上海市金山區(qū)錢圩節(jié)水灌溉骨干工程自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展前景探討

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簡介： 上海市金山區(qū)錢圩節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)集信息技術(shù)，控制技術(shù)，工程技術(shù)于一體，有機(jī)地把田間可控水閘、灌溉泵、噴灌泵、滴灌泵與田間墑情，雨情，風(fēng)情，溫度，濕度等參數(shù)結(jié)合在一起形成自動(dòng)測報(bào)、自動(dòng)控制、自動(dòng)形成數(shù)據(jù)報(bào)告，為提高農(nóng)田水利現(xiàn)代化做出了有益的嘗試。
關(guān)鍵字：節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展前景

上海市金山區(qū)錢圩節(jié)水灌溉骨干工程自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目是國家計(jì)委、水利部1999年下達(dá)上海市的節(jié)水灌溉骨干工程的重要子項(xiàng)目。按照《金山區(qū)節(jié)水灌溉骨干工程實(shí)施方案》的要求，在金山區(qū)錢圩水利示范區(qū)建設(shè)一個(gè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控水節(jié)水自動(dòng)化，包括小型氣象站、測流儀器、軟件開發(fā)、自動(dòng)化設(shè)備。本系統(tǒng)由上海市金山區(qū)排灌管理所和華東理工大學(xué)聯(lián)合研究開發(fā)，并于2000年8月30日建成通過了市計(jì)委、市水務(wù)局專家組的驗(yàn)收。

　　一、系統(tǒng)控制要求

　　本系統(tǒng)由泵站自動(dòng)化量測和控制系統(tǒng)、大田墑情觀測系統(tǒng)、支渠放水口自動(dòng)控制系統(tǒng)、輸配水調(diào)度系統(tǒng)四部分組成。

　　量測與控制的具體要求是:

　　1)對(duì)350ZLK—3.3軸流泵進(jìn)行自動(dòng)控制，確定瞬時(shí)流量、揚(yáng)程、電機(jī)功率、泵站綜合裝置效率，得出日、月、年累計(jì)流量。

　　2)對(duì)IS型噴、滴灌泵進(jìn)行自動(dòng)化控制，確定瞬時(shí)流量及累計(jì)流量。

　　設(shè)置兩道支渠自動(dòng)化控制閘門，閘門開關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

　　3)設(shè)置兩道支渠自動(dòng)化控制閘門，閘門開關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

　　4)對(duì)常規(guī)田和試驗(yàn)田在不同灌溉模式下的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行量測，氣象5參數(shù)，田間水位墑情自動(dòng)觀測。

　　5)對(duì)常規(guī)田和試驗(yàn)田作物需水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，編報(bào)年度輸配水計(jì)劃，能夠及時(shí)調(diào)度。

　　6)實(shí)現(xiàn)以上量測與控制所形成的數(shù)據(jù)報(bào)告，能夠打印、顯示，操作簡便，易于掌握。

　　二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)以主控機(jī)房為中心，按信息流與動(dòng)力流進(jìn)行硬件配置與軟件設(shè)計(jì)，按流的定義分別完成對(duì)各自對(duì)象實(shí)施的檢測與控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：

　　1、集成信號(hào)采集系統(tǒng)由集成信號(hào)采集裝置統(tǒng)一采集各類信息，通過RS232接口與主控計(jì)算機(jī)通訊，提供所采集的信息。信號(hào)采集使用巡檢方式。

　　2、集成控制系統(tǒng)，為提高控制系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性，采取了兩級(jí)控制方案。上位機(jī)采用工控機(jī)，下位機(jī)采用PLC繼電控制系統(tǒng)。

　　3、中心控制室為主控機(jī)房，內(nèi)有配電柜（強(qiáng)電）、電氣控制柜（弱電）、工控機(jī)及其外圍設(shè)備。

　　三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與硬件選型

　　1、軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)以WindowNT作為基本操作系統(tǒng)，使用VC+6.0作為編程軟件，生成含數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)庫管理、控制系統(tǒng)、預(yù)測系統(tǒng)及相關(guān)可視化圖形界面的統(tǒng)一風(fēng)格一體化的軟件包，具有高可靠性，友好性和可視化。

　　高可靠性：作為一種可在無人職守狀態(tài)下工作的控制軟件，能夠進(jìn)行系統(tǒng)自檢，自動(dòng)報(bào)警，誤操作封鎖，停電保護(hù)與系統(tǒng)恢復(fù)。

　　友好性：作為一種現(xiàn)場操作軟件，容易理解，易操作，具有電腦初級(jí)水平就可以操作。

　　可視化：實(shí)現(xiàn)監(jiān)控過程的數(shù)字、圖形、表格的融合表達(dá)，部分設(shè)置為動(dòng)畫。

　　2、硬件選型

　　本系統(tǒng)硬件選型的基本原則是：考慮到田間的工作環(huán)境。采用的硬件必須性能穩(wěn)定，可靠性，集成度高，要求供貨商提供高質(zhì)量的售后服務(wù)。

　　小型氣象站由風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、溫濕度傳感器，雨量計(jì)組成，可對(duì)示范區(qū)內(nèi)的水文情況作較為準(zhǔn)確的測量，并配置自動(dòng)數(shù)據(jù)傳感裝置。

　　田間水位測量儀采用超聲波水位儀，對(duì)田間水位進(jìn)行準(zhǔn)確測量。

　　流量測量裝置：噴灌與滴灌裝置采用電磁流量計(jì)，大田灌溉系統(tǒng)采用堰槽流量計(jì)，對(duì)其流量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，實(shí)現(xiàn)對(duì)用水量的精確統(tǒng)計(jì)。

　　水源水位儀（泵站上下游）采用超聲波水位儀，精確計(jì)算水泵的凈揚(yáng)程。

　　電氣測量裝置：電機(jī)瞬時(shí)功率變送器，計(jì)算電機(jī)的瞬時(shí)功率、總功率、電能。

　　電機(jī)、電源狀態(tài)檢測裝置：檢測電源、電機(jī)的狀態(tài)，確保正確控制規(guī)則的執(zhí)行，配置電器控制箱及繼電控制器件。

　　集成信息巡檢裝置：將所需檢測的信號(hào)經(jīng)過必要的轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一輸送到集成化巡檢裝置中，并實(shí)現(xiàn)與主控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊?？倷z測點(diǎn)數(shù)為32，可擴(kuò)充。

　　四、系統(tǒng)外部建設(shè)

　　系統(tǒng)外部建設(shè)是節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)使用、運(yùn)行可靠性和準(zhǔn)確性的保證，堰槽、水位井、支渠可控水閘的設(shè)計(jì)與施工是外部建設(shè)的三大關(guān)鍵。

　　1、堰槽的設(shè)計(jì)與施工

　　根據(jù)本系統(tǒng)控制的ZLK350灌溉泵的特點(diǎn)，采用量水堰法測定其流量。由于開敞式軸流泵的流量比較大且表面波動(dòng)大，影響精確度，故專門做了測流槽放置整流板穩(wěn)定表面水流。堰槽由導(dǎo)入部分、整流裝置及整流部分組成。導(dǎo)入部分就是把水泵提升的水導(dǎo)入堰槽，整流裝置由三塊10mm帶64個(gè)Ф10孔塑料板組成，整流部分使堰槽中的水流平穩(wěn)流動(dòng)。末端安裝流速傳感器，在靠近堰口并在水舌下面設(shè)置通氣孔，已保證水舌內(nèi)側(cè)完全暢通。整個(gè)堰槽寬100cm ，高120cm，長1500cm，槽內(nèi)側(cè)光滑平直，槽底平而光滑，堰槽的設(shè)計(jì)與施工符合《泵站現(xiàn)場測試規(guī)范》SD140-85（水利電力出版社）的要求。

　　2、水位井的設(shè)計(jì)與施工

　　根據(jù)系統(tǒng)的要求對(duì)田間的水位進(jìn)行測定，采用水位井加超聲波水位儀。水位井就是為超聲波水位儀測定田間水位提供必要的條件。水位井由過濾系統(tǒng)、井體、支架及防護(hù)罩四部分組成。過濾系統(tǒng)就是把土壤水通過土工布，5～15mm中砂， 15～40mm碎石三層過濾送入井體，而不把土顆粒帶入井體，引起淤積。井體采用工廠預(yù)制的φ450砼低壓管，在軸線展開面上有φ50的孔64個(gè)，利于土壤水流入井體。支架便于安裝超聲波水位儀，距井頂40cm，使超聲波水位儀測量水位不致于產(chǎn)生盲區(qū)。防護(hù)罩為了防止雨淋和人為破壞。

　　3、支渠可控水閘的設(shè)計(jì)與施工

　　支渠可控水閘采用工廠設(shè)計(jì)制作、現(xiàn)場安裝的辦法，它由型鋼門架、不銹鋼閘門、螺桿、電機(jī)、不銹鋼防護(hù)罩及行程開關(guān)組成。因?yàn)橹煽厮l工作環(huán)境在野外，為了美觀、實(shí)用、運(yùn)行可靠，工廠設(shè)計(jì)出三種不同的方案比較，先后三次進(jìn)行試驗(yàn)，最后采用錳鋼型鋼熱鍍。閘門用工字鋼及鋼板電焊制板內(nèi)置止水橡皮，不銹鋼包面，規(guī)格18×800mm，電機(jī)采用1kwY系列節(jié)能電機(jī)，螺桿長度經(jīng)過反復(fù)調(diào)試確定，不僅能放到底，又能不沖破門頂，行程開關(guān)根據(jù)螺桿長度進(jìn)行安裝，為防雨淋上蓋不銹鋼防護(hù)罩。

　　五、系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行

　　本系統(tǒng)經(jīng)過二個(gè)月的建設(shè)，按照設(shè)計(jì)施工方案，超聲波水位儀安裝、水位井施工、支架可控水閘、小型氣象站、電器控制柜、水泵流量計(jì)等全部到位。由供貨商、施工單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位共同參加進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試和試運(yùn)行。在運(yùn)行過程中我們發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)問題并一一進(jìn)行解決：

　　1、支架可控水閘①連續(xù)出現(xiàn)報(bào)警，查找原因發(fā)現(xiàn)閘門底止水壓的過緊，調(diào)整行程開關(guān)向上0.5cm以后，報(bào)警解除，同時(shí)也說明報(bào)警裝置起到了作用。

　　2、超聲波水位儀測定的水位與實(shí)際不符，重新確定進(jìn)出水池水位采用絕對(duì)高程（吳淞標(biāo)高），用水準(zhǔn)測量往返兩次，確定田間水位用相對(duì)高程（大田平均高程為基準(zhǔn)點(diǎn)），水位井1、水位井2頂面高程一致。

　　3、灌溉泵的流量偏大，采用傳統(tǒng)測量流量的方法進(jìn)行校核，調(diào)整傳感器流量系數(shù)，使其符合實(shí)際。

　　六、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)

　　本系統(tǒng)落實(shí)專人負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，經(jīng)過七個(gè)月的運(yùn)行與使用，無出現(xiàn)大的故障，證明系統(tǒng)可靠性較高，系統(tǒng)操作界面友好、形象美觀、可控行強(qiáng)、并且設(shè)有手動(dòng)輔助控制系統(tǒng)和報(bào)警裝置，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了保障。

　　七、結(jié)語

　　上海市金山區(qū)錢圩節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)集信息技術(shù)，控制技術(shù)，工程技術(shù)于一體，有機(jī)地把田間可控水閘、灌溉泵、噴灌泵、滴灌泵與田間墑情，雨情，風(fēng)情，溫度，濕度等參數(shù)結(jié)合在一起形成自動(dòng)測報(bào)、自動(dòng)控制、自動(dòng)形成數(shù)據(jù)報(bào)告，為提高農(nóng)田水利現(xiàn)代化做出了有益的嘗試。