摘 要：合理有效地控制和管理灌區(qū)水閘，對于水資源的合理使用提高利用率，增加經(jīng)濟效益能起到重要助推。本文著眼灌區(qū)水閘的原理和要求，對灌區(qū)水閘進行了改造，設(shè)計了自動化系統(tǒng)，對系統(tǒng)的設(shè)置、傳感器的具體安置做了深入分析。

關(guān)鍵詞：灌區(qū)；水閘；自動控制；管理技術(shù)

前言：

對于灌區(qū)水閘的合理利用與管理，可以有效利用水資源，提高水的使用率，贏得更多經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的對水閘的人工操作方式，已經(jīng)嚴重滯后于時代的發(fā)展了。必須對其進行現(xiàn)代化改造，自動水閘取而代之，才是發(fā)展的必然結(jié)果。本文將通過微機技術(shù)，對此進行探討。

1.水閘自動控制的原理和要求

水閘的微機自動控制系統(tǒng)是一個微機控制的智能化系統(tǒng)，它的重點是運用數(shù)字技術(shù)控制閘門的高度，調(diào)節(jié)、控制水流量。水站自動控制系統(tǒng)除了控制閘門自動調(diào)節(jié)大小以外，還要根據(jù)水閘的位置和氣候、過水量的分析運算，統(tǒng)計出水文資料，汛期水閘的運行數(shù)據(jù)等總結(jié)出水閘運行規(guī)律。水閘控制規(guī)律包括（1）閘門的控制方式，（2）水位流量的計算和曲線參數(shù)，包括很多資料的積累。

在目前的實際應(yīng)用中水閘的自動控制系統(tǒng)比較注重以下兩個方面：

（1）可靠的安全運行。系統(tǒng)本身要有自檢功能，對異常情況和事故有預(yù)警功能。會自動報警和進行處理，系統(tǒng)可以放置在自然界里長時間工作，可以抵抗各種干擾正常工作。

（2）要合理布線引線結(jié)構(gòu)方便操作，控制面板設(shè)計便于操作；各種參數(shù)、工作狀態(tài)易于觀察，可以打印數(shù)據(jù)。

2.灌區(qū)水閘自動控制技術(shù)

2.1水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)通常兩個層面，第一層是中央控制系統(tǒng)，一般設(shè)在水利設(shè)施管理機構(gòu)里。第二層是測控站，設(shè)在灌區(qū)水閘上或者水閘附近。監(jiān)控終點站是水閘監(jiān)控系統(tǒng)主要信息來源和執(zhí)行命令者，它的任務(wù)是根據(jù)中央控制系統(tǒng)的遙控指令，自動采集灌區(qū)的水情或工作數(shù)據(jù)，并且發(fā)回控制中心，或根據(jù)控制中心發(fā)出的指令控制水閘運行。監(jiān)控終點站基本是由各類傳感裝置、通信設(shè)備、RYU、繼電器矩陣、電源等組成。

2，2 水閘自動控制系統(tǒng)工作體質(zhì)

以前的水閘自動控制系統(tǒng)大多采取集中控制方式，就是由中央控制室同意檢測與管理。這種工作機制由于過于集中，指令信息傳輸量大而致使系統(tǒng)運行可靠性低，已經(jīng)被逐步淘汰了。現(xiàn)在有三種模式，可以根據(jù)需要自己選擇。

（1）可編程控制器（PKC系統(tǒng)）。PLC系統(tǒng)適合現(xiàn)場測量控制。它現(xiàn)場測量功能強、性能穩(wěn)定、可靠性高技術(shù)成數(shù)、比較廣泛的被使用，價格便宜。

（2）分布式數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）。SCADA系統(tǒng)一般由遠程控制模塊RTU、通信網(wǎng)絡(luò)及控制中心三部分組成。它有現(xiàn)場測控能力強的特點，又有信息資源系統(tǒng)共享的網(wǎng)絡(luò)通信能力。

（3）集散型分布式計算機控制系統(tǒng)（DOS）DOS系統(tǒng)是目前世界上流行的大規(guī)模控制系統(tǒng)，標準中線結(jié)構(gòu)。這個系統(tǒng)也分兩部分，上層是中心管理層，下層是現(xiàn)場控制也就是水閘控制。整個系統(tǒng)由中心站主機管理，主要是對水閘控制站進行自動控制、數(shù)據(jù)記錄保存、狀態(tài)報告、下達指令以及人機操作等。水閘控制站則采取分布式控制結(jié)構(gòu)，各站在主站控制下，分別由各自獨立的CPU終端管理，獨立完成本水閘的監(jiān)視、控制以及與主機的通訊等。DOS系統(tǒng)適合于測點較多測量精度高、測控速度快的場所，它的特點是分散控制和集中監(jiān)視，還有網(wǎng)絡(luò)通信能力、測控能力、運行可靠、易于擴展、組太方便、維護操作簡單。

2.3水閘自動控制系統(tǒng)的主要部件功能

2.3.1測量傳感部件。測量傳感部件的主要功能是把現(xiàn)場有關(guān)參數(shù)自動檢測，并將檢測結(jié)果傳到相關(guān)信息處理單元進行處理。在水閘自動控制系統(tǒng)中常用的測量傳感器件有閘位傳感器、水位傳感器以及對現(xiàn)場情況的測量，比如電壓和功率的測量、閘門越線的檢測、系統(tǒng)故障的檢測等。其中閘位傳感器是本系統(tǒng)中很重要的一個部件，傳感器的發(fā)展歷經(jīng)了三代，以下簡要介紹一些傳感器：

（1）結(jié)構(gòu)型傳感器

此類傳感器將反映被測量的機構(gòu)位移，壓力的變化等轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電氣量等變化，從而檢出北側(cè)信息。這種傳感器缺點是易擦損。

（2）物性型傳感器

這類傳感器永伴奧體、電解質(zhì)、磁鐵等材料，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電量變化，從而檢出被測信號，例如用光敏、聲敏、射線敏等原件制成的傳感器，物性型傳感器沒有可動部件具有密度高、體積小、重量輕的特點。

（3）智能型傳感器

這是一種以單片機為核心部件，具體檢測和處理信息功能的傳感器，有的還將信息檢測的驅(qū)動回路，和信息處理的外圍電路全部集成在傳感器內(nèi)的單片機上，這種傳感器可以自己診斷、遠距離通信，并且能夠調(diào)整零點和量程。

水閘的驅(qū)動一般采用電動機，它通過減速齒輪直接帶動水閘，或通過輪轂用鋼絲繩帶動水閘。因此，可直接測量水閘的位置，或通過鋼絲繩長度的變化來測量閘門的開度；通過水位計來測量上下游水位。傳感器是影響系統(tǒng)精確度和可靠性的關(guān)鍵原件。目前測量上下游水位和閘門開度所用的傳感器一般由三種：碼盤、多圈電位器、壓力傳感器。實踐證明，壓力傳感器用于短期測量還是可行的，它的主要問題是溫度效應(yīng)的補償及水生附著物對他的影響。上下游水位及閘門開度測量中，用的最多的是各種碼盤，由于它已經(jīng)將水位或機構(gòu)位移變換了成了數(shù)字量，故大大提高了抗干擾能力，有利于長距離傳輸，便于和微機鏈接。對一些特定碼制的碼盤，又可以利用其固有規(guī)律，通過微機的軟件來檢測各種錯誤，從而大大提高了數(shù)據(jù)的可信性，制造工藝水平的高低，是否及時和合理的維護是影響傳感器實用的主要問題。

2.3.2通信器。在水閘自動控制系統(tǒng)中，通信器是一個相當重要環(huán)節(jié)，它的可靠性、穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安危。

2.3.3現(xiàn)場控制單元。在水閘自動控制系統(tǒng)中，被控點的具有編程和運算能力的現(xiàn)場控制單元是很主要的一個配件，起著比較器、放大器、計算和控制等作用。RTU能定期或隨機采集測量傳感裝置的輸出數(shù)據(jù)并且進行計算，經(jīng)編碼后發(fā)到控制中心，同時也可以現(xiàn)場打印、顯示、儲存。RTU接收控制中心命令，提供數(shù)字輸出，完成對水閘的自動控制。

2.3.4執(zhí)行機構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)中帶動被控制對象按輸入信號規(guī)律運動的配件叫做系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它是系統(tǒng)中能將電力轉(zhuǎn)化成機械力的動力傳導裝置，多用的是繼電器、直流伺服電動機、交流電動機、步進電動機、電磁閥等。

3.機型選擇

傳統(tǒng)的微機控制水閘設(shè)備基本都是單板機，隨著微機技術(shù)人工智能技術(shù)的發(fā)展單板機已經(jīng)淡出了應(yīng)用市場，所以水閘自動控制系統(tǒng)不會再采用單板機這種可以說是“老掉牙”的技術(shù)了，采用人工智能芯片可以取代以前單板機的所有功能，價格并不昂貴，作為水文、灌區(qū)這樣的單位價格一點都不難接受。所以在機型選擇上就不介紹單板機機型了。

4.系統(tǒng)構(gòu)成

4.1硬件

硬件方面已經(jīng)說了目前不在采用單板機來控制了，而采用人工智能芯片完全取代過去的單板機的所有功能，而且價格不貴性能穩(wěn)定，也有停電保護裝置可以保證電閘的穩(wěn)定使用。

4.2 軟件

軟件方面大致由系統(tǒng)軟件和用戶軟件組成。編程語言是匯編語言，所實現(xiàn)的功能是（1）初始化程序（2）時鐘管理程序（3）顯示、打?。?）采樣處理（5）控制執(zhí)行。軟件要有如下的優(yōu)點（1）模塊化，易于修改調(diào)試（2）糾錯功能可以自動找回正確指令，避免誤操作（3）抗干擾，可以排除錯誤信息的干擾、

結(jié)語：

綜上所述，本文探討了探究灌區(qū)水閘的自動控制管理技術(shù)，目前的技術(shù)和以前相比有了很大提高，水閘的自動控制技術(shù)現(xiàn)在依賴人工智能系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對于灌區(qū)水閘的自動控制，其自動化程度也越來越高了。

參開文獻：

（1）陸立茂.節(jié)水灌溉技術(shù)實施中存在的問題[J].發(fā)展，2006

（2）楊朋林，趙成萍，施一潭，等.基于 PLC的閘門自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國測試技術(shù)，2006

（3）康紹忠，蔡煥章，馮紹元，等.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水的技術(shù)創(chuàng)新與未來研究重點[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2004

作者簡介：

李開軍（1973-），男，?？疲こ處?，從事水利工程建設(shè)管理工作。