自動化控制系統在水利工程管理中的應用研究

【摘要】隨著計算機技術的廣泛應用與快速發展，基于交互的計算機自動化控制應用軟件在各行各業得到了普遍應用。水利工程管理自動化控制平臺就是采用了人機交互的方式，將水利工程管理中的測報水情、監控水質、監測流量、控制閘門升降、監控視頻等分專業的子系統整合在一個綜合的信息處理平臺上進行管理和控制。當前，隨著十三五規劃關于新型城鎮化建設、現代工業、現代農業和環境保護的大力展開，水利工程的智能化管理得到越來越多的重視和發展。本文主要介紹了現階段自動化控制系統的研究原理、現狀及平臺設計思路，詳細研究了基于人機交互的水利工程管理自動化控制系統的開發及應用，最后，介紹了水利工程智能化管理的廣闊前景。

【關鍵詞】水利工程管理；自動化控制系統；應用

引言

水利工程管理的自動化是以計算機網絡為基礎，采用人機交互方式，將涉及水利工程信息的數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據處理和數據利用，通過控制平臺提高水利工程的應用水平。現階段，隨著計算機網絡、電子傳感器、人工智能機器人等技術的開發和應用，國內許多的大中型水利工程都建立了測報水情、監控水質、監測流量、控制閘門升降、監控視頻等自動化控制系統，且目前應用日益廣泛。對于單個專業的系統而言，其信息、數據傳輸、處理等應用快捷方便。但是，對于將上述各個子系統整合到一個通用的平臺中，會涉及到接口、數據傳輸與轉換、通訊協議、數據格式等方面的問題，而無法實現所有數據的互聯互通。而且在實際應用中，每個子系統的開發與應用又會造成部分工程的重復建設與開發。這樣，一方面造成資源浪費，另一方面應用起來缺乏有效的，統一的調度，給用戶造成了很大的使用困難。對此，研究和開發一套適合水利工程管理自動化控制的綜合平臺勢在必行。一方面，平臺可實現信息共享，將所有的數據和信息傳輸協議整合在一起，便于數據處理。另一方面，用戶可以運用平臺提供的強大的功能平臺，方便快捷高效的處理水利工程事宜。

1、自動化控制系統總體設計原理與開發

水利工程管理自動化控制平臺是基于人機交互模式，主要對獲取的水利工程信息進行數據采集、數據分析、數據管理和數據處理等模式的綜合信息系統。其功能完善，方便快捷，直觀性、可操作性強。用戶可以通過平臺實現對水利工程終端的設備進行遙控指揮功能，并且平臺具有數據存儲功能，用戶可通過系統實現現有數據與歷史數據對比，便于用戶進行決策。水利工程管理自動化控制平臺主要包括數據庫系統和功能應用系統。功能應用系統是根據用戶需求，按照統一格式進行設計開發，主要包括水利工程信息管理和信息發布兩個功能。信息發布是基于WEB進行的。功能應用系統將每一個子系統的數據融合到數據庫系統中，運用現階段應用比較廣泛的C/S結構來完成對下屬系統的監控和預警等，平臺還可提供對外的信息瀏覽與查詢。整個平臺通過數據庫系統、人機交互操作系統和軟件界面，將所有的下屬系統整合在一起，實現信息處理與工程管理。

1.1 平臺整體架構。水利工程管理自動化平臺采用的基于WEB模式的信息系統，其架構按照平臺功能主要分為數據信息采集層，互聯互通網絡層，綜合數據處理與管理層和應用層四大部分，按照系統要求為了規范數據傳輸格式，在平臺中設立了輔助部分，用以用戶了解和掌握相關的技術協議。

1.2 平臺控制邏輯框架。在平臺整體的架構中，按照用戶控制軟件角度，可將平臺分為遠程控制、現場控制和手動控制單元。其中，現場控制又包含現場控制中心和現場控制單元。平臺控制邏輯框架的邏輯圖，如圖1所示。

對于平臺的四個控制單元，用戶在現場通過數據傳輸，獲取遠程控制端的授權，采用互聯互通方式，將現場操作數據傳輸給控制中心，控制中心通過數據處理發布命令，操控末段設備。在邏輯結構圖中，不難發現，命令的發布具有優越性，即上一級命令優先于下一級，同時上一級可對下一級命令采取取消操作。

1.3 平臺功能模塊開發設計。水利工程管理自動化控制平臺根據需求，將各類功能模塊進行分類：第一類屬于實時的控制應用。比較經典的控制應用例如水利閘門的升降控制，通過運用遠程計算機控制中心的軟件功能，實現計算機控制末段閘門升降。第二類屬于實時監控應用，對于末段水利工程的水位、運行狀態等進行實時監控和實時數據傳輸。第三類屬于數據處理應用，通過實時采集的末段水情數據與數據庫系統的存儲數據進行對比，可獲取用戶需求的水位變化和實時的視頻錄像。

水利工程管理自動化控制平臺的主要功能模塊包括：水情數據采集、視頻采集、實時狀態查詢、歷史查詢、現場設備調用與控制、數據資料處理與分析、預警、閘門升降控制、WEB信息發布、數據文檔處理與管理、輔助功能等。用戶可根據需求和實際，自行進行調用。

1.4 平臺信息發布。基于WEB的平臺信息發布結構如圖2所示。水利工程管理自動化控制平臺的信息發布采用的基于WEB形式，采用J2EE結構進行發布，J2EE主要包括瀏覽器、表示層、業務邏輯層和數據層四層構成。

2、水利工程管理自動化控制系統應用

2.1 水利工程管理自動化控制平臺檢測控制閘門升降。在水利工程中，控制閘門的升降是十分重要的功能，在系統中組成閘門升降功能主要包括兩個子系統，即閘門升降電動機和閘門。在閘門升降過程中，當用戶選擇閘門升降時，首先閘門升降電機會處于通電工作狀態，此時閘門電動機機組內的監控系統進行檢測，對其實際升降的狀態進行管控。當收到控制中心發布的升或降命令時，此時末段的閘門電動機會按照控制中心的命令進行升降操作。此時，閘門上的傳感器元件會對閘門升降的高度、電動機運行狀態等信息傳輸回控制中心，控制中心利用數據處理和分析模塊進行判斷，閘門的升降操作是否正常。在監控過程中，若發現閘門的升降動作沒有按照預先的高度或速度進行，自動控制平臺會發布警報信息，告知用戶閘門電動機部位工作處于失常狀態，請求現場檢查或進行停止升降操作。

2.2 水利工程管理自動化控制平臺可視化監視水利工程全景。通過平臺對水利工程進行管理和監控的過程中，用戶只需要通過人機交互界面上的功能選項直接對末段水利工程進行全面的監測和控制。為能夠使管理工作更加方便，在平臺中，使用者可根據實際需要，設置用戶權限，使用者可根據自己的職責權限進行相關的操作，另外為了避免因人為操作導致的失誤，在平臺開發過程中，啟動了程序保護功能。程序保護功能隨著平臺的運行而運行，在后臺操作中保證整個平臺的安全穩定和高效運行。

3、結語

為了促進水利工程管理的安全、穩定、快捷和高效，提高水利工程自動化管理的水平，應在水利工程管理中進行自動化控制系統的應用，通過系統平臺可實現對水利工程各個環節的自動化管控，對于提高水利工程各個事項的處理效率十分有利。自動化的控制平臺采用人機交互模式，操作使用方便簡單，人機交互界面圖形、表格、數據非常豐富，方便用戶操作使用。同時，關于平臺的開發和運行，仍有許多可供用戶開發的功能模塊，用戶可根據實際需求進行深度開發與應用。總之，目前國家十三五規劃中積極探索信息化的水利工程建設管理項目，為平臺的發展提供了非常廣闊的前景和空間。

參考文獻：

[1]徐建芳.自動化控制系統在水利工程管理中的運用[J].中國資源綜合利用，2012，（7）.

[2]夏智娟，鄭健兵，吳寧.水利工程綜合管控系統元數據管理設計[J].水電自動化與大壩監測，2013（2）：35-38.

[3]吳建華.水利工程綜介自動化系統的理論與實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2006.