自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在石頭河水庫(kù)東干渠系中的應(yīng)用

屈萬(wàn)林

（陜西省石頭河水庫(kù)灌溉管理局 陜西 楊凌 712100）

陜西省石頭河水庫(kù)東干渠肩負(fù)石頭河眉縣灌區(qū)的灌溉和向西安、咸陽(yáng)等城市供水的任務(wù)。石頭河灌區(qū)信息化建設(shè)工程作為水利部確定的第二批國(guó)家大型灌區(qū)信息化建設(shè)試點(diǎn)工程之一，從2007年起全面開展灌區(qū)信息化建設(shè)工作，石頭河?xùn)|干渠作為重要的控制對(duì)象，如何有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)其監(jiān)測(cè)控制，設(shè)計(jì)、工程管理、技術(shù)人員進(jìn)行了反復(fù)的探討?，F(xiàn)對(duì)石頭河灌區(qū)東干渠自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用做以介紹。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

石頭河?xùn)|干渠系自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是陜西省石頭河水庫(kù)灌區(qū)信息化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。東干渠監(jiān)測(cè)控制站距中心站和分中心站較遠(yuǎn)，干支渠和斗渠測(cè)站無(wú)人值守。具體考慮：所有監(jiān)測(cè)控制站均為無(wú)人值守站，應(yīng)滿足全天候工作的要求；各監(jiān)測(cè)控制站應(yīng)具備自檢能力，并對(duì)電源電壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制；具備就地交流供電的能力，并具有可靠的防雷措施；設(shè)備選型以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、性能先進(jìn)、可靠性高、省電等要求作為主要性能指標(biāo)，以定型、完全模塊化及運(yùn)行性能良好的設(shè)備為首選；系統(tǒng)建設(shè)能夠代表目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展水平，具有技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、簡(jiǎn)單實(shí)用、長(zhǎng)期運(yùn)行安全可靠、高性能價(jià)格比等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)應(yīng)具備的功能

系統(tǒng)主要考慮具備：①信息采集功能；②閘門自動(dòng)控制功能（包括現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)程控制兩種方式，現(xiàn)地控制單元必須具有閘門手動(dòng)控制功能）；③流量監(jiān)測(cè)功能（東干渠內(nèi)18個(gè)遠(yuǎn)程流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)）；④實(shí)現(xiàn)營(yíng)頭分中心與監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)之間的雙向數(shù)據(jù)通信；⑤數(shù)據(jù)庫(kù)管理、綜合查詢、報(bào)表制作、圖形顯示功能；⑥與中心站和其他分中心站之間的數(shù)據(jù)交換功能。

3 系統(tǒng)的組成

石頭河?xùn)|干渠自動(dòng)化系統(tǒng)由營(yíng)頭分中心、閘門控制單元（27處27個(gè)單元）、流量測(cè)量單元（18處18個(gè)單元）和通信網(wǎng)絡(luò)組成。

3.1 營(yíng)頭分中心

營(yíng)頭分中心設(shè)在營(yíng)頭（西安供水管理處的所在地），是石頭河灌區(qū)信息的二級(jí)集散地，具有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理及維護(hù)、東干渠配水及西安供水管理、管理東干渠工程項(xiàng)目、閘門遠(yuǎn)程控制、水位流量監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、綜合查詢、報(bào)表制作、圖形顯示、與中心站、分中心站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等功能。硬件設(shè)備組成見圖1所示。

3.2 閘門控制單元

石頭河?xùn)|干渠系閘門控制自動(dòng)化系統(tǒng)的控制對(duì)象是東干渠的所有閘門。由于東干渠各級(jí)閘門相互關(guān)聯(lián)性較弱，所以自動(dòng)控制系統(tǒng)除事故退水閘外均采用現(xiàn)地自動(dòng)控制方式。閘門控制系統(tǒng)由27個(gè)控制站點(diǎn)和營(yíng)頭中心站組成。

閘門控制中心站的集中監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過現(xiàn)場(chǎng)通信總線，完成對(duì)各閘門的安全監(jiān)視和操作控制。同時(shí)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，包括畫面顯示、歷史數(shù)據(jù)存檔、檢索、運(yùn)行報(bào)表生成與打印，對(duì)外通信管理等。其主要實(shí)現(xiàn)：①數(shù)據(jù)采集和處理功能：上位機(jī)發(fā)出采集命令，通過現(xiàn)地控制單元采集上送;②閘門控制功能：操作人員在中心站通過集中監(jiān)控系統(tǒng)的顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等，能對(duì)各個(gè)閘門進(jìn)行升、降、停及緊急停機(jī)等操作;③運(yùn)行監(jiān)視功能：顯示打印監(jiān)視狀態(tài)，指示故障燈、設(shè)置開關(guān)、行程顯示及聲光報(bào)警裝置。既能接受上位機(jī)的命令，又能在現(xiàn)地實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的控制操作。主要具有：①數(shù)據(jù)采集和處理功能:啟閉機(jī)運(yùn)行荷載的數(shù)據(jù)量采集，各個(gè)閘門的極限位置，閘門上升或下降接觸器狀態(tài)，軟啟動(dòng)器運(yùn)行狀態(tài)，閘門啟閉機(jī)保護(hù)裝置狀態(tài)，動(dòng)力電源、控制電源狀態(tài)，有關(guān)升、降、停等的操作狀態(tài)的開關(guān)量采集，閘門啟閉機(jī)電源電壓、電流，壩前、壩后水位，閘門前、后水位等模擬量采集；②實(shí)時(shí)控制操作功能：現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)能根據(jù)現(xiàn)地控制單元的信號(hào)指示、閘門行程顯示、按鈕及開關(guān)等，對(duì)閘門進(jìn)行開度設(shè)置和升、降、停及緊急停機(jī)等操作控制，現(xiàn)地控制單元可通過現(xiàn)場(chǎng)總線接受主控機(jī)的命令，自動(dòng)完成閘門的升、降、停及緊急停機(jī)等操作，控制優(yōu)先級(jí)為現(xiàn)地操作高于遠(yuǎn)程操作；③信號(hào)顯示功能：在現(xiàn)地控制臺(tái)上設(shè)置閘門運(yùn)行狀態(tài)、啟閉機(jī)電氣過載、機(jī)械過載、故障及有關(guān)操作電源等信號(hào)燈，直觀的反映閘門的各種情況；④通信功能：現(xiàn)地控制單元可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線與上位機(jī)進(jìn)行通信，接受控制命令、傳遞采集參數(shù)。

圖1 營(yíng)頭分中心站硬件設(shè)備組成框圖

硬件設(shè)備組成如圖2所示。

3.3 流量測(cè)量單元

石頭河?xùn)|干渠系自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共有流量測(cè)量單元18座，主要用來(lái)測(cè)量東干渠內(nèi)各流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流量，從而計(jì)算干渠的總流量。其應(yīng)具有：①主要設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置功能：如系統(tǒng)時(shí)間、測(cè)量周期、系統(tǒng)站號(hào)等；②通訊網(wǎng)絡(luò)支持功能：支持GPRS無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，SMS短消息功能，超短波通信功能，485通信方式；③具有現(xiàn)地測(cè)量功能，也可設(shè)置為遠(yuǎn)程測(cè)量傳輸；④數(shù)據(jù)處理功能，根據(jù)測(cè)量原理自動(dòng)計(jì)算流量。主要硬件設(shè)備組成如圖3所示。

3.4 數(shù)據(jù)通訊單元

數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)遵循原則：①滿足實(shí)時(shí)可靠、準(zhǔn)確、方便地傳輸所有監(jiān)測(cè)、控制命令數(shù)據(jù)的要求；②通信電路質(zhì)量應(yīng)保證在99%的時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率不大于10～4；③通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足在測(cè)站位置原則上不變的前提下，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；④通信設(shè)備應(yīng)選用技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，質(zhì)量較高的產(chǎn)品。

目前，我國(guó)灌區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方式主要有：超短波、衛(wèi)星、GSM短信（SMS）、GPRS四種。通過比較分析，結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際情況來(lái)看：衛(wèi)星通訊雖優(yōu)點(diǎn)多，但運(yùn)行成本相對(duì)較高；超短波通信雖運(yùn)行費(fèi)低廉，但受地理環(huán)境影響可靠性較差；GSM運(yùn)行費(fèi)較超短波稍高，可靠性大大提高，但只適合小范圍較小數(shù)據(jù)流量的使用；GPRS運(yùn)行費(fèi)和GSM基本相等，運(yùn)行可靠性較高，適合于大范圍應(yīng)用?，F(xiàn)地單元與營(yíng)頭分中心之間通訊采用東干渠敷設(shè)的光纜。營(yíng)頭分中心與管理局中心站采用無(wú)線擴(kuò)頻做主訊道，以GPRS通訊方式作為系統(tǒng)備用通訊通道。

4 結(jié)語(yǔ)

石頭河灌區(qū)信息化建設(shè)是以信息化推進(jìn)灌區(qū)現(xiàn)代化的積極實(shí)踐。東干渠系自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，提升了渠系站點(diǎn)的管理水平，減輕了固定巡護(hù)站點(diǎn)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為水量調(diào)度提供了全面的水情信息支持，提高了渠系配水的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，對(duì)石頭河灌區(qū)信息化工作的全面開展產(chǎn)生了積極地促進(jìn)作用。陜西水利