余水發(fā)

(上饒市水利電力勘測設計院，江西 上饒 334000)

0 引 言

隨著高科技的迅猛發(fā)展，促使自動化技術在各個領域中得到不斷的運用，并且為了提升人民的幸福感和滿足感，必須要不斷地提升人民的生活質量[1_2]；而水利水電工程是影響人民生活質量的重要工程之一，所以必須不斷擴大水利水電工程的服務范圍，為人民帶來高質量服務[3_4]。

江西省玉山縣七一灌區(qū)信息化工作已開展多年，相繼建設了大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、水雨情測報系統(tǒng)、視頻會商系統(tǒng)、閘門自動化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、灌區(qū)量測水系統(tǒng)、灌區(qū)綜合管理系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，各系統(tǒng)在水資源利用、防洪調度、工程安全、生態(tài)安全和事務管理等方面發(fā)揮了重要作用。由于七一灌區(qū)各信息系統(tǒng)建設時期不同，建設背景不同，建設深度不一，系統(tǒng)架構差異性大、協(xié)同能力弱，現有系統(tǒng)不能完全滿足新時期七一灌區(qū)信息化和現代化發(fā)展的需求[5_8]。

因此，為貫徹落實江西省人民政府及江西省水利廳下發(fā)的《意見》及《實施方案》等文件精神，從七一灌區(qū)管理實際需求和信息化現狀出發(fā)，擬在原信息化建設基礎上，運用現代信息和通信技術手段感測、分析、整合工程運行核心系統(tǒng)的各項關鍵信息，提升整合現有各應用系統(tǒng)，從而對包括工程安全、防洪安全、生態(tài)安全、水資源綜合利用等在內的各項業(yè)務需求提供智能響應，實現水利工程實時信息監(jiān)控、工程運行管理、上下級信息共享及聯動等，提升工程業(yè)務一體化協(xié)同的能力和管理效能，為工程經濟及社會發(fā)展提供有力保障。

1 系統(tǒng)的構成

電氣自動化技術是將現代網絡信息技術和電子信息技術相互結合，同時具有兩種技術的優(yōu)點。在許多領域中都已經將電氣自動化技術作為領域發(fā)展的核心技術，其能夠有效提升工作效率，減少人工成本，也能避免因人為因素而造成的經濟損失。電氣自動化技術采用無人操作代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作，使工作更加簡便，帶來了高效率的工作模式。據調查所知，電氣自動化技術已經滲透在我們的生活當中，在地鐵、公交、商店等系統(tǒng)中能夠成熟運用。因此，電氣自動化技術在各個領域中應用是必然的，能夠推動我國人工智能的發(fā)展，逐漸解放人類的勞動力，全面提升各行各業(yè)的工作效率，促進全球經濟的發(fā)展。

因為科技水平不斷提高，促進計算機網絡技術在全球覆蓋，許多企業(yè)的發(fā)展已經離不開計算機網絡技術，改變以往的運行模式，能推動企業(yè)快速發(fā)展[9_10]。特別是水利水電行業(yè)，電氣自動化技術在水利水電工程中已經熟練應用，形成了一種新型的運行模式，工程運行時無需大量的人工，利用計算機控制相關的機器設備運行，并合理優(yōu)化機器設備運行機制，能顯著減少人工操作的錯誤率。因此，目前的水利水電工程利用電氣自動化技術可達到智能值班、智能監(jiān)控等目的。電氣自動化技術主要利用計算機技術以及監(jiān)控設備等相互組成，利用計算機技術編程控制器模塊達到系統(tǒng)自動化運行的功能，實現智能值班、智能監(jiān)控等。

如圖1所示，七一水利水電工程中采用電氣自動化技術時，主要依靠現場控制線、RS485、傳感器以及智能設備達到自動化的目的。根據工程規(guī)劃設計合理的設備分布圖，按照設備的順序進行安裝，最終能夠得到一個電氣自動化水利水電系統(tǒng)。該系統(tǒng)為開放式運行系統(tǒng)，具有擴展的功能，能夠結合系統(tǒng)和結構上的差異性，然后合理調整監(jiān)控體系。不僅如此，在系統(tǒng)結構中還安裝有許多的配套設備，可使該系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到顯著提高。

圖1 七一水利水電工程電氣自動化系統(tǒng)的構成

2 特點及應用價值

2.1 電氣自動化特點

電氣自動化技術具有許多特點。在七一水利水電工程中應用能夠使現場調度的能力增強，合理調控各個機器的運行狀態(tài)，提高機器的相互配合能力；能夠降低一些能源的損耗，減少能源浪費，降低水利水電工程的運行成本。因此，對于七一水利水電工程而言，不僅能夠提高能源的利用效率，也能提升機器間的配合能力，增強機器的工作能力。目前電氣自動化技術是新型技術，結合了電子信息技術和計算機技術，其復雜性大，創(chuàng)新難度也高，但還是具有很大的發(fā)展空間。

2.2 應用價值

電氣自動化技術能為水利水電工程帶來許多經濟價值。七一水利水電工程中應用電氣自動化技術能合理控制每個機器設備，通過人工智能使每個機器都處于高效的運行狀態(tài)。水利水電工程龐大的規(guī)模需要大量的設備支撐，人工調控無法使每個機器設備都相互協(xié)調運行，而采用電氣自動化技術就能使各個機器相互調控運行，不僅能夠減少人工運行成本，也能夠提高調度水平。另外，還可以實現全面監(jiān)控的目的。因為水利水電工程運行環(huán)境非常復雜，必須要實時監(jiān)控機器的運行情況。電氣自動化技術能夠智能監(jiān)控水利水電工程的機器運行情況，并通過大數據系統(tǒng)以及云計算技術提升監(jiān)控的效率和質量，能顯著提升監(jiān)控系統(tǒng)的能力，為工程帶來優(yōu)質的監(jiān)控監(jiān)管服務。

3 應用優(yōu)勢

3.1 實現工程的自動化

電氣自動化技術在七一水利水電工程中占有主導地位，通過該技術的應用，工作人員能快速檢查水利工程的運行狀況，而且能在機器設備出現異常時及時警報，并提供相關的位置和故障信息，達到及時維修或更換設備的目的。另外，還能減少工作人員的工作量，無需人工查找故障的位置，有效提升了工程的穩(wěn)定性和可靠性。而且，電氣自動化技術還能提高能源的利用率，減少工程的運行成本，降低發(fā)生安全事故的概率，延長機器設備的使用年限。

3.2 提升工程質量與效率

七一水利水電工程的運行涉及到許多機器，因此工程的運行具有一定的難度，合理利用電氣自動化技術能井然有序地使各個機器設備進行工作，降低工程的運行難度，不僅提升了工程的生產效率，還達到了經濟效益最大化的目的。伴隨著監(jiān)控裝置全面安裝，結合電氣自動化技術，使監(jiān)控系統(tǒng)更加的靈活，實現了水利水電工程故障監(jiān)測的目的，可降低因設備故障造成的經濟損失，提升了工程的穩(wěn)定性，也達到無人監(jiān)控的效果，降低了值班監(jiān)管的成本。

3.3 有助于實現環(huán)保理念

采用電氣自動化技術之前，水利水電工程主要為傳統(tǒng)的人工操作，工作人員需要有高水平的控制技術，還要具有一定的專業(yè)知識才能夠勝任這項工作，因此想招聘到合適的員工非常困難。另外，每個工作人員的工作方法和工作模式也是不同的，因此在工作過程中會造成水資源的浪費。采用電氣自動化技術，通過計算機系統(tǒng)制定一個統(tǒng)一的工作模式，可固定每次生產的水資源量；而工作人員只需要對計算機進行相關參數設定，可科學合理控制能源的損耗，也提升了工作質量，達到水資源管控的目的，實現了自動化管理。而且，通過大數據系統(tǒng)，可利用大量的數據分析電氣自動化技術應用的狀況，然后不斷優(yōu)化調整運行系統(tǒng)，降低錯誤率。

4 管理應用分析

4.1 工程概況

七一水閘工程為中型的Ⅲ級建筑物，在鋼板閘門上設置了8個孔，孔的凈寬為12 m，其總寬達到96 m。洪水標準設計如下：20年一遇，其相對應的洪水水位是2.81 m，洪水流量為393 m3/s；50年一遇，其相對應的洪水水位是3.07 m，洪水流量為556 m3/s。

4.2 水閘自動化控制系統(tǒng)

七一水閘自動化系統(tǒng)能夠實時監(jiān)控配電房、上下游水位測量站以及水閘的工作情況，收集運行數據，通過控制提示系統(tǒng)和計算機互聯網技術將數據傳輸到水閘自動化系統(tǒng)中，實時監(jiān)控水閘和配電房的運行狀態(tài)。工作人員可以從水閘自動化控制系統(tǒng)了解到相關的信息，也能分析其是否存在運行異常。如果設備出現了異常，工作人員能快速找到相應的解決方案，降低設備故障造成的損失。與此同時，系統(tǒng)還具有遠程操控的功能，可實現遠距離分析和查詢工作，其具體功能如下：

(1)水閘監(jiān)控和控制提示分析。水閘監(jiān)控由現場操作系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)兩個系統(tǒng)構成，前者可以為后者提供提示分析的結果。水閘監(jiān)控系統(tǒng)通過現場手動控制子系統(tǒng)或者自動化控制子系統(tǒng)達到遠程監(jiān)控控制和分析的目的，兩者相比，前者還具有互鎖的能力。當監(jiān)控設備運行時，液壓控制系統(tǒng)對水閘進行監(jiān)控和控制以及收集相關的數據，利用設備的以太接口輸送信息，工作人員可以連接遠程監(jiān)控系統(tǒng)，收到由液壓控制系統(tǒng)傳遞的信息，達到遠程實時監(jiān)控的目的，減少了工作人員的工作量。

(2)水文和水情監(jiān)控分析。利用水情數據服務器傳遞實時收集的水文和水情信息，然后中央控制室需要登入以太網才能夠得到水文和水情的相關數據和信息，達到實時監(jiān)控的目的；然后再通過一定的計算和分析，得出科學合理可靠的結論。

(3)配電房的監(jiān)控。在配電房中安裝有監(jiān)控設備以及監(jiān)控系統(tǒng)，中央控制室能夠實時控制配電房的電壓和電流，也能檢查電壓和電流情況；一旦出現異常，配電房的監(jiān)控系統(tǒng)會出現警報提示，提醒工作人員。

(4)中心數據處理。液壓控制系統(tǒng)傳輸數據到中心數據處理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的計算分析，最終能夠得到水閘運行情況。另外，還能記錄水閘每日的流量、氣壓以及水位等數據，并將這些數據做成表格或者圖像呈現出水閘相關信息的變化情況。該系統(tǒng)還能處理配電房的電壓和電流數據，得到配電房的運行狀況。

(5)Internet網絡發(fā)布子系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有數據處理、存儲、分析的功能。利用監(jiān)控系統(tǒng)得到的數據制定相關的模型以便觀測工程的變化情況，利于工作人員作出相應的決策。工作人員能夠將閘門管理的信息與配電房的信息相互結合，然后在Internet網絡發(fā)布子系統(tǒng)設置相關的參數得到歷史數據查詢功能，有利于指揮中心和管理部門快速查詢之前的數據，并且進行工程下一階段發(fā)展預測。

4.3 閘體原型觀測自動化控制系統(tǒng)

因為閘門受到水壓力、環(huán)境等因素的影響，所以在進行閘體原型觀測工作前，必須要設計好相關的機器設備和參數。一是采用閘體原型觀測自動化系統(tǒng)，需要運用64只GKD型鋼弦式隙水壓力儀和萊卡TCA—2003型的全站儀，可以測量閘門因為水壓力、環(huán)境等因素的影響而造成的水平位移和沉降的數值。二是做好觀測點，有利于后期進行觀測監(jiān)督，提升觀測效率。運用系統(tǒng)為Visval Basic 6.0自動化系統(tǒng)，操作更加簡便，容易上手；而且該系統(tǒng)采取維護和擴展工作的難度也更加簡單，具有大型的數據庫，可提供豐富的數據信息。

4.4 一張圖管理

基于“一張圖”實現信息展示方式多樣化、展示效果動態(tài)化、展示內容豐富化，宏觀上把握工程整體分布，微觀上了解工程全面信息；主要包括三維建模、全景瀏覽、三維展示等。建立水庫三維模型，針對水庫主壩、副壩、溢洪道閘門、取水塔進行精細建模，利用可視化技術及基于互聯網的三維空間引擎服務，可清晰展示七一水庫主壩、副壩、溢洪道閘門以及取水塔等工程的三維外部面貌。三維建?？偡秶s為10.0 km2，具體范圍如圖2所示。

圖2 一張圖管理

本次項目三維建模分為傾斜攝影測量建模和三維激光掃描建模兩類。其中，傾斜攝影測量建模主要實現對七一水庫庫區(qū)約10.0 km2片區(qū)進行傾斜攝影測量，并建立水庫仿真三維模型；三維激光掃描建模主要是對七一水庫主壩、副壩、溢洪道閘門、取水塔等工程主體進行整體精細建模，其中閘門以及取水塔建模主要為表面建模。

模型要求精度達到5 cm或者精度更高，且能夠與三維GIS平臺無縫拼接，用戶直接通過瀏覽器可以對工程進行 360°全方位的場景預覽。系統(tǒng)支持自動漫游、縮放、旋轉、移動、快速導航定位等功能，初步擬在26處位置進行全景圖的制作和展示，具體點位如表1所示。

表1 全景圖拍攝位置及數量

結合水庫精細模型，在三維界面上展示實時水情數據、雨情數據、安全監(jiān)測數據、視頻監(jiān)控數據、水質監(jiān)測數據、閘門監(jiān)測數據等信息，實現水利工程各類實時監(jiān)測數據的查詢、分析和圖表展示。

5 結 語

綜上所述，隨著水利水電工程功能的不斷擴大，其涉及到的機器設備也越來越多，因此在管理管控上具有巨大的難度；應用電氣自動化技術可為工作人員提供更加方便的管理管控系統(tǒng)。因此，相關部門必須重視電氣自動化技術的發(fā)展，不斷改革創(chuàng)新，有效提升水利水電工程的服務質量，促使工程向智能化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。