前言:
閘門調(diào)節(jié)是灌區(qū)工程中經(jīng)常采用的手段，閘門控制的研究對于節(jié)約能源、確保水利工程的正常運行、提高水資源的利用效率和節(jié)約用水具有重要的意義。目前國內(nèi)大部分灌區(qū)已基本實現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的自動采集和監(jiān)測，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾聿块T，但是在根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)進行遠程自動監(jiān)測和控制方面成熟的經(jīng)驗非常少。隨著現(xiàn)代通訊事業(yè)的不斷發(fā)展，無線技術(shù)應用在控制領(lǐng)域中越來越成熟。利用GPRS無線網(wǎng)絡來實現(xiàn)雙方的通訊，從而達到用計算機來實現(xiàn)閘門的遠程控制的目的。該系統(tǒng)已經(jīng)在甘肅省某水利工程中投入使用，運行效果良好。
一、系統(tǒng)總體設計
本系統(tǒng)采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，分一個主站和若干個子站，通過帶有GPRS功能的RTU-2600構(gòu)成一個無線通訊網(wǎng)絡，對多個斷面的數(shù)據(jù)信息進行采集、傳輸、處理和控制。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。下位機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，編碼器對水位及閘門開度信號進行編碼，在通過避雷器將編碼信號傳給數(shù)采儀，數(shù)采儀將數(shù)據(jù)進行初步加工和處理后由無線調(diào)制解調(diào)器傳給上位機，上位機即系統(tǒng)主站，可分別與不同的子站建立聯(lián)系，查詢各測點的數(shù)據(jù)，并按照用戶的要求對各閘門進行控制，下位機中的控制箱接收到此信息，經(jīng)過計算，發(fā)出控制信號自動控制閘門到一定的開度，達到自動控制的目的。
圖1 閘門遠程自動監(jiān)測與控制結(jié)構(gòu)圖
二、系統(tǒng)通訊設計
上位機與下位機都采用工控機，性能穩(wěn)定、工作可靠。處理數(shù)據(jù)能力強，便于以后的擴展。上位機與下位機利用GPRS RTU通訊，采用國家水利行業(yè)規(guī)定的專用頻段。上位機將閘門操作指令（上升、下降、停止）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由無線GPRS RTU發(fā)給下位機，從而實現(xiàn)上位機與下位機的無線通訊。
上位機與下位機的距離一般比較遠，一般大于2 公里，這樣采用RS485（有線）無法通訊?？梢圆捎秒娫拏鬏敗⒐饫|傳輸或無線傳輸方式通訊。利用有線方式傳輸需要架設通訊線路，一般在多山地帶，架設困難，也不完全符合防汛要求。在這種情況下可以采用無線通訊方式。直接由工控機組成上位機和下位機RTU系統(tǒng)，配合現(xiàn)場控制屏組網(wǎng)工作。上位機與下位機之間以GPRS無線方式通訊，下位機到現(xiàn)場控制屏之間以RS-485方式通訊。這樣上位機與下位機可以分別通過對現(xiàn)場控制屏的操作來實現(xiàn)對閘門的控制。從而實現(xiàn)對閘門的近距離和遠距離的控制。
三、中心控制室
中心控制室是整個系統(tǒng)的調(diào)度中心，主要由工控機、GPRS RTU、調(diào)制解調(diào)器和上位機軟件等構(gòu)成。工控機作為上位機對閘門進行遠程控制，以及對實時采集來的閘門開度、水庫水位進行數(shù)據(jù)處理入庫等操作。通過水庫水位（H1）、閘門開度（H2）和實際H1 H2～Q、H～M、H～V曲線，計算機自動對比計算出放水流量、水庫庫容、庫面面積等?？梢噪S時觀察水庫水位和蓄水量等參數(shù)的變化情況。計算機設計有標準軟硬件接口，可以與水情自動遙測、大壩自動觀測等系統(tǒng)共同組成水庫運行調(diào)度系統(tǒng)。
作為系統(tǒng)工作安全的要求，對閘門的操作有嚴格的使用權(quán)限，設有軟硬件隔離，操作指令保護措施。閘門開度、操作時間、操作者姓名及時入庫保存，只有高級管理員才可以修改。這樣可以保證閘門操作的安全。
四、設備介紹
4.1 無線遠程測控終端RTU-2600介紹
RTU-2600 系列可編程遠程測控終端將采集、控制、通訊三種功能合為一體，特有的嵌入式設計可大大節(jié)省安裝面板空間；集成強大的通訊能力可通過衛(wèi)星、GSM/GPRS/CDMA1x、無線基站、電話線等方式使數(shù)據(jù)傳輸更加便捷；特殊的編碼器、脈沖捕捉、高速記數(shù)、PWM輸出等功能可以為您提供更高一級的控制支持；高速達40M的CPU，提供了方便的二次開發(fā)C語言平臺，您可以開發(fā)各種復雜的算法并且可與組態(tài)軟件的無縫連接。
4.2 現(xiàn)場顯示裝置HMI-3800介紹
現(xiàn)場采用HMI-3800系列顯示屏作為顯示設備，采用鍵盤進行輸入數(shù)據(jù)，鍵盤提供切換鍵、時間設置鍵、控制鍵三個按鍵，通過三個按鍵顯示水位、流量、閘門開度、日期和時間。切換鍵實現(xiàn)上述四個功能的轉(zhuǎn)換，時間設置鍵用于修改日期和時間，控制鍵用于對電機啟停進行控制。
4.3 閘門開度儀
閘門開度儀采用彈拉式開度儀，它是將測量柔絲的線位移轉(zhuǎn)換成碼盤的角位移，以達到用編碼器來測量線位移的目的。同時將閘門的開度轉(zhuǎn)換成模擬信號傳到現(xiàn)場控制屏里，完成測量工作。
結(jié)語：
本文以甘肅省某灌區(qū)為例，全面分析了灌區(qū)閘門自動化控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及其設計，對其軟件開發(fā)和硬件選擇作了全面闡述，并總結(jié)了提高自動化系統(tǒng)可靠性的經(jīng)驗，為提高灌區(qū)現(xiàn)代化管理水平提供了有利的工具，具有較高的使用價值和廣泛的應用前景。
