閘門遠程自動控制系統在位山灌區的應用

張體剛，王愛蘋

(山東省聊城市位山灌區管理處，山東 聊城 252000)

位山灌區始建于1958年，1962年停灌，1970年復灌。渠首設計引水流量240 m3/s，控制聊城8個縣(市、區)85個鄉(鎮)的36 hm2耕地，形成了以2條輸沙渠、2片沉沙區和3條干渠為骨干工程的灌溉網絡體系，是黃河下游最大的引黃灌區。2003年位山灌區被水利部確定為全國大型灌區信息化建設試點單位。目前，灌區管理現代化與調度系統建設已全部完成，實現了水(雨)情自動采集測報、灌區無線網絡、無線視頻調度及部分閘門的遠程控制，初步實現了辦公自動化，灌區網站、基礎數據庫、實時數據庫等建設也已經完成。

二、三干渠節制閘是干渠的渠首閘。二干渠節制閘建于1960年10月，2孔，每孔寬度為6 m，設計流量為65 m3/s，啟閉設備為卷揚式。三干渠節制閘建于1960年10月，經多次改建形成了現在的5孔，每孔寬度為4 m，設計流量為80 m3/s，啟閉設備為10 t螺桿式。1970年灌區復灌以來，節制閘啟閉設施存在系統功能不全及老化等問題，不能適應灌區“高水位、大流量、速灌速停”灌水模式的實施。為此，灌區對兩座節制閘基礎設施進行了逐漸完善，安裝了閘門遠程自動控制系統。

1 閘門遠程自動控制系統概述

位山灌區閘門遠程自動控制系統實現了閘門遠程、自動啟閉，同時還保留原有現場手動啟閉方式。系統由中心控制部分和各基層管理單位控制部分組成，兩者通過無線網絡實現互連。各基層管理單位控制部分由現場ScadapackPLC控制柜、所內通訊控制箱組成。現場控制柜負責相應閘門的啟閉、閘位的測量顯示。所內通訊控制箱負責通訊和在自動狀態下控制閘門的啟閉。管理處中心控制部分通過工控機遠程控制各管理所的閘門，并顯示閘位和狀態量。閘門遠程自動控制示意系統如圖1。

2 控制柜電器控制及工作原理

閘門啟閉電機為三相異步電動機，并配有電機保護功能，有效實現了電機本身的短路、斷相、過載等非正常工況的保護，實現了閘門啟閉精確高度的控制和閘門上、下限水位的控制。當電機處于正轉狀態時，按反轉按鈕不能使電機反轉，必須先按停止按鈕，使電機停止后，再按反轉按鈕才行;反之也是如此，即要使電機從正轉轉為反轉或從反轉轉為正傳，中間必須經過停止狀態，這樣就不會由于按錯按鈕，使電機運轉方向突然改變而產生工作設備的損害。

ScadapackPLC可編程控制器有兩個 RS－232和一個 RS－485串口，其中一個 RS－232串口連接現場控制柜小觸屏，另一個 RS－232串口經 A620轉換成 RS－485，經由 TCF－142光纖收發器連接管理所觸屏箱，RS－485串口經由TCF－142光纖收發器連接管理所，通過無線網絡實現處機關的遠程控制。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行系統，進入干渠閘門自動化控制頁面，點擊系統登陸條框，彈出一個系統登陸菜單，在管理員口令中進行相應的確認。點擊相應的干渠閘門控制條框，進入閘門自動化控制界面。由于進 行了系統的登錄，此時的控制界面已被激活，并且在控制界面中會顯示閘室的溫度。如果沒有系統的登錄，控制界面是一個死面，是不可用的。在控制界面被激活的情況下，進行閘門調控，必須進行手動與自動的切換(一般默認情況下自動化操作系統處于手動功能的狀態)，如果在切換自動狀態后，沒有命令執行，閘門自動化控制系統又將會在30 s后自動切換到手動狀態。每孔閘門都有模擬閘門圖，上升、下降、停止按鈕，并且配有相應的指示;閘位數值框(顯示有0.00 m);閘門上、下限位指示燈(下限位設置為0.00 m，上限位依據實際情況而定)。點擊上升或下降按鈕，就可自動執行相應的命令，有指示燈發亮，模擬閘門按比例的大小有上或下的狀態，待達到調試要求時，點擊停止按鈕就完成了閘門自動啟閉的一個過程。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定框中直接鍵入閘門啟閉高度的數值，然后進行數值的確定，待閘門達到設定數值時就會自動停止;二是操作員可以直接點擊閘門界面中的上升(下降)按鈕，此時閘位數值框中會以1 cm的數字而變化，待閘門到達調度需要時，點擊相應的停止按鈕就可以自動完成整個操作。閘門自動化操作系統實現了閘門啟閉數值的精確程度，從而使灌區能夠更好地輸水和控制水量。

4 應用效果

4.1 保證了閘門的安全運行

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

4.2 提高了工作效率

就卷揚式閘門而言，一個提升的過程至少需要三個人輪番作業，在需用時間上更是不定。現在只需一個操作人員在室內利用微機幾分鐘就可以獨自完成全部工作，大大減輕了勞動量，解放了生產力，完全適應灌區“高水位、大流量、速灌速停”的輸水灌溉措施。

4.3 能準確達到閘門的開啟位置

比如:給你一個1.66 m的數字，操作員以往在執行的過程中只能憑目測去判斷、估計，得到的數字誤差往往較大，這就造成調配流量的指令不能得以具體實現，也給灌區的安全輸水工作帶來新的問題。現在操作人員可根據確定的閘位高度利用微機操作就能精確的將閘門高度自動提升到1.66 m，微機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，閘門提升精度達到99%。

4.4 給合理調配水量帶來了效益

系統的實施可將干渠水的有效利用系數提高5至10個百分點，年節水達3 000余萬 m3，避免了調配流量的忽大忽小，對有效控水、節約用水、科學管水都有極其重要的作用。

［1］邵杰，劉萍.單片機與調制解調器接口通訊.雷達與對抗.1998.2.

［2］周建國，曹炬，姚金斌.單片機與 PC機實現電動閘門控制系統設計.計算機自動測量與控制.2001.9.