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        瑪納斯河流域的水利工程中閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐探微

        2016-05-23 02:03:50
        地下水 2016年2期
        關(guān)鍵詞:自動(dòng)化控制閘門水利工程

        魏 勇

        (新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河流域管理處,新疆 石河子 832000)

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        瑪納斯河流域的水利工程中閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐探微

        魏勇

        (新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河流域管理處,新疆 石河子 832000)

        [摘要]基于對(duì)瑪納斯河流域現(xiàn)狀的分析,對(duì)水利工程中閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究,闡述了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,并對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用效益進(jìn)行了總結(jié),以此在水利工程管理領(lǐng)域?qū)﹂l門自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行推廣。

        [關(guān)鍵詞]瑪納斯河流域;閘門;自動(dòng)化控制;水利工程

        新疆瑪納斯河流域包括瑪納斯河、金溝河、塔西河等六條內(nèi)陸河流,其中瑪納斯河全長(zhǎng)324 km,是新疆瑪納斯河流域內(nèi)最大的河流。目前,新疆瑪納斯河流域建設(shè)的水利工程以灌溉農(nóng)業(yè)為主要功能,同時(shí)兼有城市供水、發(fā)電及防洪功能。隨著新疆瑪納斯河流灌區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,地區(qū)人口大幅度增加,人們對(duì)水資源供給量的需求不斷提升[1]。與此同時(shí),其中一部分水閘工程落后及老化現(xiàn)象嚴(yán)重,嚴(yán)重影響工程的正常運(yùn)行。具體表現(xiàn)為:機(jī)電設(shè)備可靠性低,存在安全隱患;系統(tǒng)反應(yīng)速度緩慢,控制方式相對(duì)落后;容易發(fā)生安全事故;缺乏上游水情預(yù)警,工作比較被動(dòng);工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大,調(diào)閘的準(zhǔn)確率較低。為進(jìn)一步提高工情和水情信息的采集效果,需要對(duì)先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用,建立高效的決策網(wǎng)絡(luò),對(duì)水利工程運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,以促使區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益的不斷提升。

        1系統(tǒng)組成

        自動(dòng)化系統(tǒng)遵循“無人值班、少人值守”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì),以經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)及實(shí)用目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)配置。該自動(dòng)化系統(tǒng)由遠(yuǎn)程調(diào)度監(jiān)控室和監(jiān)控中心組成,主要包括三個(gè)部分[2]。(1)閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),通過計(jì)算機(jī)對(duì)孔閘門的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行收集,實(shí)現(xiàn)對(duì)孔閘門的自動(dòng)控制;(2)閘門視頻監(jiān)控系統(tǒng),分別在上下游2處裝設(shè)一體化攝像機(jī),對(duì)閘門狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,視頻信號(hào)的采集和攝像機(jī)的運(yùn)行控制均由監(jiān)控中心的視頻主機(jī)來完成;(3)設(shè)置一條通信鏈路,方便上級(jí)調(diào)度中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

        2結(jié)構(gòu)方案

        閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行分為三個(gè)等級(jí),系統(tǒng)控制權(quán)限較高。按照控制權(quán)順序排列等級(jí)為:遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)度控制級(jí)、集中控制級(jí)和手動(dòng)控制級(jí)[3]。(1)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)度控制級(jí):通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng),上級(jí)調(diào)度中心進(jìn)行調(diào)度,借助Intemet瀏覽器能夠遠(yuǎn)程查看相關(guān)的圖像信息和報(bào)表數(shù)據(jù),達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目的。監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制閘站設(shè)備,分為兩種不同形式,一是閉環(huán)自動(dòng)控制,依據(jù)設(shè)定的流量要求及其限制條件,閘門監(jiān)控主機(jī)通過自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)閘站各閘門的開度和啟停進(jìn)行控制;二是人工操作控制,操作員依據(jù)當(dāng)前閘門運(yùn)行的具體情況及控制命令,借助鍵盤和鼠標(biāo)對(duì)閘門設(shè)備進(jìn)行控制,其工作內(nèi)容主要是對(duì)啟閉機(jī)的開停及斷路器操作等進(jìn)行自動(dòng)化控制。操作工作者在界面上對(duì)所需控制的設(shè)備圖形控鍵進(jìn)行點(diǎn)擊,操作員對(duì)自動(dòng)彈出界面的控制模擬鍵進(jìn)行操作,計(jì)算接接受指令并按照預(yù)先設(shè)定的流程實(shí)施操作,工作人員可以通過流程圖的查看對(duì)執(zhí)行及流程受阻情況進(jìn)行觀察,從而便于找出故障原因和部位,有利于對(duì)開環(huán)運(yùn)行進(jìn)行指導(dǎo),并實(shí)現(xiàn)對(duì)閉環(huán)的自動(dòng)化調(diào)度和操控。(2)集中控制級(jí):現(xiàn)地控制單元上設(shè)置集中控制級(jí),通過對(duì)現(xiàn)地控制柜上按鈕及其相關(guān)設(shè)備的控制,工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)閘站的調(diào)節(jié)和控制,此種情況下遠(yuǎn)程控制級(jí)命令被閉鎖,能夠?qū)ψ詣?dòng)化系統(tǒng)的安全性進(jìn)行有效控制,與此同時(shí),通過對(duì)計(jì)算機(jī)的操作,可以對(duì)相關(guān)的現(xiàn)地信息進(jìn)行采集。(3)手動(dòng)控制級(jí):閘門啟閉機(jī)旁邊一般設(shè)有手動(dòng)控制箱,手動(dòng)控制箱組成手動(dòng)控制級(jí),通過對(duì)手動(dòng)控制箱的操作,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)地的控制。現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)設(shè)置在單元控制器上的“本地”位置,當(dāng)遠(yuǎn)程控制級(jí)命令閉鎖后[4],自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性得以確保,通過對(duì)計(jì)算機(jī)的操作仍然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集和使用。在自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中,現(xiàn)場(chǎng)控制單元設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān),通過對(duì)開關(guān)的操作可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各控制級(jí)的切換。閘門無論處于哪一級(jí)的控制狀態(tài)之下,設(shè)置在啟閉機(jī)房的監(jiān)控主機(jī)都能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘門的運(yùn)行狀態(tài),同時(shí)在監(jiān)控中心的服務(wù)器上進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的錄入,對(duì)歷史及實(shí)時(shí)庫(kù)進(jìn)行建立,并設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)查詢功能,以便工作者查看及使用。以太網(wǎng)絡(luò)、閘門監(jiān)控主機(jī)及現(xiàn)地控制單元是組成閘門監(jiān)控系統(tǒng)的三個(gè)重要部分,該自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖見圖1。

        3系統(tǒng)功能

        3.1閘門控制系統(tǒng)的自動(dòng)化

        閘門監(jiān)控室和調(diào)度中心遠(yuǎn)程控制閘站設(shè)備,在此基礎(chǔ)上閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備了豐富的人機(jī)界面,能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供運(yùn)行接口,進(jìn)行設(shè)備操作十分簡(jiǎn)單和安全。不僅促使了多窗口特點(diǎn)的有效發(fā)揮,同時(shí)又滿足了運(yùn)行工作人員的操作需求[5]。(1)通過控制功能,可以對(duì)人工、自動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)及啟閉機(jī)進(jìn)行全面控制;(2)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集和管理,如電機(jī)電壓及電流、閘門位置和工作狀態(tài)等,相關(guān)信息和數(shù)據(jù)借助ODBC接口可在SOLServer數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行儲(chǔ)存;(3)根據(jù)需要,系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成工情和水情的報(bào)表及趨勢(shì)曲線,并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)流量、閘位等各變量變化情況的監(jiān)控。(4)非正常狀態(tài)下,系統(tǒng)的報(bào)警及保護(hù)功能能夠?yàn)檎麄€(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供保護(hù),SOL數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息便于日后查詢;(5)瀏覽器/服務(wù)器是遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu),能夠支持IE系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程訪問功能進(jìn)行使用。當(dāng)用戶身份通過后,就可以對(duì)分中心監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行訪問,遠(yuǎn)程用戶在權(quán)限范圍內(nèi)可以對(duì)系統(tǒng)的控制及管理功能進(jìn)行使用。

        圖1 閘門自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖

        3.2安全保護(hù)

        拖動(dòng)電機(jī)是閘門系統(tǒng)的重要設(shè)備,需要引起對(duì)拖動(dòng)電機(jī)的重視和保護(hù)。該自動(dòng)化控制系統(tǒng)共設(shè)置了四個(gè)層面的保護(hù),其中包括軟體的過壓過流保護(hù)和包括限位保護(hù)、電流過熱保護(hù)器及快速過流保護(hù)在內(nèi)的硬體的三層保護(hù)。

        3.3監(jiān)控系統(tǒng)

        該自動(dòng)化系統(tǒng)的視頻錄像機(jī)上,所顯示的視頻信號(hào)共有5路,手動(dòng)對(duì)其進(jìn)行控制,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變倍、聚焦及信息儲(chǔ)存等功能的操作[6],對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間設(shè)置,可以長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行錄像,通過歷史圖像的回放可以對(duì)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行查看和了解。

        4系統(tǒng)應(yīng)用效益

        閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)建成后,對(duì)工程的運(yùn)行狀況進(jìn)行了改善,在設(shè)備運(yùn)行效率有效提升的基礎(chǔ)上,測(cè)配水管理迎來了新的局面,所獲取的效益十分顯著。(1)閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)未建立前,受實(shí)際情況的影響,值班工作者無法及時(shí)對(duì)水情進(jìn)行了解,由于經(jīng)常在高水位環(huán)境運(yùn)行整個(gè)工程,導(dǎo)致危險(xiǎn)因素不斷增加。直至建立該控制系統(tǒng)之后,控制室計(jì)算機(jī)實(shí)施監(jiān)測(cè),并獲取閘門圖像及水位變化信息,通過工作人員的分析和操作,及時(shí)對(duì)閘門進(jìn)行人工調(diào)節(jié),而計(jì)算機(jī)在水位超高時(shí)可以自動(dòng)對(duì)閘門進(jìn)行控制,一定程度上確保了工程運(yùn)行的安全和可靠。(2)當(dāng)發(fā)生緊急水情時(shí),通過自動(dòng)化系統(tǒng)的幫助,工作人員處理水情的時(shí)間有所縮短,同時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行直接影響著灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益。由于建立了自動(dòng)化控制系統(tǒng),工作人員在控制室內(nèi)調(diào)閘便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的控制,而無需來回走動(dòng)對(duì)閘門進(jìn)行人工調(diào)節(jié),不僅節(jié)省了工作時(shí)間,還能迅速及時(shí)的對(duì)水情進(jìn)行處理,確保了灌區(qū)供水的安全。(3)由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用,進(jìn)一步提升了設(shè)備運(yùn)行的安全性,并對(duì)相應(yīng)的安全保護(hù)措施進(jìn)行了增設(shè)。雜物卡阻閘槽造成設(shè)備損壞等問題得以避免,有效提高了設(shè)備運(yùn)行的安全系數(shù)。(4)建立自動(dòng)化控制系統(tǒng),無論是人工調(diào)閘還是計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)閘,都使得渠道輸水變得非常平穩(wěn),日平均配水準(zhǔn)確率也得以有效提升,顯著提高了灌區(qū)的服務(wù)質(zhì)量。

        5結(jié)語

        瑪納斯河流域水利工程的運(yùn)行應(yīng)用閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)獲得了顯著成效,進(jìn)一步解決了以往工作當(dāng)中出現(xiàn)的不良狀況及問題,有效提升了灌區(qū)的服務(wù)質(zhì)量。依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),本文總結(jié)出如下建議,以促使自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及推廣。(1)水利工程運(yùn)行過程中,閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)任重道遠(yuǎn),且閘門自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)有待完善,對(duì)水資源進(jìn)行科學(xué)合理的管理是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。(2)閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)之所以獲得了良好效果,是因?yàn)榈玫搅祟I(lǐng)導(dǎo)及管理部門的重視,建設(shè)過程中提供了一定的技術(shù)和物質(zhì)保障,并創(chuàng)建了良好的工作環(huán)境,使整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)非常順利。(3)為順利實(shí)施自動(dòng)化控制系統(tǒng),依托技術(shù)單位對(duì)關(guān)鍵問題進(jìn)行解決。由于閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)涉及的內(nèi)容及項(xiàng)目十分廣泛,包括智能控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)等,沒有過硬技術(shù)的支持是難以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的建立和應(yīng)用的。(4)對(duì)專業(yè)技術(shù)人才進(jìn)行培養(yǎng),以便工作人員能夠適應(yīng)系統(tǒng)的控制和操作;籌集經(jīng)費(fèi)對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)和管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的改造升級(jí)與日常維護(hù)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]王開春,劉捷.PLC在閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].沿海企業(yè)與科技.2008,12(2):40-41.

        [2]張興華.以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)在閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2013,19(10):119-120.

        [3]舒文武.淺析淠史杭灌區(qū)閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào).2010,16(12):203-205.

        [4]石世魁,李成林,彭公明,等.燕山水庫(kù)閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)研制[J].水電能源科學(xué).2009,27(6):199-202.

        [5]潘衛(wèi)鋒.泵站液壓快速閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造[J].排灌機(jī)械.2012,21(2):25-28.

        [6]陳天順.景電工程支渠閘門閉環(huán)自動(dòng)化控制系統(tǒng)建設(shè)[J].人民黃河.2013,35(5):74-75.

        [中圖分類號(hào)]TV547.1

        [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

        [文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0162-02

        [作者簡(jiǎn)介]魏勇(1973-),男,四川綿陽人,工人,主要從事水管工作測(cè)配水工作。

        [收稿日期]2015-11-16

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