灌区泵站及闸门控制自动化系统

根据灌区泵站及闸门控制现状，利用智能终端与互联网相结合方法，实施取水、输水、供水、灌溉、排水、防洪和水资源管理等自动控制系统，实现骨干渠道灌排闸门现场及远程自动控制和远程监测监视，达到计划配水、精准灌溉，高效利用水资源目标。

(1)闸站监控平台

根据灌区闸站控制现状，利用智能终端与互联网相结合方法，建设灌区闸站智能管控平台，实现取水、输水、供水、灌溉、排水、防洪及水资源管理等自动控制系统，实现灌区部分泵站和骨干渠系闸门现场及远程自动控制。其它分支渠系针对重要取、用、排水闸，实现远程自动控制、运行监测和视频监控，改善灌区工作人员的工作方式，提高工作效率。

闸站智能监控平台主要包括闸站智能控制方案、信息采集处理、信息查询、水闸远程自动控制系统、泵站远程自动控制系统、安全管理、监测报警、故障诊断、信息上传等功能模块。根据操作权限，设置中心站远程集中调度层、管理段监控层和现地控制层。主要功能如下：

①闸站智能控制方案主要是根据调配方案，自动生成闸站控制方案，实现闸站的自动化远程控制，精确控制灌区水源、渠系、用水户等的水位水量关系。

②信息采集处理是自动采集多种数据、参数包括各闸站的运行状态、电量参数、闸站上下游水位、视频、雨量、闸门开度、泵站流量等信息，经过分析处理，将数据存入数据库，反馈至水量调度决策支持系统，实现水量调度闭环控制，实时调整水量调度方案，使得整个灌区实现水量的平衡调度，使得灌溉系统始终处于最佳工作状态。

③信息查询是为灌区管理人员以及有操作权限的调度人员提供信息查询服务，包括闸站的基本情况、工程布置、运行情况、上下游水位、视频、雨量、开度、流量等信息以及各种统计报表。

④闸门自动控制系统是根据控制方案、操作方式的选择和闸门当前状态等信息，在管理段、分中心、中心站等处实现远程控制闸门开度，实现对灌区闸门的远程自动控制，实现对水源、渠系的水位、流量的精准控制，可实现闸门远程开度控制、远程水位控制、远程流量控制、渠道控制等多种控制模式，控制模式可相互切换。

⑤泵站自动控制系统根据控制方案、操作方式的选择以及用水需求，实现管理段、分中心、中心站等处的远程集中，也可由调度中心发送控制调度指令，由泵站管理单位现地手动或自动控制水泵的启停操作。

⑥安全管理是对不同用户，如：系统管理员、运行操作员、一般监视员建立用户，进行授权管理，如运行操作员具有对现场设备的操作控制权而系统管理员可进行系统授权管理。设置权限分类，设置紧急急停控制功能，实现闸门故障多重保护和报警功能等功能。

当系统中有设备不正常运行影响到工程安全时，系统可进行自我保护。当运行状态超出安全值或者保护动作阈值时，监控系统自动发出命令切断电源、终止运行并发出报警信号及显示。

⑦监测报警是对各种监测数据和系统运行状态进行实时监视。对启闭设备、辅助设备、变配电设备等主要设备的启停过程进行监视与顺序记录，当发生故障时能够给出故障原因。完成故障信号、参数越限等信号的画面报警与数据记录。定时巡回检测各类故障信号，故障时记录故障信息。故障时自动发出报警信号，事故时自动停机。

⑧故障诊断是设置故障自检模块，在线或离线自检设备的故障，故障诊断应能定位到模块。当诊断出外围设备故障时能自动切除外围设备并发报警信号及显示。可对系统软件进行在线诊断，能诊断出故障软件功能模块及故障性质，闭锁控制输出，发出报警信息及显示。

⑨信息上传是由本平台将采集的闸门实时运行状态、闸门调度信息、电量参数、闸前闸后水位、视频/图片等信息通过4G/5G的通信方式将数据上传至政务云灌区信息管理平台。

(2)闸站建设

①站点布设原则

根据干渠闸门监控点布设方案按照水利部指南要求，对于骨干渠(管)道上设计流量达到一定规模的进水闸、分水闸、节制闸等，设计流量达到一定规模的排水闸，配置闸门自动控制系统。

根据现场供电及闸门结构情况，干渠上的节制闸、泄洪闸和重要分水闸等较大的闸门尽量采用交流供电，为交流闸控站。

(3)闸控方案设计

a)框架结构

交流闸门监控系统由交流闸控站、传输网络、闸门监控管理段和调度指挥中心等组成。闸控站通过租用VPN与管理段监控计算机通信，PLC配4G/5G模块直接与云平台灌区管理系统通信。

b)系统功能

闸控系统主要是监视和控制现场闸门，主要功能如图

①数据采集

交流闸控站采集闸门开度、闸门上(或下)游水位、电机工作电流、闸门运行状态和故障信息。

②闸门操作和控制功能

定闸位控制：将所需闸门开度预置在现场终端单元中或远程监控工作站上

设置，使闸门能通过现地控制或远程自动控制停留在预定位置。

急停控制：在现场遇到紧急意外情况，能够实施急停处理。

工作方式切换控制：可通过切换开关，实现自动、手动以及锁定操作三种

方式

现场自动控制：现场操作员能够通过控制屏上的相应按钮和开关，预设闸

门开度值，自动启动闸门，实现现场自动控制功能。运行过程中各种状态可通过控制屏显示装置实时显示。

手动操作控制：现场闸控站操作员能通过控制屏上的相应按钮和开关，启

动闸门运行，通过人工观测或现场显示的信息控制闸门到达所需位置。

③系统通信

能够与管理单位闸门监控计算机进行通信，实现闸控站信息的上传，并接受远程控制指令。

④系统诊断

闸门监控装置硬件故障诊断：可在线或离线自检设备的故障，故障诊断应

能定位到模块。

软件故障诊断：应用软件运行时，若遇故障应能自动给出故障性质及部

位，并提供相应的软件诊断工具。

在线运行时，当诊断出故障，应能自动闭锁控制出口或切换到备用系统，

将故障信息上送监控工作站或云平台，以便显示，打印和报警。

c)技术实现

(一)闸控站组成

闸控站由水位计、闸位计、限位开关、PLC控制柜、网络设备、交流供电单

元等组成。

 采集数据：

通过闸位计采集闸门开度；

通过水位计采集水位；

通过接触器辅助触点监测电动机运行状态；

通过限位开关监测闸门限位状态；

监测电机热保护状态。

控制：

通过DO输出量控制二次回路的接触器切换形成电机正反转，从而实现闸门启闭。

显示和报警：

通信：

现场PLC配置TCP/IP通信网络模块，通过网络模块和闸室内配置的交换机连接，再通过交换机与VPN连接。

(二)闸门监控软件

软件组成

软件总体由管理站监控软件和现场闸门监控软件二部分组成。管理站监控软件安装于工控机中，现场闸门监控软件运行在现场PLC中。

主控窗口：主程序界面，人机交互，数据、状态、报警显示，闸门运动模拟显示，闸门控制按钮，闸位输入对话框，控制权限显示与切换

闸门控制模块：满足条件后，从监控界面下达闸门远程控制命令以控制现场闸门启闭。监控界面设置闸门升降停按钮实现远程手动闸门启闭；在定闸位控制输入框中输入需要到达的开度，确认后下达定闸位控制命令，远程闸控站执行，闸门运行到指定开度自动停止；监控软件显示现场渠道流量，可以根据需要人工调整上游节制闸的开度，达到调节流量的目地。

数据处理模块：进行闸控系统各种数据处理，是监控程序主要功能模块，负责所有闸控站点上报数据的存储、查询、统计、报表、图示、打印等工作。

系统管理模块：主要管理系统登录、退出，用户建立、删除、权限、名称、密码管理，用户登录、退出，安全管理等。

报警管理模块：管理报警，对远程报警、事件触发或定时记录，本地事件记录、查询、报表、显示等功能。

通信管理模块：后台通信驱动，是监控系统软件的基础，负责数据传输的，数据采集、命令下达均通过需要调用此类模块。

软件实现功能

1)数据通信

①采集现场闸控PLC所能够采集到的各种数据、状态信息；

②发送各种控制命令，读取命令

2)显示功能

①各闸控站、水位测点地理位置分布图，各站点旁显示水位、闸位、流量实时数据，鼠标可点击选择进入各闸控站具体控制窗口；

②各水位站水位数据、电源信息；闸控站闸位数据、电源信息、闸门上下限、控制方式、通讯状态等状态集中实时显示；

③各闸控站具体控制窗口，由鼠标点击选择打开和关闭，包括闸门运动动画模拟显示、通讯状态指示、闸门上限、下限、电源指示、控制权限指示。

3)控制功能

①闸门的远程升降停按钮控制，软件控制界面应具备闸门升降停按钮，可以在现场通信正常、获得授权后高亮显示，在用户权限允许的情况下，按下按钮后发出控制命令给闸控现场PLC；

②远程定闸位控制，具备必要的权限(通信、软件权限、用户权限)情况下，在定闸位控制界面的闸位输入窗口输入需要的闸位值并确认，闸位值发送给现场PLC，现场控制柜负责将闸门启闭到此指定开度，然后复位此命令；

③定流量控制：可以根据现时流量调节闸门开度，从而调节闸后流量到需要的数值。

4)数据处理应用：数据记录、数据查询、曲线生成、报表生成功能

①数据记录：按一定的时间间隔或一定的参数变化幅度记录水位、闸位、流量数据，现场状态变化情况，数据记录时间，

②操作记录：记录操作人员对各闸控站闸门的操作命令，包括操作时间、操作人员、及具体动作命令。

③报警记录：记录闸门超限、通讯故障、闸门故障等报警信息。