淺談大型灌區(qū)渠道閘門一體化測控系統(tǒng)設(shè)計

趙海亮

（甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅景泰730400）

我國灌區(qū)水資源利用率比較低，為了高效利用水資源，不僅需要發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，同時需要提高灌區(qū)水資源管理效率，優(yōu)化配置灌區(qū)水資源。大型灌區(qū)涉及復(fù)雜的渠系系統(tǒng)，引水量也非常大，增加了灌區(qū)水資源的管理難度。我國很多灌區(qū)主要是利用人工模式，無法保障灌區(qū)水量測量精度，無法及時共享相關(guān)數(shù)據(jù)，因此需要提高灌區(qū)水利信息化水平，加強灌區(qū)管理工作。在大型灌區(qū)中，渠道閘門負責(zé)調(diào)節(jié)和控制水情，因為大型灌區(qū)渠系具有復(fù)雜的渠道，需要提高渠道閘門的信息化，利用一體化測控系統(tǒng)，實時調(diào)控灌區(qū)水量，提升大型灌區(qū)水資源管理水平。

1 大型灌區(qū)渠道閘門一體化測控系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 構(gòu)成

在大型灌區(qū)中利用渠道閘門一體化測控系統(tǒng)，可以精確計量水量，實現(xiàn)安全監(jiān)控工作，提高信息化水平，綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、計算機、防盜技術(shù)等，配套開發(fā)管理軟件，可以自動控制閘門閘位和水位。渠道閘門一體化測控系統(tǒng)主要包括現(xiàn)地測控一體化設(shè)備、通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心等，其中現(xiàn)地測控一體化設(shè)備包括啟閉機、供電系統(tǒng)、超聲波遙測水位計等；通信系統(tǒng)主要包括現(xiàn)地系統(tǒng)和遠程通信，在遠程通信過程中需要利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控中心包括路由器和交換機以及計算機等[1]。

1.2 工作原理

大型灌區(qū)利用渠道閘門一體化測控系統(tǒng)的現(xiàn)地測控一體化設(shè)備，工作人員用超聲波遙測水位計，可以確定渠道內(nèi)部水位，利用啟閉機可以調(diào)控閘門，控制渠道內(nèi)部的流量。對比流量要求和水位計測量結(jié)果，如果二者存在差異性，監(jiān)控中心會提出指令，利用啟閉機調(diào)節(jié)閘門開合度，改變渠道流量之后，水位計會及時反饋測量的流量，調(diào)節(jié)閘位到預(yù)定值，如果系統(tǒng)流量保持穩(wěn)定，即可完成調(diào)節(jié)工作。當(dāng)誤差不滿足工作要求時驅(qū)動層可以根據(jù)反饋值調(diào)節(jié)閘門，滿足整體工作要求。調(diào)節(jié)閘門達到穩(wěn)定的流量后，可以加快響應(yīng)系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定之后，可以記錄閘位和流量的變化，推算預(yù)期值，確保誤差和調(diào)節(jié)時間二者呈反比關(guān)系。

1.3 效益

利用渠道閘門一體化測控系統(tǒng)，可以遠程監(jiān)控大型灌區(qū)，提高渠道系統(tǒng)的信息化，同時可以提取實時數(shù)據(jù)，建立檢測報告，改善管理方式，保障供水的安全性，實現(xiàn)防洪防汛的目標(biāo)。利用渠道閘門一體化測控系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能化調(diào)節(jié)閘門，快速穩(wěn)定數(shù)位異常的波動，保障渠道運行狀態(tài)，避免浪費水資源，解決傳統(tǒng)系統(tǒng)中存在的問題。渠道閘門和流量計無須外接電源，利用太陽能驅(qū)動，降低工程污染，達到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。渠道閘門一體化測控系統(tǒng)具有較高的集成性，可以簡化工程施工，滿足工程安裝要求，稍微改造原有建筑物結(jié)構(gòu)即可完成安裝工作。系統(tǒng)流量計量精度較高，可以保障水權(quán)分配和水費計收的合理性，提升供水服務(wù)的公正性。利用精確計算，可以確定泄漏和滲漏等問題，根據(jù)渠道流失情況，提出針對性的修補措施。合理分配水資源，根據(jù)大型灌區(qū)用水需求落實配水工作。

2 渠道閘門一體化測控系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 現(xiàn)場設(shè)備設(shè)計

在閘門位置設(shè)置傳感器，提供閘門調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，利用機械編碼器轉(zhuǎn)換閘門位移為電信號，利用齒盤連接閘位傳感器和絲杠，絲杠帶動傳感器轉(zhuǎn)動。測量渠道流量的過程中利用超聲波遙測水位計，核心控制儀表包括單片機和模塊等，利用計算機和軟件技術(shù)，建立渠道量水模型，單片機負責(zé)采集水位閘的信號，利用低功耗運行模式，降低渠道閘門一體化測控系統(tǒng)耗電量，斷開外界電源之后，維護工作的穩(wěn)定性[2]。

利用DC-DC電源電壓技術(shù)，對于不同電源使用單元完成分級供電，利用太陽能供電系統(tǒng)。在現(xiàn)場加強安全防護和設(shè)備保護工作，維護渠道閘門一體化測控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，降低維護工作的投入。針對系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備需要利用不同的安全防護措施，維護閘門安全運行。

利用電動機過載波保護，避免因為電流較大燒毀閘門啟閉機。利用限位保護方式，保障閘門啟閉機始終在工作范圍內(nèi)運行。利用過力矩保護方式，維護閘門運行的穩(wěn)定性，避免因為受力過大損害閘門硬件設(shè)備。通過過電保護工作，實時監(jiān)測電動機電壓，如果電壓超過了工作范圍，系統(tǒng)可以自動切斷電源，維護電動機運行的穩(wěn)定性。加強保護主機設(shè)備，設(shè)置野外保護罩，在防盜門上安裝防盜鎖，有效保護整體設(shè)備[3]。

2.2 通信系統(tǒng)設(shè)計

在渠道閘門一體化測控系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)負責(zé)傳輸指令數(shù)據(jù)，因為大型灌區(qū)情況比較復(fù)雜，零散分布著各個閘門監(jiān)控點，再加上有線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此在系統(tǒng)中需要利用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，可以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性。

渠道閘門一體化測控系統(tǒng)包括現(xiàn)地通信系統(tǒng)和遠程通信系統(tǒng)，工作人員利用手持移動設(shè)備和現(xiàn)地通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，可以合理設(shè)定和校準(zhǔn)參數(shù)。利用GPRS通信方式，可以遙測水位、流量、閘位等[4]。

3 渠道閘門一體化測控系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 分層設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)

設(shè)計自動化采集控制層：利用CRBS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信工作，利用TCP協(xié)議實現(xiàn)可靠的傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)計數(shù)據(jù)存儲層：利用關(guān)系數(shù)據(jù)，建立關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)表，連接渠系數(shù)據(jù)和閘門設(shè)備數(shù)據(jù)，存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，為日后數(shù)據(jù)查詢提供便利。設(shè)計數(shù)據(jù)服務(wù)層：交互各層數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)層轉(zhuǎn)化各層數(shù)據(jù)為統(tǒng)一的形式。設(shè)計應(yīng)用層：建立人機交互界面，向最終用戶展現(xiàn)出多種形式的數(shù)據(jù)，用戶利用瀏覽器閱覽數(shù)據(jù)。

3.2 設(shè)計系統(tǒng)功能模塊

設(shè)計渠系數(shù)據(jù)整編模塊：利用人工方式錄入行管信息，確定渠系特征，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)，保障數(shù)據(jù)處理效果。設(shè)計閘門運行管理模塊：根據(jù)工程建筑結(jié)構(gòu)圖和電氣圖等落實現(xiàn)場模擬和監(jiān)視，可視化的展示溫度量和電氣量等信息。設(shè)計調(diào)度執(zhí)行模塊：監(jiān)視人員需要根據(jù)調(diào)度指令，及時啟閉閘門，同時可以查詢歷史調(diào)度指令的執(zhí)行過程，為事故分析提供可靠的資料[5]。

4 結(jié)束語

大型灌區(qū)的渠道系統(tǒng)非常復(fù)雜，在大型灌區(qū)落實渠道閘門一體化測控系統(tǒng)，可以自動控制閘門，智能化計算流量，提升計量精度，利用不同模式自動調(diào)節(jié)閘門流量，提升流量監(jiān)控精度，均衡調(diào)節(jié)渠道水量，進一步提升大型灌區(qū)渠道管理水平，實時精確掌握水情信息，共享相關(guān)數(shù)據(jù)信息，建立資源管理數(shù)據(jù)庫，充分發(fā)揮出自動化技術(shù)的作用，提升大型灌區(qū)建設(shè)水平。