晏峻峰（喀什地區(qū)水利水電勘測設計院　新疆　喀什　844000）

索塞渠首除險加固工程自動化控制設計淺析

晏峻峰
（喀什地區(qū)水利水電勘測設計院新疆喀什844000）

水利工程運行環(huán)境惡劣，對相關(guān)數(shù)據(jù)的可靠性和自動化功能的要求較高，本文針對水利工程運行的實際狀況，以索塞渠首除險加固工程為例，對該工程自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)設計進行闡述，在本次自動化系統(tǒng)方案設計過程中，文章從除險加固工程自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)原則、開發(fā)過程及注意事項出發(fā)，探討了索塞渠首除險加固工程自動化控制設計要點，以供類似工程設計人員參考和借鑒。

除險加固；自動化系統(tǒng)；設計；監(jiān)控

1　工程概況

索塞渠首除險加固工程位于塔河下游河段的尉犁縣依麻木鄉(xiāng)境內(nèi)，距尉犁縣70km，距州府庫爾勒市120km。其東為庫魯克沙漠，南鄰塔克拉瑪干沙漠，東南為衰敗的綠色走廊下段。

本除險加固工程建于1990年，由攔河橡膠壩和恰鐵干渠進水閘兩部分組成。其中，攔河壩設計流量60m3/s，校核流量80m3/s，恰鐵干渠進水閘設計流量25m3/s。目前，攔河橡膠壩和恰鐵干渠進水閘主體破壞嚴重，已不具備基本的防洪及灌溉功能。根據(jù)《塔里木河工程與非工程措施五年實施方案》，阿其克河口至索塞渠首除險加固工程段河道兩岸將修建80.8km防洪堤，屆時索塞渠首除險加固工程50年一遇洪水流量將達到222m3/s?，F(xiàn)有的對塔河進行綜合治理的重要工程性措施之一，是塔河下游灌區(qū)所進行的節(jié)水型調(diào)節(jié)工程，同時也是塔河下游人工綠洲供水系統(tǒng)的骨干改造工程。

2　除險加固工程自動化設計

2.1設計原則

針對水利工程運行環(huán)境惡劣、可靠性要求高、自動化功能要求先進的實際情況，本自動化系統(tǒng)方案在設計時嚴格遵循并落實了以下基本原則：

（1）可靠性、功能實用性、組網(wǎng)合理性、維護保養(yǎng)方便；

（2）技術(shù)先進性、系統(tǒng)開放性；

結(jié)合本工程自動化控制設計的立場、整體原則與實際情況的要求，先進性與開放性主要體現(xiàn)在：

①為了保證傳送回來數(shù)據(jù)的準確性與可用性，自動化監(jiān)控系統(tǒng)必須提供實時、快速、可靠的數(shù)據(jù)資料，同時結(jié)合實際情況的變化和用戶的需要進行擴充與升級更新，在此過程中充分體現(xiàn)系統(tǒng)的先進性、開放性與兼容性的優(yōu)勢。

②系統(tǒng)設計遵循開放性標準，硬件選用國際知名品牌最新產(chǎn)品，操作系統(tǒng)采用Windows7，數(shù)據(jù)庫遵循SQL標準，應用軟件采用水利自動化專用組態(tài)軟件SKJ2008S最新版，管理網(wǎng)和自動化網(wǎng)網(wǎng)絡協(xié)議全部基于TCP/IP。

③自動化系統(tǒng)能夠達到“無人值班、無人值守”的運行狀態(tài)，即調(diào)度人員在遠方就能夠?qū)崿F(xiàn)對閘門運行現(xiàn)場“遙測、遙信、遙調(diào)和遙視”等功能。

④自動化控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)并非相互獨立，兩者之間是高度融合與統(tǒng)一的，即所謂的“管控一體”。自動化系統(tǒng)是一個信息搜集、傳輸與管理的工具，是為企業(yè)管理服務的，而不是為了自動化而自動化，它可以為管理工作提供實時、有效、真實的數(shù)據(jù)及運行工況，以便管理層做出正確、科學合理的決策。

（3）良好的兼容性

自動化系統(tǒng)應具有良好兼容性，以便于用戶業(yè)務增長時擴展系統(tǒng)規(guī)模，保護用戶投資。

①就監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)而言，宜采用面向監(jiān)測對象的“實時關(guān)系數(shù)據(jù)庫”，這種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對數(shù)據(jù)變化的反應可達到1毫秒，接收到的數(shù)據(jù)信息具有十分高的精確度。

②系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線及RS485總線結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地控制單元和中控室計算機之間進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測和監(jiān)視功能。

2.2設計目的

索塞渠首自動化系統(tǒng)的建設是為實現(xiàn)對渠首1孔進水閘和4孔泄洪沖砂閘閘前閘后水位監(jiān)測、視頻監(jiān)控等功能。其建設內(nèi)容包括建設調(diào)度控制室一處，水位觀測系統(tǒng)一套，視頻監(jiān)控系統(tǒng)一套。而自動化系統(tǒng)設計的最終目的是要實現(xiàn)渠首自動化系統(tǒng)的四遙功能，即遙測、遙調(diào)、遙信、遙視。

2.3總體設計

（1）系統(tǒng)組成

按照預先的設計，本系統(tǒng)由閘前監(jiān)測系統(tǒng)、溢流堰水位監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動化通訊系統(tǒng)等部分組成。也就是說本系統(tǒng)采用綜合調(diào)度自動化模式，即將所涉及到的各系統(tǒng)實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)和信息的共享和融合，為河道渠首遠程監(jiān)控和安全監(jiān)測、優(yōu)化調(diào)度提供決策依據(jù)。

自動化系統(tǒng)各部分的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示：

圖1　渠首調(diào)度自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（2）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

①主控級層

主控級層主要設在各個管理站的中控室，各管理站的主要設備包括工控機、CRT彩顯、打印機等外置設備、鍵盤鼠標等輸入設備、UPS電源、顯示屏等，中控室主控級設備設有通訊接口，以滿足與上級管理部門數(shù)據(jù)通訊的要求。管理站負責水庫調(diào)度自動化運行的監(jiān)視、視頻監(jiān)控、調(diào)度指揮以及完成必要的管理功能，并向水利局轉(zhuǎn)發(fā)必要的數(shù)據(jù)和信息。

②信息傳輸層

主要是各種數(shù)據(jù)信息的傳輸介質(zhì)及方式，主要的傳輸方式為modbus總線、以太網(wǎng)和DP總線；主要的傳輸介質(zhì)為光纖和屏蔽通訊線以及以下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，保證數(shù)據(jù)準確、實時、高效的傳輸。

表1　　模擬監(jiān)控方案與數(shù)字監(jiān)控方案對照表

③就地采集控制層

就地采集控制層主要由水位監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。

a.水位監(jiān)控系統(tǒng)：對閘前2處，閘后3處水位進行實時監(jiān)測，分析變化規(guī)律，為防洪分水提供更準確的數(shù)據(jù)，以有利于決策者統(tǒng)一管理調(diào)度水資源。

b.視頻監(jiān)控系統(tǒng)：對閘前閘后共5處進行視頻監(jiān)控，從而直觀的反應河道水位及情況。

（3）系統(tǒng)的功能和特點

①先進的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該自動化系統(tǒng)采用全分布實時數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)庫、應用程序、通信接口等必須遵循相應的開放標準，可與不同廠家同一型號的產(chǎn)品實現(xiàn)兼容。軟件平臺化設計可提供較強的實時數(shù)據(jù)庫和應用程序擴展接口（API函數(shù)），歷史數(shù)據(jù)庫遵循SQL標準，方便二次開發(fā)和功能拓展。用戶也可以在建設初期選擇較小配置，隨著業(yè)務的增長在原有系統(tǒng)的基礎上逐步提高。

②一體化設計

SCADA系統(tǒng)與各系統(tǒng)一體化設計，無縫連接，完成信息交換、報警聯(lián)動等功能，真正實現(xiàn)“遙測、遙信、遙調(diào)、遙視”，為實現(xiàn)水庫運行生產(chǎn)“無人值班、無人或少人值守”、減員增效等目標提供可靠的保證。

首先，數(shù)字監(jiān)控較模擬監(jiān)控具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，因為其是一種將計算機數(shù)字視頻壓縮與傳輸技術(shù)有機結(jié)合并應用于圖像監(jiān)控領域的高科技產(chǎn)品與技術(shù)，同時，計算機還可以接收到各種水情預警信息，并且按照預先編制好的程序自動執(zhí)行報警聯(lián)動等相關(guān)的操作，是一項比較智能、高端和先進的技術(shù)。

其次，通過對其進行智能化的管理，監(jiān)控系統(tǒng)因而具有了更為合理的報警布局，計算機系統(tǒng)會有條不紊的進行各項事先設計好的安全預防工作，在此基礎上，結(jié)合實時捕捉、視頻報警等技術(shù)，可保證水利工程監(jiān)測工作萬無一失。

③其他擴展功能

采用平臺化設計思路進行自動化主站軟件的設計，使之具有強大的二次開發(fā)功能與兼容能力，可以在SCADA平臺基礎上衍生擴展出其他的自動化功能及高級應用功能，包括水情自動監(jiān)測預報功能、水質(zhì)自動監(jiān)測預報功能、大壩測壓管水位自動檢測系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)計算分析、信息發(fā)布、洪澇預報、水量優(yōu)化調(diào)度、輔助決策等高級應用功能。

總之，該系統(tǒng)能夠為水利部門實現(xiàn)水庫調(diào)度工程的全面監(jiān)測和快速控制，提高科學管理水平和勞動生產(chǎn)率，從而為水利工程的安全運行和經(jīng)濟、優(yōu)化調(diào)度提供一個完整的解決方案。

3　結(jié)語

本文以索塞渠首除險加固工程為研究對象，從設計原則、設計目標和總體設計方案三個方面系統(tǒng)描述了自動化控制設計內(nèi)容。系統(tǒng)采用綜合調(diào)度自動化模式，由閘前監(jiān)測系統(tǒng)、溢流堰水位監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動化通訊系統(tǒng)等部分組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為主控層、信息傳輸層、就地采集控制層三個層面，系統(tǒng)具有先進性和一體性的特點，具有強大的二次開發(fā)功能與兼容能力，可實現(xiàn)水情自動監(jiān)測預報功能、水質(zhì)自動監(jiān)測預報功能等擴展功能。系統(tǒng)的建成能夠為水利部門實現(xiàn)對工程的實施監(jiān)控和遠程決策，提高管理效率，節(jié)約財力物力，同時也可為類似工程設計人員提供參考和借鑒。陜西水利

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（責任編輯：唐紅云）

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