索塞渠首除險加固工程自動化控制設計淺析

晏峻峰（喀什地區水利水電勘測設計院　新疆　喀什　844000）

索塞渠首除險加固工程自動化控制設計淺析

晏峻峰
（喀什地區水利水電勘測設計院新疆喀什844000）

水利工程運行環境惡劣，對相關數據的可靠性和自動化功能的要求較高，本文針對水利工程運行的實際狀況，以索塞渠首除險加固工程為例，對該工程自動化控制系統的開發設計進行闡述，在本次自動化系統方案設計過程中，文章從除險加固工程自動化控制系統的開發原則、開發過程及注意事項出發，探討了索塞渠首除險加固工程自動化控制設計要點，以供類似工程設計人員參考和借鑒。

除險加固；自動化系統；設計；監控

1　工程概況

索塞渠首除險加固工程位于塔河下游河段的尉犁縣依麻木鄉境內，距尉犁縣70km，距州府庫爾勒市120km。其東為庫魯克沙漠，南鄰塔克拉瑪干沙漠，東南為衰敗的綠色走廊下段。

本除險加固工程建于1990年，由攔河橡膠壩和恰鐵干渠進水閘兩部分組成。其中，攔河壩設計流量60m3/s，校核流量80m3/s，恰鐵干渠進水閘設計流量25m3/s。目前，攔河橡膠壩和恰鐵干渠進水閘主體破壞嚴重，已不具備基本的防洪及灌溉功能。根據《塔里木河工程與非工程措施五年實施方案》，阿其克河口至索塞渠首除險加固工程段河道兩岸將修建80.8km防洪堤，屆時索塞渠首除險加固工程50年一遇洪水流量將達到222m3/s。現有的對塔河進行綜合治理的重要工程性措施之一，是塔河下游灌區所進行的節水型調節工程，同時也是塔河下游人工綠洲供水系統的骨干改造工程。

2　除險加固工程自動化設計

2.1設計原則

針對水利工程運行環境惡劣、可靠性要求高、自動化功能要求先進的實際情況，本自動化系統方案在設計時嚴格遵循并落實了以下基本原則：

（1）可靠性、功能實用性、組網合理性、維護保養方便；

（2）技術先進性、系統開放性；

結合本工程自動化控制設計的立場、整體原則與實際情況的要求，先進性與開放性主要體現在：

①為了保證傳送回來數據的準確性與可用性，自動化監控系統必須提供實時、快速、可靠的數據資料，同時結合實際情況的變化和用戶的需要進行擴充與升級更新，在此過程中充分體現系統的先進性、開放性與兼容性的優勢。

②系統設計遵循開放性標準，硬件選用國際知名品牌最新產品，操作系統采用Windows7，數據庫遵循SQL標準，應用軟件采用水利自動化專用組態軟件SKJ2008S最新版，管理網和自動化網網絡協議全部基于TCP/IP。

③自動化系統能夠達到“無人值班、無人值守”的運行狀態，即調度人員在遠方就能夠實現對閘門運行現場“遙測、遙信、遙調和遙視”等功能。

④自動化控制系統與管理系統并非相互獨立，兩者之間是高度融合與統一的，即所謂的“管控一體”。自動化系統是一個信息搜集、傳輸與管理的工具，是為企業管理服務的，而不是為了自動化而自動化，它可以為管理工作提供實時、有效、真實的數據及運行工況，以便管理層做出正確、科學合理的決策。

（3）良好的兼容性

自動化系統應具有良好兼容性，以便于用戶業務增長時擴展系統規模，保護用戶投資。

①就監控系統數據庫結構而言，宜采用面向監測對象的“實時關系數據庫”，這種數據庫系統對數據變化的反應可達到1毫秒，接收到的數據信息具有十分高的精確度。

②系統采用現場總線及RS485總線結構，現地控制單元和中控室計算機之間進行通訊，實現數據監測和監視功能。

2.2設計目的

索塞渠首自動化系統的建設是為實現對渠首1孔進水閘和4孔泄洪沖砂閘閘前閘后水位監測、視頻監控等功能。其建設內容包括建設調度控制室一處，水位觀測系統一套，視頻監控系統一套。而自動化系統設計的最終目的是要實現渠首自動化系統的四遙功能，即遙測、遙調、遙信、遙視。

2.3總體設計

（1）系統組成

按照預先的設計，本系統由閘前監測系統、溢流堰水位監測系統、視頻監控系統、自動化通訊系統等部分組成。也就是說本系統采用綜合調度自動化模式，即將所涉及到的各系統實現自動化數據和信息的共享和融合，為河道渠首遠程監控和安全監測、優化調度提供決策依據。

自動化系統各部分的系統結構框架圖如圖1所示：

圖1　渠首調度自動化系統結構示意圖

（2）系統總體結構

①主控級層

主控級層主要設在各個管理站的中控室，各管理站的主要設備包括工控機、CRT彩顯、打印機等外置設備、鍵盤鼠標等輸入設備、UPS電源、顯示屏等，中控室主控級設備設有通訊接口，以滿足與上級管理部門數據通訊的要求。管理站負責水庫調度自動化運行的監視、視頻監控、調度指揮以及完成必要的管理功能，并向水利局轉發必要的數據和信息。

②信息傳輸層

主要是各種數據信息的傳輸介質及方式，主要的傳輸方式為modbus總線、以太網和DP總線；主要的傳輸介質為光纖和屏蔽通訊線以及以下數據轉換模塊，保證數據準確、實時、高效的傳輸。

表1　　模擬監控方案與數字監控方案對照表

③就地采集控制層

就地采集控制層主要由水位監控系統和視頻監控系統組成。

a.水位監控系統：對閘前2處，閘后3處水位進行實時監測，分析變化規律，為防洪分水提供更準確的數據，以有利于決策者統一管理調度水資源。

b.視頻監控系統：對閘前閘后共5處進行視頻監控，從而直觀的反應河道水位及情況。

（3）系統的功能和特點

①先進的系統結構

該自動化系統采用全分布實時數據庫，其數據庫、應用程序、通信接口等必須遵循相應的開放標準，可與不同廠家同一型號的產品實現兼容。軟件平臺化設計可提供較強的實時數據庫和應用程序擴展接口（API函數），歷史數據庫遵循SQL標準，方便二次開發和功能拓展。用戶也可以在建設初期選擇較小配置，隨著業務的增長在原有系統的基礎上逐步提高。

②一體化設計

SCADA系統與各系統一體化設計，無縫連接，完成信息交換、報警聯動等功能，真正實現“遙測、遙信、遙調、遙視”，為實現水庫運行生產“無人值班、無人或少人值守”、減員增效等目標提供可靠的保證。

首先，數字監控較模擬監控具有明顯的技術優勢，因為其是一種將計算機數字視頻壓縮與傳輸技術有機結合并應用于圖像監控領域的高科技產品與技術，同時，計算機還可以接收到各種水情預警信息，并且按照預先編制好的程序自動執行報警聯動等相關的操作，是一項比較智能、高端和先進的技術。

其次，通過對其進行智能化的管理，監控系統因而具有了更為合理的報警布局，計算機系統會有條不紊的進行各項事先設計好的安全預防工作，在此基礎上，結合實時捕捉、視頻報警等技術，可保證水利工程監測工作萬無一失。

③其他擴展功能

采用平臺化設計思路進行自動化主站軟件的設計，使之具有強大的二次開發功能與兼容能力，可以在SCADA平臺基礎上衍生擴展出其他的自動化功能及高級應用功能，包括水情自動監測預報功能、水質自動監測預報功能、大壩測壓管水位自動檢測系統，以及數據計算分析、信息發布、洪澇預報、水量優化調度、輔助決策等高級應用功能。

總之，該系統能夠為水利部門實現水庫調度工程的全面監測和快速控制，提高科學管理水平和勞動生產率，從而為水利工程的安全運行和經濟、優化調度提供一個完整的解決方案。

3　結語

本文以索塞渠首除險加固工程為研究對象，從設計原則、設計目標和總體設計方案三個方面系統描述了自動化控制設計內容。系統采用綜合調度自動化模式，由閘前監測系統、溢流堰水位監測系統、視頻監控系統、自動化通訊系統等部分組成。系統總體結構分為主控層、信息傳輸層、就地采集控制層三個層面，系統具有先進性和一體性的特點，具有強大的二次開發功能與兼容能力，可實現水情自動監測預報功能、水質自動監測預報功能等擴展功能。系統的建成能夠為水利部門實現對工程的實施監控和遠程決策，提高管理效率，節約財力物力，同時也可為類似工程設計人員提供參考和借鑒。陜西水利

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（責任編輯：唐紅云）

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