探究灌區水閘的自動控制管理技術

摘 要：合理有效地控制和管理灌區水閘，對于水資源的合理使用提高利用率，增加經濟效益能起到重要助推。本文著眼灌區水閘的原理和要求，對灌區水閘進行了改造，設計了自動化系統，對系統的設置、傳感器的具體安置做了深入分析。

關鍵詞：灌區；水閘；自動控制；管理技術

前言：

對于灌區水閘的合理利用與管理，可以有效利用水資源，提高水的使用率，贏得更多經濟效益。傳統的對水閘的人工操作方式，已經嚴重滯后于時代的發展了。必須對其進行現代化改造，自動水閘取而代之，才是發展的必然結果。本文將通過微機技術，對此進行探討。

1.水閘自動控制的原理和要求

水閘的微機自動控制系統是一個微機控制的智能化系統，它的重點是運用數字技術控制閘門的高度，調節、控制水流量。水站自動控制系統除了控制閘門自動調節大小以外，還要根據水閘的位置和氣候、過水量的分析運算，統計出水文資料，汛期水閘的運行數據等總結出水閘運行規律。水閘控制規律包括（1）閘門的控制方式，（2）水位流量的計算和曲線參數，包括很多資料的積累。

在目前的實際應用中水閘的自動控制系統比較注重以下兩個方面：

（1）可靠的安全運行。系統本身要有自檢功能，對異常情況和事故有預警功能。會自動報警和進行處理，系統可以放置在自然界里長時間工作，可以抵抗各種干擾正常工作。

（2）要合理布線引線結構方便操作，控制面板設計便于操作；各種參數、工作狀態易于觀察，可以打印數據。

2.灌區水閘自動控制技術

2.1水閘自動監控系統構成

水閘自動監控系統通常兩個層面，第一層是中央控制系統，一般設在水利設施管理機構里。第二層是測控站，設在灌區水閘上或者水閘附近。監控終點站是水閘監控系統主要信息來源和執行命令者，它的任務是根據中央控制系統的遙控指令，自動采集灌區的水情或工作數據，并且發回控制中心，或根據控制中心發出的指令控制水閘運行。監控終點站基本是由各類傳感裝置、通信設備、RYU、繼電器矩陣、電源等組成。

2，2 水閘自動控制系統工作體質

以前的水閘自動控制系統大多采取集中控制方式，就是由中央控制室同意檢測與管理。這種工作機制由于過于集中，指令信息傳輸量大而致使系統運行可靠性低，已經被逐步淘汰了。現在有三種模式，可以根據需要自己選擇。

（1）可編程控制器（PKC系統）。PLC系統適合現場測量控制。它現場測量功能強、性能穩定、可靠性高技術成數、比較廣泛的被使用，價格便宜。

（2）分布式數據采集與監控系統（SCADA）。SCADA系統一般由遠程控制模塊RTU、通信網絡及控制中心三部分組成。它有現場測控能力強的特點，又有信息資源系統共享的網絡通信能力。

（3）集散型分布式計算機控制系統（DOS）DOS系統是目前世界上流行的大規模控制系統，標準中線結構。這個系統也分兩部分，上層是中心管理層，下層是現場控制也就是水閘控制。整個系統由中心站主機管理，主要是對水閘控制站進行自動控制、數據記錄保存、狀態報告、下達指令以及人機操作等。水閘控制站則采取分布式控制結構，各站在主站控制下，分別由各自獨立的CPU終端管理，獨立完成本水閘的監視、控制以及與主機的通訊等。DOS系統適合于測點較多測量精度高、測控速度快的場所，它的特點是分散控制和集中監視，還有網絡通信能力、測控能力、運行可靠、易于擴展、組太方便、維護操作簡單。

2.3水閘自動控制系統的主要部件功能

2.3.1測量傳感部件。測量傳感部件的主要功能是把現場有關參數自動檢測，并將檢測結果傳到相關信息處理單元進行處理。在水閘自動控制系統中常用的測量傳感器件有閘位傳感器、水位傳感器以及對現場情況的測量，比如電壓和功率的測量、閘門越線的檢測、系統故障的檢測等。其中閘位傳感器是本系統中很重要的一個部件，傳感器的發展歷經了三代，以下簡要介紹一些傳感器：

（1）結構型傳感器

此類傳感器將反映被測量的機構位移，壓力的變化等轉換成相應的電氣量等變化，從而檢出北側信息。這種傳感器缺點是易擦損。

（2）物性型傳感器

這類傳感器永伴奧體、電解質、磁鐵等材料，轉換成相應電量變化，從而檢出被測信號，例如用光敏、聲敏、射線敏等原件制成的傳感器，物性型傳感器沒有可動部件具有密度高、體積小、重量輕的特點。

（3）智能型傳感器

這是一種以單片機為核心部件，具體檢測和處理信息功能的傳感器，有的還將信息檢測的驅動回路，和信息處理的外圍電路全部集成在傳感器內的單片機上，這種傳感器可以自己診斷、遠距離通信，并且能夠調整零點和量程。

水閘的驅動一般采用電動機，它通過減速齒輪直接帶動水閘，或通過輪轂用鋼絲繩帶動水閘。因此，可直接測量水閘的位置，或通過鋼絲繩長度的變化來測量閘門的開度；通過水位計來測量上下游水位。傳感器是影響系統精確度和可靠性的關鍵原件。目前測量上下游水位和閘門開度所用的傳感器一般由三種：碼盤、多圈電位器、壓力傳感器。實踐證明，壓力傳感器用于短期測量還是可行的，它的主要問題是溫度效應的補償及水生附著物對他的影響。上下游水位及閘門開度測量中，用的最多的是各種碼盤，由于它已經將水位或機構位移變換了成了數字量，故大大提高了抗干擾能力，有利于長距離傳輸，便于和微機鏈接。對一些特定碼制的碼盤，又可以利用其固有規律，通過微機的軟件來檢測各種錯誤，從而大大提高了數據的可信性，制造工藝水平的高低，是否及時和合理的維護是影響傳感器實用的主要問題。

2.3.2通信器。在水閘自動控制系統中，通信器是一個相當重要環節，它的可靠性、穩定性直接關系到整個系統的安危。

2.3.3現場控制單元。在水閘自動控制系統中，被控點的具有編程和運算能力的現場控制單元是很主要的一個配件，起著比較器、放大器、計算和控制等作用。RTU能定期或隨機采集測量傳感裝置的輸出數據并且進行計算，經編碼后發到控制中心，同時也可以現場打印、顯示、儲存。RTU接收控制中心命令，提供數字輸出，完成對水閘的自動控制。

2.3.4執行機構。控制系統中帶動被控制對象按輸入信號規律運動的配件叫做系統的執行元件，它是系統中能將電力轉化成機械力的動力傳導裝置，多用的是繼電器、直流伺服電動機、交流電動機、步進電動機、電磁閥等。

3.機型選擇

傳統的微機控制水閘設備基本都是單板機，隨著微機技術人工智能技術的發展單板機已經淡出了應用市場，所以水閘自動控制系統不會再采用單板機這種可以說是“老掉牙”的技術了，采用人工智能芯片可以取代以前單板機的所有功能，價格并不昂貴，作為水文、灌區這樣的單位價格一點都不難接受。所以在機型選擇上就不介紹單板機機型了。

4.系統構成

4.1硬件

硬件方面已經說了目前不在采用單板機來控制了，而采用人工智能芯片完全取代過去的單板機的所有功能，而且價格不貴性能穩定，也有停電保護裝置可以保證電閘的穩定使用。

4.2 軟件

軟件方面大致由系統軟件和用戶軟件組成。編程語言是匯編語言，所實現的功能是（1）初始化程序（2）時鐘管理程序（3）顯示、打印（4）采樣處理（5）控制執行。軟件要有如下的優點（1）模塊化，易于修改調試（2）糾錯功能可以自動找回正確指令，避免誤操作（3）抗干擾，可以排除錯誤信息的干擾、

結語：

綜上所述，本文探討了探究灌區水閘的自動控制管理技術，目前的技術和以前相比有了很大提高，水閘的自動控制技術現在依賴人工智能系統和網絡的發展，對于灌區水閘的自動控制，其自動化程度也越來越高了。

參開文獻：

（1）陸立茂.節水灌溉技術實施中存在的問題[J].發展，2006

（2）楊朋林，趙成萍，施一潭，等.基于 PLC的閘門自動控制系統的設計與實現[J].中國測試技術，2006

（3）康紹忠，蔡煥章，馮紹元，等.現代農業與生態節水的技術創新與未來研究重點[J].農業工程學報，2004

作者簡介：

李開軍（1973-），男，專科，工程師，從事水利工程建設管理工作。