前言:
閘門調節(jié)是灌區(qū)工程中經常采用的手段，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。目前國內大部分灌區(qū)已基本實現流量數據的自動采集和監(jiān)測，并把數據傳輸到管理部門，但是在根據有關數據進行遠程自動監(jiān)測和控制方面成熟的經驗非常少。隨著現代通訊事業(yè)的不斷發(fā)展，無線技術應用在控制領域中越來越成熟。利用GPRS無線網絡來實現雙方的通訊，從而達到用計算機來實現閘門的遠程控制的目的。該系統(tǒng)已經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無線數據傳輸技術，分一個主站和若干個子站，通過帶有GPRS功能的RTU-2600構成一個無線通訊網絡，對多個斷面的數據信息進行采集、傳輸、處理和控制。系統(tǒng)的總體結構圖如圖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轉換后送給編碼器，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采儀，數采儀將數據進行初步加工和處理后由無線調制解調器傳給上位機，上位機即系統(tǒng)主站，可分別與不同的子站建立聯系，查詢各測點的數據，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)測與控制結構圖
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。處理數據能力強，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）轉換成數字信號，由無線GPRS RTU發(fā)給下位機，從而實現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)，配合現場控制屏組網工作。上位機與下位機之間以GPRS無線方式通訊，下位機到現場控制屏之間以RS-485方式通訊。這樣上位機與下位機可以分別通過對現場控制屏的操作來實現對閘門的控制。從而實現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)的調度中心，主要由工控機、GPRS RTU、調制解調器和上位機軟件等構成。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、水庫水位進行數據處理入庫等操作。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。可以隨時觀察水庫水位和蓄水量等參數的變化情況。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、電話線等方式使數據傳輸更加便捷；特殊的編碼器、脈沖捕捉、高速記數、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 現場顯示裝置HMI-3800介紹
現場采用HMI-3800系列顯示屏作為顯示設備，采用鍵盤進行輸入數據，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。切換鍵實現上述四個功能的轉換，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換成模擬信號傳到現場控制屏里，完成測量工作。
結語：
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)的整體結構及其設計，對其軟件開發(fā)和硬件選擇作了全面闡述，并總結了提高自動化系統(tǒng)可靠性的經驗，為提高灌區(qū)現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。
