閘門遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)在位山灌區(qū)的應(yīng)用

張?bào)w剛，王愛蘋

(山東省聊城市位山灌區(qū)管理處，山東 聊城 252000)

位山灌區(qū)始建于1958年，1962年停灌，1970年復(fù)灌。渠首設(shè)計(jì)引水流量240 m3/s，控制聊城8個(gè)縣(市、區(qū))85個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的36 hm2耕地，形成了以2條輸沙渠、2片沉沙區(qū)和3條干渠為骨干工程的灌溉網(wǎng)絡(luò)體系，是黃河下游最大的引黃灌區(qū)。2003年位山灌區(qū)被水利部確定為全國大型灌區(qū)信息化建設(shè)試點(diǎn)單位。目前，灌區(qū)管理現(xiàn)代化與調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)已全部完成，實(shí)現(xiàn)了水(雨)情自動(dòng)采集測報(bào)、灌區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)、無線視頻調(diào)度及部分閘門的遠(yuǎn)程控制，初步實(shí)現(xiàn)了辦公自動(dòng)化，灌區(qū)網(wǎng)站、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等建設(shè)也已經(jīng)完成。

二、三干渠節(jié)制閘是干渠的渠首閘。二干渠節(jié)制閘建于1960年10月，2孔，每孔寬度為6 m，設(shè)計(jì)流量為65 m3/s，啟閉設(shè)備為卷揚(yáng)式。三干渠節(jié)制閘建于1960年10月，經(jīng)多次改建形成了現(xiàn)在的5孔，每孔寬度為4 m，設(shè)計(jì)流量為80 m3/s，啟閉設(shè)備為10 t螺桿式。1970年灌區(qū)復(fù)灌以來，節(jié)制閘啟閉設(shè)施存在系統(tǒng)功能不全及老化等問題，不能適應(yīng)灌區(qū)“高水位、大流量、速灌速?！惫嗨Ｊ降膶?shí)施。為此，灌區(qū)對兩座節(jié)制閘基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了逐漸完善，安裝了閘門遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 閘門遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

位山灌區(qū)閘門遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閘門遠(yuǎn)程、自動(dòng)啟閉，同時(shí)還保留原有現(xiàn)場手動(dòng)啟閉方式。系統(tǒng)由中心控制部分和各基層管理單位控制部分組成，兩者通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連。各基層管理單位控制部分由現(xiàn)場ScadapackPLC控制柜、所內(nèi)通訊控制箱組成。現(xiàn)場控制柜負(fù)責(zé)相應(yīng)閘門的啟閉、閘位的測量顯示。所內(nèi)通訊控制箱負(fù)責(zé)通訊和在自動(dòng)狀態(tài)下控制閘門的啟閉。管理處中心控制部分通過工控機(jī)遠(yuǎn)程控制各管理所的閘門，并顯示閘位和狀態(tài)量。閘門遠(yuǎn)程自動(dòng)控制示意系統(tǒng)如圖1。

2 控制柜電器控制及工作原理

閘門啟閉電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，并配有電機(jī)保護(hù)功能，有效實(shí)現(xiàn)了電機(jī)本身的短路、斷相、過載等非正常工況的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了閘門啟閉精確高度的控制和閘門上、下限水位的控制。當(dāng)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，按反轉(zhuǎn)按鈕不能使電機(jī)反轉(zhuǎn)，必須先按停止按鈕，使電機(jī)停止后，再按反轉(zhuǎn)按鈕才行;反之也是如此，即要使電機(jī)從正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)或從反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為正傳，中間必須經(jīng)過停止?fàn)顟B(tài)，這樣就不會(huì)由于按錯(cuò)按鈕，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向突然改變而產(chǎn)生工作設(shè)備的損害。

ScadapackPLC可編程控制器有兩個(gè) RS－232和一個(gè) RS－485串口，其中一個(gè) RS－232串口連接現(xiàn)場控制柜小觸屏，另一個(gè) RS－232串口經(jīng) A620轉(zhuǎn)換成 RS－485，經(jīng)由 TCF－142光纖收發(fā)器連接管理所觸屏箱，RS－485串口經(jīng)由TCF－142光纖收發(fā)器連接管理所，通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)處機(jī)關(guān)的遠(yuǎn)程控制。閘房控制柜工作原理如圖2。

圖2 閘房控制柜工作原理

3 軟件操作

直接在電腦中操作閘門運(yùn)行系統(tǒng)，進(jìn)入干渠閘門自動(dòng)化控制頁面，點(diǎn)擊系統(tǒng)登陸條框，彈出一個(gè)系統(tǒng)登陸菜單，在管理員口令中進(jìn)行相應(yīng)的確認(rèn)。點(diǎn)擊相應(yīng)的干渠閘門控制條框，進(jìn)入閘門自動(dòng)化控制界面。由于進(jìn) 行了系統(tǒng)的登錄，此時(shí)的控制界面已被激活，并且在控制界面中會(huì)顯示閘室的溫度。如果沒有系統(tǒng)的登錄，控制界面是一個(gè)死面，是不可用的。在控制界面被激活的情況下，進(jìn)行閘門調(diào)控，必須進(jìn)行手動(dòng)與自動(dòng)的切換(一般默認(rèn)情況下自動(dòng)化操作系統(tǒng)處于手動(dòng)功能的狀態(tài))，如果在切換自動(dòng)狀態(tài)后，沒有命令執(zhí)行，閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)又將會(huì)在30 s后自動(dòng)切換到手動(dòng)狀態(tài)。每孔閘門都有模擬閘門圖，上升、下降、停止按鈕，并且配有相應(yīng)的指示;閘位數(shù)值框(顯示有0.00 m);閘門上、下限位指示燈(下限位設(shè)置為0.00 m，上限位依據(jù)實(shí)際情況而定)。點(diǎn)擊上升或下降按鈕，就可自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的命令，有指示燈發(fā)亮，模擬閘門按比例的大小有上或下的狀態(tài)，待達(dá)到調(diào)試要求時(shí)，點(diǎn)擊停止按鈕就完成了閘門自動(dòng)啟閉的一個(gè)過程。閘門啟閉高度通過超聲波變送器來完成，它的高度確定有兩種方法:一是操作員可以在閘位設(shè)定框中直接鍵入閘門啟閉高度的數(shù)值，然后進(jìn)行數(shù)值的確定，待閘門達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)就會(huì)自動(dòng)停止;二是操作員可以直接點(diǎn)擊閘門界面中的上升(下降)按鈕，此時(shí)閘位數(shù)值框中會(huì)以1 cm的數(shù)字而變化，待閘門到達(dá)調(diào)度需要時(shí)，點(diǎn)擊相應(yīng)的停止按鈕就可以自動(dòng)完成整個(gè)操作。閘門自動(dòng)化操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閘門啟閉數(shù)值的精確程度，從而使灌區(qū)能夠更好地輸水和控制水量。

4 應(yīng)用效果

4.1 保證了閘門的安全運(yùn)行

以往工作人員在操作過程中最擔(dān)心的事情就是啟閉機(jī)被頂起，其情景使人懼怕，閘門啟閉設(shè)備不能正常使用所帶來的后果更是使人煩惱，該關(guān)的閘門關(guān)不上，該提升的閘門提不起來，給灌區(qū)的輸水工作帶來嚴(yán)重問題。自動(dòng)化的使用配有電機(jī)保護(hù)功能和閘門上、下限位開關(guān)的設(shè)置，其安全的可靠性達(dá)100%。

4.2 提高了工作效率

就卷揚(yáng)式閘門而言，一個(gè)提升的過程至少需要三個(gè)人輪番作業(yè)，在需用時(shí)間上更是不定?，F(xiàn)在只需一個(gè)操作人員在室內(nèi)利用微機(jī)幾分鐘就可以獨(dú)自完成全部工作，大大減輕了勞動(dòng)量，解放了生產(chǎn)力，完全適應(yīng)灌區(qū)“高水位、大流量、速灌速?！钡妮斔喔却胧?。

4.3 能準(zhǔn)確達(dá)到閘門的開啟位置

比如:給你一個(gè)1.66 m的數(shù)字，操作員以往在執(zhí)行的過程中只能憑目測去判斷、估計(jì)，得到的數(shù)字誤差往往較大，這就造成調(diào)配流量的指令不能得以具體實(shí)現(xiàn)，也給灌區(qū)的安全輸水工作帶來新的問題。現(xiàn)在操作人員可根據(jù)確定的閘位高度利用微機(jī)操作就能精確的將閘門高度自動(dòng)提升到1.66 m，微機(jī)顯示屏和控制柜觸摸屏上同步顯示閘門高度使人一目了然，閘門提升精度達(dá)到99%。

4.4 給合理調(diào)配水量帶來了效益

系統(tǒng)的實(shí)施可將干渠水的有效利用系數(shù)提高5至10個(gè)百分點(diǎn)，年節(jié)水達(dá)3 000余萬 m3，避免了調(diào)配流量的忽大忽小，對有效控水、節(jié)約用水、科學(xué)管水都有極其重要的作用。

［1］邵杰，劉萍.單片機(jī)與調(diào)制解調(diào)器接口通訊.雷達(dá)與對抗.1998.2.

［2］周建國，曹炬，姚金斌.單片機(jī)與 PC機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閘門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)自動(dòng)測量與控制.2001.9.