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化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實踐探微

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]基于對瑪納斯河流域現(xiàn)狀的分析，對水利工程中閘門自動化控制系統(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)濟的發(fā)展，地區(qū)人口大幅度增加，人們對水資源供給量的需求不斷提升[1]。與此同時，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行。具體表現(xiàn)為：機電設(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；工作人員的勞動強度較大，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，需要對先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行運用，建立高效的決策網(wǎng)絡(luò)，對水利工程運轉(zhuǎn)進(jìn)行實時監(jiān)控，以促使區(qū)域經(jīng)濟效益的不斷提升。

1系統(tǒng)組成

自動化系統(tǒng)遵循“無人值班、少人值守”的原則進(jìn)行設(shè)計，以經(jīng)濟、先進(jìn)及實用目標(biāo)的實現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)配置。該自動化系統(tǒng)由遠(yuǎn)程調(diào)度監(jiān)控室和監(jiān)控中心組成，主要包括三個部分[2]。(1)閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，通過計算機對孔閘門的相關(guān)信號進(jìn)行收集，實現(xiàn)對孔閘門的自動控制；(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，對閘門狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，視頻信號的采集和攝像機的運行控制均由監(jiān)控中心的視頻主機來完成；(3)設(shè)置一條通信鏈路，方便上級調(diào)度中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2結(jié)構(gòu)方案

閘門自動控制系統(tǒng)的運行分為三個等級，系統(tǒng)控制權(quán)限較高。按照控制權(quán)順序排列等級為：遠(yuǎn)程自動調(diào)度控制級、集中控制級和手動控制級[3]。(1)遠(yuǎn)程自動調(diào)度控制級：通過計算機系統(tǒng)，上級調(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)的圖像信息和報表數(shù)據(jù)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測的目的。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)控主機通過自動化系統(tǒng)對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)前閘門運行的具體情況及控制命令，借助鍵盤和鼠標(biāo)對閘門設(shè)備進(jìn)行控制，其工作內(nèi)容主要是對啟閉機的開停及斷路器操作等進(jìn)行自動化控制。操作工作者在界面上對所需控制的設(shè)備圖形控鍵進(jìn)行點擊，操作員對自動彈出界面的控制模擬鍵進(jìn)行操作，計算接接受指令并按照預(yù)先設(shè)定的流程實施操作，工作人員可以通過流程圖的查看對執(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，有利于對開環(huán)運行進(jìn)行指導(dǎo)，并實現(xiàn)對閉環(huán)的自動化調(diào)度和操控。(2)集中控制級：現(xiàn)地控制單元上設(shè)置集中控制級，通過對現(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)對閘站的調(diào)節(jié)和控制，此種情況下遠(yuǎn)程控制級命令被閉鎖，能夠?qū)ψ詣踊到y(tǒng)的安全性進(jìn)行有效控制，與此同時，通過對計算機的操作，可以對相關(guān)的現(xiàn)地信息進(jìn)行采集。(3)手動控制級：閘門啟閉機旁邊一般設(shè)有手動控制箱，手動控制箱組成手動控制級，通過對手動控制箱的操作，實現(xiàn)對現(xiàn)地的控制?，F(xiàn)場開關(guān)設(shè)置在單元控制器上的“本地”位置，當(dāng)遠(yuǎn)程控制級命令閉鎖后[4]，自動化系統(tǒng)的安全性得以確保，通過對計算機的操作仍然可以實現(xiàn)對現(xiàn)場信息的采集和使用。在自動化系統(tǒng)當(dāng)中，現(xiàn)場控制單元設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過對開關(guān)的操作可以實現(xiàn)對上述各控制級的切換。閘門無論處于哪一級的控制狀態(tài)之下，設(shè)置在啟閉機房的監(jiān)控主機都能實時監(jiān)測閘門的運行狀態(tài)，同時在監(jiān)控中心的服務(wù)器上進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的錄入，對歷史及實時庫進(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)控主機及現(xiàn)地控制單元是組成閘門監(jiān)控系統(tǒng)的三個重要部分，該自動控制結(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)上閘門自動化控制系統(tǒng)具備了豐富的人機界面，能夠為工作人員提供運行接口，進(jìn)行設(shè)備操作十分簡單和安全。不僅促使了多窗口特點的有效發(fā)揮，同時又滿足了運行工作人員的操作需求[5]。(1)通過控制功能，可以對人工、自動、現(xiàn)場及啟閉機進(jìn)行全面控制；(2)能夠?qū)崟r對現(xiàn)地數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和管理，如電機電壓及電流、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)庫中進(jìn)行儲存；(3)根據(jù)需要，系統(tǒng)能夠自動生成工情和水情的報表及趨勢曲線，并最終實現(xiàn)對流量、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)的報警及保護功能能夠為整個自動化系統(tǒng)提供保護，SOL數(shù)據(jù)庫相關(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，就可以對分中心監(jiān)控主機進(jìn)行訪問，遠(yuǎn)程用戶在權(quán)限范圍內(nèi)可以對系統(tǒng)的控制及管理功能進(jìn)行使用。

圖1　閘門自動控制結(jié)構(gòu)圖

3.2安全保護

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

3.3監(jiān)控系統(tǒng)

該自動化系統(tǒng)的視頻錄像機上，所顯示的視頻信號共有5路，手動對其進(jìn)行控制，可以實現(xiàn)對變倍、聚焦及信息儲存等功能的操作[6]，對該系統(tǒng)進(jìn)行時間設(shè)置，可以長時間的進(jìn)行錄像，通過歷史圖像的回放可以對有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行查看和了解。

4系統(tǒng)應(yīng)用效益

閘門自動化控制系統(tǒng)建成后，對工程的運行狀況進(jìn)行了改善，在設(shè)備運行效率有效提升的基礎(chǔ)上，測配水管理迎來了新的局面，所獲取的效益十分顯著。(1)閘門自動化控制系統(tǒng)未建立前，受實際情況的影響，值班工作者無法及時對水情進(jìn)行了解，由于經(jīng)常在高水位環(huán)境運行整個工程，導(dǎo)致危險因素不斷增加。直至建立該控制系統(tǒng)之后，控制室計算機實施監(jiān)測，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，及時對閘門進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，而計算機在水位超高時可以自動對閘門進(jìn)行控制，一定程度上確保了工程運行的安全和可靠。(2)當(dāng)發(fā)生緊急水情時，通過自動化系統(tǒng)的幫助，工作人員處理水情的時間有所縮短，同時系統(tǒng)的運行直接影響著灌區(qū)的經(jīng)濟效益。由于建立了自動化控制系統(tǒng)，工作人員在控制室內(nèi)調(diào)閘便可以實現(xiàn)對閘門的控制，而無需來回走動對閘門進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，不僅節(jié)省了工作時間，還能迅速及時的對水情進(jìn)行處理，確保了灌區(qū)供水的安全。(3)由于自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了設(shè)備運行的安全性，并對相應(yīng)的安全保護措施進(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)備運行的安全系數(shù)。(4)建立自動化控制系統(tǒng)，無論是人工調(diào)閘還是計算機自動調(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行應(yīng)用閘門自動化控制系統(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)實踐經(jīng)驗，本文總結(jié)出如下建議，以促使自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及推廣。(1)水利工程運行過程中，閘門自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)任重道遠(yuǎn)，且閘門自動化系統(tǒng)的建設(shè)有待完善，對水資源進(jìn)行科學(xué)合理的管理是一個漫長的過程。(2)閘門自動化控制系統(tǒng)之所以獲得了良好效果，是因為得到了領(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，使整個系統(tǒng)的建設(shè)非常順利。(3)為順利實施自動化控制系統(tǒng)，依托技術(shù)單位對關(guān)鍵問題進(jìn)行解決。由于閘門自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)涉及的內(nèi)容及項目十分廣泛，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)的支持是難以實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的建立和應(yīng)用的。(4)對專業(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)費對項目運行進(jìn)行維護和管理，實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的改造升級與日常維護。

參考文獻(xiàn)

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[中圖分類號]TV547.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)02-0162-02

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

[收稿日期]2015-11-16