渠道自動化控制系統及其運行設計

眭磊

【摘要】隨著我國渠道自動化程度的不斷提高，研究其控制系統及其運行設計凸顯出重要意義。本文首先介紹了渠道自動化控制系統的設計思想，研究了渠道水力特性與控制系統設計過程中應考慮的問題，并提出了提升渠道自動化控制設備可靠性的策略。

【關鍵詞】渠道自動化；控制系統；運行設計

一、前言

作為一種能夠明顯提高渠道運行效率的控制系統，渠道自動化控制系統在近期得到了長足的發展，研究其相關內容能夠更好地提升渠道控制的自動化成效，從而更好地保證渠道運行的良好。本文從介紹渠道自動化控制系統的設計思想著手本課題的研究。

二、渠道自動化控制系統的設計思想

與傳統的熱機機械設備相比照，渠道自動化系統無疑信息量小、操作的頻率較低、所控對象較少，同時還具有工作效率高、精確化運行的優勢。正因為電氣設備需要自動裝置的牢靠特性、高抗干擾和反應敏銳的能力，渠道自動化的控制系統具備批量連鎖防護的功能特點，可滿足有效管理的需求。

1.集中監控方式。這種監控方式優點是運行維護方便，控制站的防護要求不高，系統設計容易。但由于集中式的主要特點是將系統的各個功能集中到一個處理器進行處理，處理器的任務相當繁重，處理速度受到影響。由于電氣設備全部進入監控，伴隨著監控對象的大量增加隨之而來的是主機冗余的下降、電纜數量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統的可靠性。同時， 隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經常不到位，造成設備無法操作。這種接線的二次接線復雜，查線不方便，大大增加了維護量，還存在由于查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。

2.遠程監控方式。遠程監控方式具有節約大量電纜、節省安裝費用、節約材料、可靠性高、組態靈活等優點。由于各種現場總線的通訊速度不是很高，而電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所有這種方式適合于小系統監控，而不適應于全廠的渠道自動化系統的構建。

3.現場總線監控方式。目前，對于以太網、現場總線等計算機網絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統中，且已經積累了豐富的運行經驗，智能化電氣設備也有了較快的發展， 這些都為網絡控制系統應用于發電廠電氣系統奠定了良好的基礎。現場總線監控方式使系統設計更加有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據間隔的情況進行設計。采用這種監控方式除了具有遠程監控方式的全部優點外，還可以減少大量的隔離設備、端子柜、模擬量變送器等，而且智能設備就地安裝，與監控系統通過通信線連接，可以節省大量控制電纜，節約很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。

三、渠道水力特性與控制系統設計過程中應考慮的問題

跨流域調水是實現水資源優化配置，解決區域性缺水的戰略性基礎設施工程。工程一般具有水量輸送距離遠，輸運流量大，渠道內水流形態復雜等特點，且設計渠系沿線缺少必要的在線調蓄水庫，分水口會不定期開啟，這樣造成了渠道控制的困難。造成控制困難的物理機制主要有如下幾個方面：

1.模型非線性水力模型非線性是渠道控制非線性產生的根本原因，描述渠道水流過渡過程的St.Venant方程為雙曲型偏微分方程組，目前尚無法求得其解析解。另外渠道的各個渠段通過水流波動相互關聯，研究表明，這種關聯和作用通常是非線性的，很難表述為線性方程。

2.動態多維性多維性是非恒定流的基本特征，分析渠段非恒定流中各參數之間的關系，可知在波所涉及的區域內，各過水斷面的水位一流量不是單一的對應關系，非恒定過渡過程的附加水力坡度是產生這種多對應關系的直接原因，渠段漲水過程，附加水面坡度為正，流量比恒定流時大，落水過程附加水面坡度為負，流量比恒定流時小，在漲落水過程中，水位和流量分布呈現繩套曲線。渠道的整個調度運行過程，就是渠道的槽蓄不斷調整的過程，水位一流量的這種多維對應關系直接導致水位和節制閘開度之間的對應關系不唯一，因此基于精確模型建立的單輸入單輸出的控制器設計方式實際上是不存在的。

四、提升渠道自動化控制設備可靠性的策略

要想使渠道自動化控制設備的可靠性得到提升，必須結合控制設備自身的特點，運用有效的設計方法，從元件的選擇、使用、氣候防護等多方面進行分析，促使渠道自動化控制系統可靠性得到大幅度的提升。

1.在設計階段，應對控制設備的零部件技術條件進行分析，研究產品設計參數，對產品的性能及使用條件進行探討及保證，促使設計方案得到正確有效的制定。其次，按照產量對產品結構形式及產品類型進行設定。由于產量的大小對生產批量的規模進行確定，不同的生產批量存在不同的生產方式類型，同樣也有不同的生產經濟性存在。結合價值工程觀念，在對產品性能保證的前提下，運用最為經濟的生產方式對零部件進行設計。

2.設備操作人員培訓的加強。由于渠道自動化控制設備作為一種高科技且復雜的設備，因此會對操作人員有較高的要求存在。通過對設備操作人員進行培訓，促使其對設備的使用方法進行有效且熟悉的掌握，對設備性能的了解能夠在實際操作中進行靈活控制。當有故障出現時，能夠達到冷靜處理的效果。

3.從生產角度進行分析，盡可能將控制設備中存在的元件及零件的規格及品種減小，在對產品或零部件進行選擇時，應采用專業廠家生產的，且價格低、來源多的材料，或是國產高質量材料。嚴格按照技術條件要求對設備及零部件實施精度加工，禁止盲目對高精度進行追求。當精度等級和產品性能指標達到相符時，可適當的進行降低，或對其裝配實施簡化，進一步將選配和修配得到減少，減少裝配工人施工中的體能消耗，促使生產達到自動流水效果。

五、渠道自動化控制系統設計

1.系統的總體結構

本工程自動化系統采用有調度層、干渠各站點的現地LCU控制層組成的二層單元結構的分層分布式全計算機監控系統，調度中心調度層以二臺互為備用的調度員工作站為核心，通過以太網下掛各干渠分水口現地LCU通過通訊服務器以以太網的方式接入監控網絡。

2.總體布置

在泵站旁設置一個中央控制室，設置兩臺操作員站，用以監視泵站及各分水口的參數。在泵站、高干渠及中干渠第一和第二級分水口、低干渠第1-6個分水口各設置1面控制柜，用以采集現場數據，并通過光纖網絡將數據傳到中央控制室。

3.中央控制室

中央控制室是將各分站數據采集到數據服務器，通過監控軟件以數據、圖像、圖表和曲線等多種方式顯示出來，并對數據存儲記錄，方便調用查詢和歸檔統計。中央控制室由操作員站、工程師站、打印機、大屏幕、視頻監控系統和短信報警系統等組成。

六、結束語

通過對渠道自動化控制系統及其運行設計的相關研究，我們可以發現，渠道自動化控制系統涉及到諸多方面，有關人員應該從渠道的客觀實際出發，結合渠道特點，研究制定最為優化可行的渠道自動化控制及運行方案。

參考文獻

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