淺談大型灌區(qū)渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙海亮

（甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅景泰730400）

我國(guó)灌區(qū)水資源利用率比較低，為了高效利用水資源，不僅需要發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，同時(shí)需要提高灌區(qū)水資源管理效率，優(yōu)化配置灌區(qū)水資源。大型灌區(qū)涉及復(fù)雜的渠系系統(tǒng)，引水量也非常大，增加了灌區(qū)水資源的管理難度。我國(guó)很多灌區(qū)主要是利用人工模式，無(wú)法保障灌區(qū)水量測(cè)量精度，無(wú)法及時(shí)共享相關(guān)數(shù)據(jù)，因此需要提高灌區(qū)水利信息化水平，加強(qiáng)灌區(qū)管理工作。在大型灌區(qū)中，渠道閘門(mén)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)和控制水情，因?yàn)榇笮凸鄥^(qū)渠系具有復(fù)雜的渠道，需要提高渠道閘門(mén)的信息化，利用一體化測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)調(diào)控灌區(qū)水量，提升大型灌區(qū)水資源管理水平。

1 大型灌區(qū)渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 構(gòu)成

在大型灌區(qū)中利用渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)，可以精確計(jì)量水量，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控工作，提高信息化水平，綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、防盜技術(shù)等，配套開(kāi)發(fā)管理軟件，可以自動(dòng)控制閘門(mén)閘位和水位。渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)主要包括現(xiàn)地測(cè)控一體化設(shè)備、通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心等，其中現(xiàn)地測(cè)控一體化設(shè)備包括啟閉機(jī)、供電系統(tǒng)、超聲波遙測(cè)水位計(jì)等；通信系統(tǒng)主要包括現(xiàn)地系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通信，在遠(yuǎn)程通信過(guò)程中需要利用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控中心包括路由器和交換機(jī)以及計(jì)算機(jī)等[1]。

1.2 工作原理

大型灌區(qū)利用渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)地測(cè)控一體化設(shè)備，工作人員用超聲波遙測(cè)水位計(jì)，可以確定渠道內(nèi)部水位，利用啟閉機(jī)可以調(diào)控閘門(mén)，控制渠道內(nèi)部的流量。對(duì)比流量要求和水位計(jì)測(cè)量結(jié)果，如果二者存在差異性，監(jiān)控中心會(huì)提出指令，利用啟閉機(jī)調(diào)節(jié)閘門(mén)開(kāi)合度，改變渠道流量之后，水位計(jì)會(huì)及時(shí)反饋測(cè)量的流量，調(diào)節(jié)閘位到預(yù)定值，如果系統(tǒng)流量保持穩(wěn)定，即可完成調(diào)節(jié)工作。當(dāng)誤差不滿足工作要求時(shí)驅(qū)動(dòng)層可以根據(jù)反饋值調(diào)節(jié)閘門(mén)，滿足整體工作要求。調(diào)節(jié)閘門(mén)達(dá)到穩(wěn)定的流量后，可以加快響應(yīng)系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定之后，可以記錄閘位和流量的變化，推算預(yù)期值，確保誤差和調(diào)節(jié)時(shí)間二者呈反比關(guān)系。

1.3 效益

利用渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控大型灌區(qū)，提高渠道系統(tǒng)的信息化，同時(shí)可以提取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立檢測(cè)報(bào)告，改善管理方式，保障供水的安全性，實(shí)現(xiàn)防洪防汛的目標(biāo)。利用渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)節(jié)閘門(mén)，快速穩(wěn)定數(shù)位異常的波動(dòng)，保障渠道運(yùn)行狀態(tài)，避免浪費(fèi)水資源，解決傳統(tǒng)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題。渠道閘門(mén)和流量計(jì)無(wú)須外接電源，利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)，降低工程污染，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)具有較高的集成性，可以簡(jiǎn)化工程施工，滿足工程安裝要求，稍微改造原有建筑物結(jié)構(gòu)即可完成安裝工作。系統(tǒng)流量計(jì)量精度較高，可以保障水權(quán)分配和水費(fèi)計(jì)收的合理性，提升供水服務(wù)的公正性。利用精確計(jì)算，可以確定泄漏和滲漏等問(wèn)題，根據(jù)渠道流失情況，提出針對(duì)性的修補(bǔ)措施。合理分配水資源，根據(jù)大型灌區(qū)用水需求落實(shí)配水工作。

2 渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)

在閘門(mén)位置設(shè)置傳感器，提供閘門(mén)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，利用機(jī)械編碼器轉(zhuǎn)換閘門(mén)位移為電信號(hào)，利用齒盤(pán)連接閘位傳感器和絲杠，絲杠帶動(dòng)傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)。測(cè)量渠道流量的過(guò)程中利用超聲波遙測(cè)水位計(jì)，核心控制儀表包括單片機(jī)和模塊等，利用計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)，建立渠道量水模型，單片機(jī)負(fù)責(zé)采集水位閘的信號(hào)，利用低功耗運(yùn)行模式，降低渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)耗電量，斷開(kāi)外界電源之后，維護(hù)工作的穩(wěn)定性[2]。

利用DC-DC電源電壓技術(shù)，對(duì)于不同電源使用單元完成分級(jí)供電，利用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。在現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)安全防護(hù)和設(shè)備保護(hù)工作，維護(hù)渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低維護(hù)工作的投入。針對(duì)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要利用不同的安全防護(hù)措施，維護(hù)閘門(mén)安全運(yùn)行。

利用電動(dòng)機(jī)過(guò)載波保護(hù)，避免因?yàn)殡娏鬏^大燒毀閘門(mén)啟閉機(jī)。利用限位保護(hù)方式，保障閘門(mén)啟閉機(jī)始終在工作范圍內(nèi)運(yùn)行。利用過(guò)力矩保護(hù)方式，維護(hù)閘門(mén)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免因?yàn)槭芰^(guò)大損害閘門(mén)硬件設(shè)備。通過(guò)過(guò)電保護(hù)工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)電壓，如果電壓超過(guò)了工作范圍，系統(tǒng)可以自動(dòng)切斷電源，維護(hù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。加強(qiáng)保護(hù)主機(jī)設(shè)備，設(shè)置野外保護(hù)罩，在防盜門(mén)上安裝防盜鎖，有效保護(hù)整體設(shè)備[3]。

2.2 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳輸指令數(shù)據(jù)，因?yàn)榇笮凸鄥^(qū)情況比較復(fù)雜，零散分布著各個(gè)閘門(mén)監(jiān)控點(diǎn)，再加上有線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此在系統(tǒng)中需要利用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，可以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性。

渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)包括現(xiàn)地通信系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，工作人員利用手持移動(dòng)設(shè)備和現(xiàn)地通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，可以合理設(shè)定和校準(zhǔn)參數(shù)。利用GPRS通信方式，可以遙測(cè)水位、流量、閘位等[4]。

3 渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 分層設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)

設(shè)計(jì)自動(dòng)化采集控制層：利用CRBS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信工作，利用TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)可靠的傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：利用關(guān)系數(shù)據(jù)，建立關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)表，連接渠系數(shù)據(jù)和閘門(mén)設(shè)備數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為日后數(shù)據(jù)查詢提供便利。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)服務(wù)層：交互各層數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)層轉(zhuǎn)化各層數(shù)據(jù)為統(tǒng)一的形式。設(shè)計(jì)應(yīng)用層：建立人機(jī)交互界面，向最終用戶展現(xiàn)出多種形式的數(shù)據(jù)，用戶利用瀏覽器閱覽數(shù)據(jù)。

3.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模塊

設(shè)計(jì)渠系數(shù)據(jù)整編模塊：利用人工方式錄入行管信息，確定渠系特征，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)，保障數(shù)據(jù)處理效果。設(shè)計(jì)閘門(mén)運(yùn)行管理模塊：根據(jù)工程建筑結(jié)構(gòu)圖和電氣圖等落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)模擬和監(jiān)視，可視化的展示溫度量和電氣量等信息。設(shè)計(jì)調(diào)度執(zhí)行模塊：監(jiān)視人員需要根據(jù)調(diào)度指令，及時(shí)啟閉閘門(mén)，同時(shí)可以查詢歷史調(diào)度指令的執(zhí)行過(guò)程，為事故分析提供可靠的資料[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

大型灌區(qū)的渠道系統(tǒng)非常復(fù)雜，在大型灌區(qū)落實(shí)渠道閘門(mén)一體化測(cè)控系統(tǒng)，可以自動(dòng)控制閘門(mén)，智能化計(jì)算流量，提升計(jì)量精度，利用不同模式自動(dòng)調(diào)節(jié)閘門(mén)流量，提升流量監(jiān)控精度，均衡調(diào)節(jié)渠道水量，進(jìn)一步提升大型灌區(qū)渠道管理水平，實(shí)時(shí)精確掌握水情信息，共享相關(guān)數(shù)據(jù)信息，建立資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)，充分發(fā)揮出自動(dòng)化技術(shù)的作用，提升大型灌區(qū)建設(shè)水平。