)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)；(3) 視頻監(jiān)視系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2.1水泵電機(jī)組自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

水泵電機(jī)組自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)功能包括水泵電機(jī)的啟動(dòng)和停止控制（8臺(tái)）；電機(jī)運(yùn)行物理參數(shù)監(jiān)測(cè)（3相電壓，3相電流等），排灌站動(dòng)力電運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)（3相電壓，3相電流，累積電量等）。水泵機(jī)組的控制方式采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，其原理圖見(jiàn)圖2、圖3。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 水泵機(jī)組控制（手動(dòng)）原理圖

2.2閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)

閘門(mén)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包含4個(gè)外河閘門(mén)和4個(gè)排水閘門(mén)的自動(dòng)化控制；主要功能包括閘門(mén)的上升、下降、停止等。同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)具備限位報(bào)警，電壓、電流、功率因數(shù)以及溫度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)以上參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，將停止閘門(mén)的啟閉動(dòng)作，同時(shí)給出聲光報(bào)警。其原理圖見(jiàn)圖4、圖5。

圖3 水泵機(jī)組控制（自動(dòng)）原理圖

圖4 閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

圖5 閘門(mén)限位開(kāi)關(guān)控制原理圖

2.3視頻監(jiān)視系統(tǒng)

在非工程檢測(cè)所能實(shí)施的主要部位，設(shè)立電視監(jiān)控系統(tǒng)，見(jiàn)圖6。對(duì)泵房，外河水位，渠首、前置等水流形態(tài)和閘門(mén)運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像監(jiān)視。是保證排灌站安全運(yùn)行的重要手段之一。重點(diǎn)部位圖像監(jiān)視共4點(diǎn)，分別用于外河、前置、渠首水位及其水流形態(tài)監(jiān)測(cè)和泵房電機(jī)組的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)情況監(jiān)測(cè)。

全面不間斷地監(jiān)視灌區(qū)排灌站要害區(qū)域是系統(tǒng)要達(dá)到的主要功能。能夠通過(guò)對(duì)外河來(lái)水和水尺等的直觀觀測(cè)，配合工程測(cè)控系統(tǒng)，直接為防汛調(diào)度服務(wù)。同時(shí)，根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)的反饋信息，預(yù)測(cè)某些情況，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，能夠迅速做出正確判斷，并做出指揮決策、調(diào)度和處理方案；該系統(tǒng)圖像信號(hào)可以直接輸入到監(jiān)視器上（監(jiān)視器包括在系統(tǒng)之內(nèi)），具有多路輸出。

圖6 視頻監(jiān)視系統(tǒng)原理圖

3 軟件功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件運(yùn)行平臺(tái)為組態(tài)視窗操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)版含20個(gè)節(jié)點(diǎn)的SQL Sever 2008數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。工作方式為客戶機(jī)/服務(wù)器的工作方式，文件傳輸、打印共享。中心軟件功能界面見(jiàn)圖7。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，信息化時(shí)代逐步走進(jìn)人們的生活。作為人民經(jīng)濟(jì)命脈的水，面對(duì)工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，必將跟上時(shí)代發(fā)展的潮流，灌區(qū)引入自動(dòng)化系統(tǒng)是必然的。泵電機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)現(xiàn)地和遠(yuǎn)程控制方式，實(shí)現(xiàn)泵電機(jī)的啟、?？刂坪统Ｒ?guī)物理參數(shù)的監(jiān)測(cè)等，有效監(jiān)控和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；閘門(mén)控制系統(tǒng)可通過(guò)現(xiàn)地、遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的啟、停和一些常規(guī)物理參數(shù)反饋監(jiān)測(cè)等；視頻監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視排灌站主要設(shè)備、主要建筑設(shè)施和水流形態(tài)的安全運(yùn)行情況。自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)優(yōu)化了水資源的合理配置，增強(qiáng)水資源監(jiān)控的科技含量，加大水資源的監(jiān)控力度，為領(lǐng)導(dǎo)決策、管理提供有效依據(jù)。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.022

TP27

B

1672-2469（2014）05-0070-04

22作者簡(jiǎn)介：田作佳（1957年—），男，高級(jí)工程師。