前言:
闸门调节是灌区工程中经常采用的手段，闸门控制的研究对于节约能源、确保水利工程的正常运行、提高水资源的利用效率和节约用水具有重要的意义。目前国内大部分灌区已基本实现流量数据的自动采集和监测，并把数据传输到管理部门，但是在根据有关数据进行远程自动监测和控制方面成熟的经验非常少。随着现代通讯事业的不断发展，无线技术应用在控制领域中越来越成熟。利用GPRS无线网络来实现双方的通讯，从而达到用计算机来实现闸门的远程控制的目的。该系统已经在甘肃省某水利工程中投入使用，运行效果良好。
一、系统总体设计
本系统采用GPRS无线数据传输技术，分一个主站和若干个子站，通过带有GPRS功能的RTU-2600构成一个无线通讯网络，对多个断面的数据信息进行采集、传输、处理和控制。系统的总体结构图如图1所示。下位机中的传感器把引水渠中的水位值和各闸门的开度值经转换后送给编码器，编码器对水位及闸门开度信号进行编码，在通过避雷器将编码信号传给数采仪，数采仪将数据进行初步加工和处理后由无线调制解调器传给上位机，上位机即系统主站，可分别与不同的子站建立联系，查询各测点的数据，并按照用户的要求对各闸门进行控制，下位机中的控制箱接收到此信息，经过计算，发出控制信号自动控制闸门到一定的开度，达到自动控制的目的。
图1 闸门远程自动监测与控制结构图
二、系统通讯设计
上位机与下位机都采用工控机，性能稳定、工作可靠。处理数据能力强，便于以后的扩展。上位机与下位机利用GPRS RTU通讯，采用国家水利行业规定的专用频段。上位机将闸门操作指令（上升、下降、停止）转换成数字信号，由无线GPRS RTU发给下位机，从而实现上位机与下位机的无线通讯。
上位机与下位机的距离一般比较远，一般大于2 公里，这样采用RS485（有线）无法通讯。可以采用电话传输、光缆传输或无线传输方式通讯。利用有线方式传输需要架设通讯线路，一般在多山地带，架设困难，也不完全符合防汛要求。在这种情况下可以采用无线通讯方式。直接由工控机组成上位机和下位机RTU系统，配合现场控制屏组网工作。上位机与下位机之间以GPRS无线方式通讯，下位机到现场控制屏之间以RS-485方式通讯。这样上位机与下位机可以分别通过对现场控制屏的操作来实现对闸门的控制。从而实现对闸门的近距离和远距离的控制。
三、 中心控制室
中心控制室是整个系统的调度中心，主要由工控机、GPRS RTU、调制解调器和上位机软件等构成。工控机作为上位机对闸门进行远程控制，以及对实时采集来的闸门开度、水库水位进行数据处理入库等操作。通过水库水位（H1）、闸门开度（H2）和实际H1 H2～Q、H～M、H～V曲线，计算机自动对比计算出放水流量、水库库容、库面面积等。可以随时观察水库水位和蓄水量等参数的变化情况。计算机设计有标准软硬件接口，可以与水情自动遥测、大坝自动观测等系统共同组成水库运行调度系统。
作为系统工作安全的要求，对闸门的操作有严格的使用权限，设有软硬件隔离，操作指令保护措施。闸门开度、操作时间、操作者姓名及时入库保存，只有高级管理员才可以修改。这样可以保证闸门操作的安全。
四、 设备介绍
4.1 无线远程测控终端RTU-2600介绍
RTU-2600 系列可编程远程测控终端将采集、控制、通讯三种功能合为一体，特有的嵌入式设计可大大节省安装面板空间；集成强大的通讯能力可通过卫星、GSM/GPRS/CDMA1x、无线基站、电话线等方式使数据传输更加便捷；特殊的编码器、脉冲捕捉、高速记数、PWM输出等功能可以为您提供更高一级的控制支持；高速达40M的CPU，提供了方便的二次开发C语言平台，您可以开发各种复杂的算法并且可与组态软件的无缝连接。
4.2 现场显示装置HMI-3800介绍
现场采用HMI-3800系列显示屏作为显示设备，采用键盘进行输入数据，键盘提供切换键、时间设置键、控制键三个按键，通过三个按键显示水位、流量、闸门开度、日期和时间。切换键实现上述四个功能的转换，时间设置键用于修改日期和时间，控制键用于对电机启停进行控制。
4.3 闸门开度仪
闸门开度仪采用弹拉式开度仪，它是将测量柔丝的线位移转换成码盘的角位移，以达到用编码器来测量线位移的目的。同时将闸门的开度转换成模拟信号传到现场控制屏里，完成测量工作。
结语：
本文以甘肃省某灌区为例，全面分析了灌区闸门自动化控制系统的整体结构及其设计，对其软件开发和硬件选择作了全面阐述，并总结了提高自动化系统可靠性的经验，为提高灌区现代化管理水平提供了有利的工具，具有较高的使用价值和广泛的应用前景。
