中小型排灌站自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

田作佳

中小型排灌站自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

田作佳

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院 遼寧沈陽 110003）

從中小型排灌站自動化監(jiān)控實際需求出發(fā)，借助當(dāng)前先進的自動控制技術(shù)，整合現(xiàn)有資源,針對泵站電機組自動監(jiān)控、閘門自動控制、視頻監(jiān)視系統(tǒng)功能實現(xiàn)和安全防護等環(huán)節(jié)，進行分層、分步、模塊化設(shè)計，構(gòu)建經(jīng)濟實用的中小型排灌站自動實時監(jiān)控系統(tǒng)。

中小型排灌站 自動化與信息化 監(jiān)控 組態(tài)

引言

近年來，隨著我國水利自動化與信息化的快速發(fā)展，中小型排灌站自動監(jiān)控系統(tǒng)改造也顯得日益緊迫。改善中小型排灌站設(shè)備的自動化程度，提高排灌站管理水平，使排灌站安全穩(wěn)定運行，為當(dāng)?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)安全提供可靠保障，已是當(dāng)務(wù)之急。而中小型排灌站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其自動化程度沒有具體的明文規(guī)定，受到國家投入資金的限制。本文以遼寧省海城市中小型排灌站—下坎自排灌站為例，從中小型排灌站監(jiān)控具體需求出發(fā)進行系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。

1 工程現(xiàn)狀及需求分析

下坎自排灌站位于海城市西部，是海城市主要的水利樞紐之一，其以灌溉為主，兼顧防洪排澇等。主體結(jié)構(gòu)由外河及其河閘、泵房（水輪機組、壓力箱等）、前置河及其河閘和渠首等4部分組成。外河河閘、水泵電機組，前置河河閘均為人工控制，其設(shè)備運行參數(shù)完全靠人工觀測的方法進行或不進行監(jiān)測；設(shè)備運行狀態(tài)的預(yù)測性不高，設(shè)備出現(xiàn)故障時，采取相應(yīng)措施的實時性差；不符合水利工程的現(xiàn)代化要求。

下坎自排灌站改造工程是糧食產(chǎn)區(qū)實施的富民工程。自動化系統(tǒng)的實施，將使西部沿河水稻主產(chǎn)區(qū)畝降低成本40多元。在東北振興，農(nóng)村水利高速發(fā)展的關(guān)頭，提高排灌站的管理現(xiàn)代化水平，具有重大的現(xiàn)實意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計與功能實現(xiàn)22

結(jié)合排灌站的實際情況，采用國際先進、成熟的技術(shù)和設(shè)備，以模塊化開放式的結(jié)構(gòu)，形成以計算機為核心的實時信號采集﹑監(jiān)測、控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，達到設(shè)計先進、設(shè)備性能穩(wěn)定、系統(tǒng)維護方便、軟件功能實用的目的，建成國內(nèi)領(lǐng)先、穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟實用的中小型排灌站自動監(jiān)控系統(tǒng)。

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計上一改過去設(shè)計一次投入定終身的設(shè)計方法，采用新的設(shè)計理念，系統(tǒng)組態(tài)以模塊式結(jié)構(gòu)為核心。采用當(dāng)前先進的全計算機、全數(shù)字、雙向通信的現(xiàn)場總線技術(shù)設(shè)計，具有節(jié)省大量工程電纜、縮短設(shè)計、安裝和調(diào)試工期、優(yōu)化管理和易于掌握的特點，可將所有的現(xiàn)場設(shè)備和控制器用一根電纜連接在一起，形成數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場狀態(tài)檢測、控制與遠程診斷等功能。系統(tǒng)滿足先進性、可靠性、實用性、可維護性和可擴充性等的系統(tǒng)要求。整體系統(tǒng)主要包括三部分：(1) 水泵電機組自動監(jiān)控系統(tǒng)；(2)閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)；(3) 視頻監(jiān)視系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。

2.1水泵電機組自動監(jiān)控系統(tǒng)

水泵電機組自動監(jiān)控系統(tǒng)功能包括水泵電機的啟動和停止控制（8臺）；電機運行物理參數(shù)監(jiān)測（3相電壓，3相電流等），排灌站動力電運行參數(shù)監(jiān)測（3相電壓，3相電流，累積電量等）。水泵機組的控制方式采用手動和自動兩種控制方式，其原理圖見圖2、圖3。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 水泵機組控制（手動）原理圖

2.2閘門自動控制系統(tǒng)

閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)包含4個外河閘門和4個排水閘門的自動化控制；主要功能包括閘門的上升、下降、停止等。同時系統(tǒng)運行時具備限位報警，電壓、電流、功率因數(shù)以及溫度等參數(shù)的監(jiān)測功能，當(dāng)以上參數(shù)出現(xiàn)異常時，將停止閘門的啟閉動作，同時給出聲光報警。其原理圖見圖4、圖5。

圖3 水泵機組控制（自動）原理圖

圖4 閘門監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

圖5 閘門限位開關(guān)控制原理圖

2.3視頻監(jiān)視系統(tǒng)

在非工程檢測所能實施的主要部位，設(shè)立電視監(jiān)控系統(tǒng)，見圖6。對泵房，外河水位，渠首、前置等水流形態(tài)和閘門運行狀態(tài)等進行實時圖像監(jiān)視。是保證排灌站安全運行的重要手段之一。重點部位圖像監(jiān)視共4點，分別用于外河、前置、渠首水位及其水流形態(tài)監(jiān)測和泵房電機組的運行現(xiàn)場情況監(jiān)測。

全面不間斷地監(jiān)視灌區(qū)排灌站要害區(qū)域是系統(tǒng)要達到的主要功能。能夠通過對外河來水和水尺等的直觀觀測，配合工程測控系統(tǒng)，直接為防汛調(diào)度服務(wù)。同時，根據(jù)監(jiān)控點的反饋信息，預(yù)測某些情況，當(dāng)發(fā)生異常情況時，能夠迅速做出正確判斷，并做出指揮決策、調(diào)度和處理方案；該系統(tǒng)圖像信號可以直接輸入到監(jiān)視器上（監(jiān)視器包括在系統(tǒng)之內(nèi)），具有多路輸出。

圖6 視頻監(jiān)視系統(tǒng)原理圖

3 軟件功能設(shè)計

系統(tǒng)軟件運行平臺為組態(tài)視窗操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫運行平臺采用標(biāo)準(zhǔn)版含20個節(jié)點的SQL Sever 2008數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。工作方式為客戶機/服務(wù)器的工作方式，文件傳輸、打印共享。中心軟件功能界面見圖7。

4 結(jié)語

隨著計算機、電子、自動化技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，信息化時代逐步走進人們的生活。作為人民經(jīng)濟命脈的水，面對工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變的趨勢，必將跟上時代發(fā)展的潮流，灌區(qū)引入自動化系統(tǒng)是必然的。泵電機自動監(jiān)控系統(tǒng)可通過現(xiàn)地和遠程控制方式，實現(xiàn)泵電機的啟、停控制和常規(guī)物理參數(shù)的監(jiān)測等，有效監(jiān)控和實時監(jiān)測泵電機運行狀態(tài)；閘門控制系統(tǒng)可通過現(xiàn)地、遠程控制，實現(xiàn)閘門的啟、停和一些常規(guī)物理參數(shù)反饋監(jiān)測等；視頻監(jiān)視系統(tǒng)實時監(jiān)視排灌站主要設(shè)備、主要建筑設(shè)施和水流形態(tài)的安全運行情況。自動化系統(tǒng)的建設(shè)優(yōu)化了水資源的合理配置，增強水資源監(jiān)控的科技含量，加大水資源的監(jiān)控力度，為領(lǐng)導(dǎo)決策、管理提供有效依據(jù)。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.022

TP27

B

1672-2469（2014）05-0070-04

22作者簡介：田作佳（1957年—），男，高級工程師。