上海市金山區(qū)錢圩節(jié)水灌溉骨干工程自動化系統(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，風情，溫度，濕度等參數(shù)結(jié)合在一起形成自動測報、自動控制、自動形成數(shù)據(jù)報告，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化系統(tǒng)建設(shè)項目是國家計委、水利部1999年下達上海市的節(jié)水灌溉骨干工程的重要子項目。按照《金山區(qū)節(jié)水灌溉骨干工程實施方案》的要求，在金山區(qū)錢圩水利示范區(qū)建設(shè)一個節(jié)水灌溉自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)控水節(jié)水自動化，包括小型氣象站、測流儀器、軟件開發(fā)、自動化設(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聯(lián)合研究開發(fā)，并于2000年8月30日建成通過了市計委、市水務(wù)局專家組的驗收。

　　一、系統(tǒng)控制要求

　　本系統(tǒng)由泵站自動化量測和控制系統(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350ZLK—3.3軸流泵進行自動控制，確定瞬時流量、揚程、電機功率、泵站綜合裝置效率，得出日、月、年累計流量。

　　2)對IS型噴、滴灌泵進行自動化控制，確定瞬時流量及累計流量。

　　設(shè)置兩道支渠自動化控制閘門，閘門開關(guān)實現(xiàn)遠程操作。

　　3)設(shè)置兩道支渠自動化控制閘門，閘門開關(guān)實現(xiàn)遠程操作。

　　4)對常規(guī)田和試驗田在不同灌溉模式下的各種數(shù)據(jù)進行量測，氣象5參數(shù)，田間水位墑情自動觀測。

　　5)對常規(guī)田和試驗田作物需水量進行統(tǒng)計，編報年度輸配水計劃，能夠及時調(diào)度。

　　6)實現(xiàn)以上量測與控制所形成的數(shù)據(jù)報告，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)以主控機房為中心，按信息流與動力流進行硬件配置與軟件設(shè)計，按流的定義分別完成對各自對象實施的檢測與控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：

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

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

　　3、中心控制室為主控機房，內(nèi)有配電柜（強電）、電氣控制柜（弱電）、工控機及其外圍設(shè)備。

　　三、系統(tǒng)軟件設(shè)計與硬件選型

　　1、軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計以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)、預測系統(tǒng)及相關(guān)可視化圖形界面的統(tǒng)一風格一體化的軟件包，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，能夠進行系統(tǒng)自檢，自動報警，誤操作封鎖，停電保護與系統(tǒng)恢復。

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

　　可視化：實現(xiàn)監(jiān)控過程的數(shù)字、圖形、表格的融合表達，部分設(shè)置為動畫。

　　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)。

　　小型氣象站由風速儀、風向儀、溫濕度傳感器，雨量計組成，可對示范區(qū)內(nèi)的水文情況作較為準確的測量，并配置自動數(shù)據(jù)傳感裝置。

　　田間水位測量儀采用超聲波水位儀，對田間水位進行準確測量。

　　流量測量裝置：噴灌與滴灌裝置采用電磁流量計，大田灌溉系統(tǒng)采用堰槽流量計，對其流量進行實時測量，實現(xiàn)對用水量的精確統(tǒng)計。

　　水源水位儀（泵站上下游）采用超聲波水位儀，精確計算水泵的凈揚程。

　　電氣測量裝置：電機瞬時功率變送器，計算電機的瞬時功率、總功率、電能。

　　電機、電源狀態(tài)檢測裝置：檢測電源、電機的狀態(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，并實現(xiàn)與主控計算機實時通訊。總檢測點數(shù)為32，可擴充。

　　四、系統(tǒng)外部建設(shè)

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

　　1、堰槽的設(shè)計與施工

　　根據(jù)本系統(tǒng)控制的ZLK350灌溉泵的特點，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。堰槽由導入部分、整流裝置及整流部分組成。導入部分就是把水泵提升的水導入堰槽，整流裝置由三塊10mm帶64個Ф10孔塑料板組成，整流部分使堰槽中的水流平穩(wěn)流動。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)計與施工

　　根據(jù)系統(tǒng)的要求對田間的水位進行測定，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。井體采用工廠預制的φ450砼低壓管，在軸線展開面上有φ50的孔64個，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)。防護罩為了防止雨淋和人為破壞。

　　3、支渠可控水閘的設(shè)計與施工

　　支渠可控水閘采用工廠設(shè)計制作、現(xiàn)場安裝的辦法，它由型鋼門架、不銹鋼閘門、螺桿、電機、不銹鋼防護罩及行程開關(guān)組成。因為支渠可控水閘工作環(huán)境在野外，為了美觀、實用、運行可靠，工廠設(shè)計出三種不同的方案比較，先后三次進行試驗，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，電機采用1kwY系列節(jié)能電機，螺桿長度經(jīng)過反復調(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)螺桿長度進行安裝，為防雨淋上蓋不銹鋼防護罩。

　　五、系統(tǒng)的調(diào)試與運行

　　本系統(tǒng)經(jīng)過二個月的建設(shè)，按照設(shè)計施工方案，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)理單位共同參加進行系統(tǒng)的調(diào)試和試運行。在運行過程中我們發(fā)現(xiàn)了以下幾個問題并一一進行解決：

　　1、支架可控水閘①連續(xù)出現(xiàn)報警，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，報警解除，同時也說明報警裝置起到了作用。

　　2、超聲波水位儀測定的水位與實際不符，重新確定進出水池水位采用絕對高程（吳淞標高），用水準測量往返兩次，確定田間水位用相對高程（大田平均高程為基準點），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)測量流量的方法進行校核，調(diào)整傳感器流量系數(shù)，使其符合實際。

　　六、系統(tǒng)運行維護

　　本系統(tǒng)落實專人負責系統(tǒng)的運行維護，經(jīng)過七個月的運行與使用，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、并且設(shè)有手動輔助控制系統(tǒng)和報警裝置，為系統(tǒng)的安全運行提供了保障。

　　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，風情，溫度，濕度等參數(shù)結(jié)合在一起形成自動測報、自動控制、自動形成數(shù)據(jù)報告，為提高農(nóng)田水利現(xiàn)代化做出了有益的嘗試。