水利工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用研究

張佰伶

摘要：目前，國(guó)內(nèi)大部分水利調(diào)度系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和監(jiān)測(cè)，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾聿块T。樞紐閘門調(diào)節(jié)是灌區(qū)工程中經(jīng)常采用的手段，采用PLC、組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，對(duì)樞紐、泵站、閘門進(jìn)行有效的系統(tǒng)集成，解決了控制手段落后、流程不合理、通信不完善等弊端。水利工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)依托于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息采集與處理以及故障的預(yù)防與自我診斷等，對(duì)于保障農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水利工程；自動(dòng)化遠(yuǎn)；程控制系統(tǒng)；應(yīng)用研究

一、自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)分析

水利工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要體現(xiàn)在，閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)：就是用戶通過輸入閘門開度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門開度及其他相應(yīng)設(shè)備的遠(yuǎn)程或近距離控制。一旦閘位到達(dá)設(shè)定的閘位下線，便可自動(dòng)停止閘門運(yùn)行，保障系統(tǒng)設(shè)備的安全，如果設(shè)備出現(xiàn)故障問題，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警功能。實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控：計(jì)算機(jī)多媒體系統(tǒng)可以多視角的錄像，提供遙控?cái)z像頭與視頻報(bào)警部署功能，使用戶第一時(shí)間了解各閘門、壩下的現(xiàn)場(chǎng)狀況。堤壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：對(duì)水庫(kù)水位進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)和壓力監(jiān)測(cè)，并能自動(dòng)收集整合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為用戶提供查詢、服務(wù)，了解水庫(kù)堤壩的實(shí)際運(yùn)行狀況。水情監(jiān)測(cè)：運(yùn)用信息監(jiān)測(cè)、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)水文的固定或移動(dòng)監(jiān)測(cè)，可根據(jù)用戶的實(shí)際需求測(cè)報(bào)包括風(fēng)速、氣壓等監(jiān)測(cè)信息，使用戶快速的掌握檢測(cè)區(qū)的水位、流量信息。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及中心控制室

自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備如下功能：數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)行監(jiān)視和事故報(bào)警、控制與調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)通訊。系統(tǒng)一般會(huì)采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，分一個(gè)主站和若干個(gè)子站，通過帶有GPRS功能的RTU-2600構(gòu)成一個(gè)無線通訊網(wǎng)絡(luò)，對(duì)多個(gè)斷面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、傳輸、處理和控制。下位機(jī)中的傳感器把引水渠中的水位值和各閘門的開度值經(jīng)轉(zhuǎn)換后送給編碼器，編碼器對(duì)水位及閘門開度信號(hào)進(jìn)行編碼，在通過避雷器將編碼信號(hào)傳給數(shù)采儀，數(shù)采儀將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步加工和處理后由無線調(diào)制解調(diào)器傳給上位機(jī)，上位機(jī)即系統(tǒng)主站，可分別與不同的子站建立聯(lián)系，查詢各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并按照用戶的要求對(duì)各閘門進(jìn)行控制，下位機(jī)中的控制箱接收到此信息，經(jīng)過計(jì)算，發(fā)出控制信號(hào)自動(dòng)控制閘門到一定的開度，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

三、水利工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（一）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)。系統(tǒng)的功能有：（1）數(shù)據(jù)采集和指令執(zhí)行，該部分功能由布置于水利調(diào)度系統(tǒng)終端的傳感器與執(zhí)行設(shè)備完成；（2）數(shù)據(jù)傳輸，該部分功能由各通信設(shè)備完成；（3）數(shù)據(jù)處理，該部分功能由監(jiān)控中心的軟硬件設(shè)備協(xié)作完成。系統(tǒng)性能特點(diǎn)。（1）擴(kuò)展性能好。由于使用B/S三層結(jié)構(gòu)分布式架構(gòu)，系統(tǒng)若需要進(jìn)行擴(kuò)容只需要通過相應(yīng)的擴(kuò)容端口進(jìn)行新接入設(shè)備部署即可，不需要進(jìn)行大范圍的系統(tǒng)調(diào)整。（2）實(shí)用性強(qiáng)。通過遠(yuǎn)程訪問的方式登錄管理系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)限進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定和功能使用。（3）管理性好。整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了完善的用戶管理、系統(tǒng)配置、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、歷史記錄等功能，便于后期檢索和系統(tǒng)修正。（4）數(shù)據(jù)精度高。可以將模擬信息轉(zhuǎn)換為精確的數(shù)字信息，便于數(shù)據(jù)處理和分析。

（二）自動(dòng)操作系統(tǒng)的配置與設(shè)備配置及通訊網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置了自動(dòng)操作系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置主控室中包括漢字打印機(jī)和語音報(bào)警裝置、微波傳輸系統(tǒng)及UPS電源、操作控制臺(tái)等設(shè)備。現(xiàn)地控制層配置包括公共PCU和機(jī)組LCU兩部分組成，這兩部分主要包括智能I/O控制器和輸出繼電器、人際界面終端（液晶觸摸屏）和I/O模塊、數(shù)字式測(cè)量?jī)x表和溫度測(cè)量裝置、準(zhǔn)同步裝置及交直流雙供電源、轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量裝置等設(shè)備構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行。局域網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所采用的主要形式，全新的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)為多模光纖和屏蔽雙交電纜線，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用Modbus協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為100Mbit/s。建設(shè)信息共享體系，促進(jìn)水利工程管理工作高效有序進(jìn)行，分析處理信息資源，實(shí)現(xiàn)水利工程的科學(xué)化管理。

四、水利工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用

（一）監(jiān)控視頻的傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的遠(yuǎn)程控制。在執(zhí)行水利調(diào)度任務(wù)時(shí)要求對(duì)重點(diǎn)檢測(cè)位置進(jìn)行24小時(shí)不間斷監(jiān)控，此時(shí)需要應(yīng)用視頻監(jiān)控子系統(tǒng)。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)中的監(jiān)控相機(jī)可以對(duì)覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有活動(dòng)和環(huán)境變化進(jìn)行圖像采集，然后通過通信系統(tǒng)傳遞回監(jiān)控中心，幫助監(jiān)控中心管理人員對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行判斷，進(jìn)而根據(jù)判斷結(jié)果制定操作策略。當(dāng)前在監(jiān)控系統(tǒng)中，使用同軸電纜、雙絞線及光纖進(jìn)行圖像信號(hào)的傳輸。監(jiān)控系統(tǒng)中通常會(huì)采用雙絞線視頻傳輸設(shè)備進(jìn)行信號(hào)傳輸上的補(bǔ)充，有效解決了同軸電纜的缺點(diǎn)，光纖具有傳輸容量大、速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，有效保障了水利工程監(jiān)控系統(tǒng)的圖像傳輸質(zhì)量。水利工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)最大技術(shù)特點(diǎn)在于能夠?qū)λこ痰默F(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無人值班與辦公，依托于Internet實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的遠(yuǎn)程控制。

（二）實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的遠(yuǎn)程監(jiān)督及延時(shí)處理。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)水利工程的運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行狀態(tài)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過將網(wǎng)絡(luò)信息傳輸至控制系統(tǒng)，從而控制系統(tǒng)的管理人員就可以進(jìn)行分析與處理。其中，起到關(guān)鍵作用的是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，利用安裝在水利工程現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭等監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程中的重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督，從而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效處理。監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵組成部分，因此，在進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的安裝過程中，應(yīng)該提升監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，提升圖像信息的傳輸質(zhì)量。水利遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)受多種因素的影響，對(duì)系統(tǒng)傳輸延時(shí)的處理，通常工程師通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理、提升信息的傳輸質(zhì)量等手段。

（三）實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的遠(yuǎn)程調(diào)試及自我故障預(yù)測(cè)與診斷。水利工程設(shè)備運(yùn)行到一段周期后，運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)發(fā)生偏差，因此就需要進(jìn)行及時(shí)的設(shè)備調(diào)試。水利工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)到的故障主要分為兩種，分別是控制系統(tǒng)的故障以及水利工程運(yùn)行設(shè)備的故障。針對(duì)自身所發(fā)生的故障，系統(tǒng)可以自行進(jìn)行故障信息的收集，并將信息及時(shí)傳輸至控制系統(tǒng)的管理人員手中，從而管理人員可以針對(duì)故障進(jìn)行進(jìn)一步分析，交由故障處理人員進(jìn)行處理。針對(duì)水利工程設(shè)備所發(fā)生的故障，就需要相關(guān)的水利專家根據(jù)系統(tǒng)所采集的信息進(jìn)行系統(tǒng)化的分析，并確定故障的影響范圍，進(jìn)而對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修。

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