索塞渠首除險(xiǎn)加固工程自動化控制設(shè)計(jì)淺析

晏峻峰（喀什地區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)院　新疆　喀什　844000）

索塞渠首除險(xiǎn)加固工程自動化控制設(shè)計(jì)淺析

晏峻峰
（喀什地區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)院新疆喀什844000）

水利工程運(yùn)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(yùn)行的實(shí)際狀況，以索塞渠首除險(xiǎn)加固工程為例，對該工程自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，在本次自動化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過程中，文章從除險(xiǎn)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(xiàng)出發(fā)，探討了索塞渠首除險(xiǎn)加固工程自動化控制設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以供類似工程設(shè)計(jì)人員參考和借鑒。

除險(xiǎn)加固；自動化系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；監(jiān)控

1　工程概況

索塞渠首除險(xiǎn)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(xiǎn)加固工程建于1990年，由攔河橡膠壩和恰鐵干渠進(jìn)水閘兩部分組成。其中，攔河壩設(shè)計(jì)流量60m3/s，校核流量80m3/s，恰鐵干渠進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量25m3/s。目前，攔河橡膠壩和恰鐵干渠進(jìn)水閘主體破壞嚴(yán)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(shí)施方案》，阿其克河口至索塞渠首除險(xiǎn)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(xiǎn)加固工程50年一遇洪水流量將達(dá)到222m3/s。現(xiàn)有的對塔河進(jìn)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(jìn)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(xiǎn)加固工程自動化設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原則

針對水利工程運(yùn)行環(huán)境惡劣、可靠性要求高、自動化功能要求先進(jìn)的實(shí)際情況，本自動化系統(tǒng)方案在設(shè)計(jì)時嚴(yán)格遵循并落實(shí)了以下基本原則：

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

（2）技術(shù)先進(jìn)性、系統(tǒng)開放性；

結(jié)合本工程自動化控制設(shè)計(jì)的立場、整體原則與實(shí)際情況的要求，先進(jìn)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(zhǔn)確性與可用性，自動化監(jiān)控系統(tǒng)必須提供實(shí)時、快速、可靠的數(shù)據(jù)資料，同時結(jié)合實(shí)際情況的變化和用戶的需要進(jìn)行擴(kuò)充與升級更新，在此過程中充分體現(xiàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性、開放性與兼容性的優(yōu)勢。

②系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循開放性標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)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(luò)協(xié)議全部基于TCP/IP。

③自動化系統(tǒng)能夠達(dá)到“無人值班、無人值守”的運(yùn)行狀態(tài)，即調(diào)度人員在遠(yuǎn)方就能夠?qū)崿F(xiàn)對閘門運(yùn)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(dú)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(wù)的，而不是為了自動化而自動化，它可以為管理工作提供實(shí)時、有效、真實(shí)的數(shù)據(jù)及運(yùn)行工況，以便管理層做出正確、科學(xué)合理的決策。

（3）良好的兼容性

自動化系統(tǒng)應(yīng)具有良好兼容性，以便于用戶業(yè)務(wù)增長時擴(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模，保護(hù)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(shí)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(yīng)可達(dá)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(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測和監(jiān)視功能。

2.2設(shè)計(jì)目的

索塞渠首自動化系統(tǒng)的建設(shè)是為實(shí)現(xiàn)對渠首1孔進(jìn)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(shè)內(nèi)容包括建設(shè)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(shè)計(jì)的最終目的是要實(shí)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(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)組成

按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)和信息的共享和融合，為河道渠首遠(yuǎn)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(shè)在各個管理站的中控室，各管理站的主要設(shè)備包括工控機(jī)、CRT彩顯、打印機(jī)等外置設(shè)備、鍵盤鼠標(biāo)等輸入設(shè)備、UPS電源、顯示屏等，中控室主控級設(shè)備設(shè)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(fù)責(zé)水庫調(diào)度自動化運(yùn)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(zhǔn)確、實(shí)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(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，分析變化規(guī)律，為防洪分水提供更準(zhǔn)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(jìn)行視頻監(jiān)控，從而直觀的反應(yīng)河道水位及情況。

（3）系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)

①先進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該自動化系統(tǒng)采用全分布實(shí)時數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序、通信接口等必須遵循相應(yīng)的開放標(biāo)準(zhǔn)，可與不同廠家同一型號的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)兼容。軟件平臺化設(shè)計(jì)可提供較強(qiáng)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序擴(kuò)展接口（API函數(shù)），歷史數(shù)據(jù)庫遵循SQL標(biāo)準(zhǔn)，方便二次開發(fā)和功能拓展。用戶也可以在建設(shè)初期選擇較小配置，隨著業(yè)務(wù)的增長在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上逐步提高。

②一體化設(shè)計(jì)

SCADA系統(tǒng)與各系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，無縫連接，完成信息交換、報(bào)警聯(lián)動等功能，真正實(shí)現(xiàn)“遙測、遙信、遙調(diào)、遙視”，為實(shí)現(xiàn)水庫運(yùn)行生產(chǎn)“無人值班、無人或少人值守”、減員增效等目標(biāo)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?yàn)槠涫且环N將計(jì)算機(jī)數(shù)字視頻壓縮與傳輸技術(shù)有機(jī)結(jié)合并應(yīng)用于圖像監(jiān)控領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品與技術(shù)，同時，計(jì)算機(jī)還可以接收到各種水情預(yù)警信息，并且按照預(yù)先編制好的程序自動執(zhí)行報(bào)警聯(lián)動等相關(guān)的操作，是一項(xiàng)比較智能、高端和先進(jìn)的技術(shù)。

其次，通過對其進(jìn)行智能化的管理，監(jiān)控系統(tǒng)因而具有了更為合理的報(bào)警布局，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會有條不紊的進(jìn)行各項(xiàng)事先設(shè)計(jì)好的安全預(yù)防工作，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)時捕捉、視頻報(bào)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(kuò)展功能

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

總之，該系統(tǒng)能夠?yàn)樗块T實(shí)現(xiàn)水庫調(diào)度工程的全面監(jiān)測和快速控制，提高科學(xué)管理水平和勞動生產(chǎn)率，從而為水利工程的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)、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(xiǎn)加固工程為研究對象，從設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)目標(biāo)和總體設(shè)計(jì)方案三個方面系統(tǒng)描述了自動化控制設(shè)計(jì)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(jìn)性和一體性的特點(diǎn)，具有強(qiáng)大的二次開發(fā)功能與兼容能力，可實(shí)現(xiàn)水情自動監(jiān)測預(yù)報(bào)功能、水質(zhì)自動監(jiān)測預(yù)報(bào)功能等擴(kuò)展功能。系統(tǒng)的建成能夠?yàn)樗块T實(shí)現(xiàn)對工程的實(shí)施監(jiān)控和遠(yuǎn)程決策，提高管理效率，節(jié)約財(cái)力物力，同時也可為類似工程設(shè)計(jì)人員提供參考和借鑒。陜西水利

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（責(zé)任編輯：唐紅云）

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