测流绗车在邢家渡灌区自动化测流中的应用 苏红鲁 张扩成 张厚芹 1
测流绗车在邢家渡灌区自动化测流中的应用
苏红鲁，张扩成，张厚芹
（山东省济南市邢家渡引黄灌溉管理处 济南 250100）
摘 要：随着科技的发展、技术的创新，灌区信息化建设也不断地深入。因黄河水含沙量高，水流混浊，渠道淤泥、沉沙较多，测流断面随时变化给自动测流带来了重大的难题。为此，我处与济南和一汇盛科技发展有限公司共同合作，探索出了一套适合黄河渠道灌溉的HSST630自动测水量水系统。
关键词：测流绗车；邢家渡灌区；自动化测流 中图分类号：S275 文献标识码：A
0 引言
邢家渡引黄灌区位于济南市北部，总干渠全长91.5km，干渠22条，总长210.77 km。设计引水流量50m/s，加大流量75 m/s，设计灌溉面积7.86万hm，有效灌溉面积6.2万hm2，是山东省六大灌区之一。
近年来，随着科技的发展、技术的创新。现代化、自动化、多元化的设备逐渐的进入到各个行业领域。与此同时，灌区信息化建设也不断地深入，各个商家随之研制了一大批用于灌区自动化量水的仪器、仪表，如感应式水位计、超声波流量计、压力式智能水位计以及声学驻波式水位计等。但众口难调，始终难以符合国内众多大、小灌区的需求，如引用黄河水灌区的自动化建设。因黄河水含沙量高，水流混浊，渠道淤泥、沉沙较多，测流断面随时变化给自动测流带来了重大的难题。为此，我们与多家省内外科研单位联合调研,经多方比较最后选择与济南和一汇盛科技发展有限公司共同合作，探索出了一套适合黄河渠道灌溉的HSST630自动测水量水系统。
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高灌区现代化管理水平，逐步实现灌区管理信息化、自动化、智能化的目标，我们就务必要探索出一套完全适应黄河灌溉水的特性、全新、智能化的黄河水流测量监测系统。利用灌溉信息化建设的契机，建设覆盖全灌区的渠道量测水自动化系统，为灌区实时动态的掌握配水状态，提高灌溉效率提供有利的支持和决策依据。
鉴于国内、外对渠道测量的经验，我们曾试图把水文缆道测验方式改造成基于声学测流技术即ADCP技术的新方式。但由于渠道积沙较多，渠底常常因水流冲刷造成断面动态变化等种种环境因素的干扰，这种新技术势必不能完全适应引黄渠道的测量工作，会出现假水位、假流量数据。
为此在相关工程技术人员进行全面调研与讨论的基础上，最终提出了全新的HSST630自动测水量水系统的架构。该系统的实施不仅解决了缆道的弹性、机械运动的惯性、铅鱼的重力拉伸等多方面因素的不良影响，而且简化了复杂的操作流程、降低了繁重的人工劳动、有效节约了人力成本。
1 必要性分析
邢家渡灌区自1973年始建以来，渠道流量测量一直沿用水文缆道测验方式，该方式是建立在一个复杂空间系的动态变化过程，如缆道的弹性、机械运动的惯性、铅鱼的重力拉伸等多方面因素都影响了整个流量测量的精准度，而且水文缆道测验本身存在着自
收稿日期：2011-09-12
作者简介：苏红鲁，男，高级工程师，E-mail：jnslzhq@163.com
2 系统组成
该系统由行车导轨、行车传动装置、自动伸缩装
置、水位监测装置、渠道探底装置、流速测量装置、定位装置、自收缆装置、无线通讯装置、中心处理器及上位软件11部分构成。是基于二级分布式集散控制系统设计，控制中心位于邢家渡引黄灌溉管理处中心测流站内，控制站与测量设备及控制设备通过标准的、开放的现场总线的形式进行数据的交换处理，控制
动化程度低、操作复杂、劳动强度大等弊端。为了提
2 中国水利学会2011学术年会——大力推广节水节能技术促进农村水利现代化建设
站与操作站则是通过以太连接，远程监控站与本地操作站通过无线公共网络进行数据交互。系统组成如下：
图1 系统组成
（1）行车传动装置：由两组主动轮，两组从动轮组成，根据实际情况自动调整四组轮的间距，以防小车脱落。
图2 行车传动装置图
图3 河道探底装置示意图
（2）自动伸缩装置：由多级伸缩装置组成，内部为螺旋机制，由电机带动主螺旋运动，主螺旋再带动从螺旋行走，外部为保护筒，螺旋杆与保护筒间由定位器连接，从而可以达到整套装置伸缩自如的目的。 （3）水位监测装置：由自收缆浮子水位计测量，外面加防护装置。机械装置稳定可靠，适应力强，不会因为水位的频繁波动而造成假水位的现象。
（4）河道探底装置：由双缓冲装置和全方位杠杆组成，当触底后全方位杠杆给出到位信号。
（5）流速测量装置：采用纯机械构造的旋杯式流速仪。信号部件的磁敏干簧管安装在油室之外，双磁激励结构，动作灵敏；旋转轴动态密封装置性能好，可有效地减缓轴承油室进水。当测点水流冲击旋杯时，四组旋杯绕轴旋转，每5圈产生一个脉冲量，再通过低速线性公式，准确的换算出点流速。
（6）定位装置：系统全部机械定位由绝对编码位移测量，滚动轮带动编码器转动，编码器内部的光栅会产生脉冲信号，每一个脉冲信号代表一定的单位距离，并通过RS485将位置信号发出（如图4）。
图4 定位装置图
图5 自收缆装置图
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（7）自收缆装置：由高弹性机构组成，内置线缆具有一定的抗拉，抗摩擦性能。测量时，线缆由高弹性机构拉出，在引导轮的作用下随之探入水中，测流完毕后，靠装置的自身弹力自动收回高弹性机构中。
（8）无线通讯装置：采用无线网络模块，工作模式为Access Point——Station架构。可设置网络设备的加密方式和设备的输出功率，体积小、重量最轻、功能实用、性能稳定。
（9）中心处理器：采用主——从两级控制工作模式。主站的ＰＬＣ模块用来实时监测河道相对水位深度；从站的ＰＬＣ模块负责测流车内部设备的监测、控制工作。主——从站的数据交互利用的是无线通讯设备经过以太网传输。
（10）上位软件：适用于Windows 操作平台系，友好的人机交互界面，即学即会（如图6）。
图6 人机交互界面
上位软件能做到与硬件设备的良好整合，具有强大的数据库管理软件支撑，重要数据可通过存储设备存储多年。上位软件可以通过OPC、ActiveX、ODBC等方式，与其它数据库软件或应用软件交换数据，便于与上层管理部门的监控管理系统实现数据共享。主要实现信息采集后的接收、解析、纠错、入库、监视、报警、同步综合数据库管理、自动控制等功能。
3 控制过程
主站PLC通过RS485信道实时监测河道相对水深、水面宽度等数据，并由上位计算机显示。根据所测相对水深与水面宽度数据，用户设置点测流时间，按预设定好的测量规程和程序，从站PCL自动实现对绗架上移动测流车及测流车内伸缩装置的移动位置控制；自动实现点流速及断面的计算；自动实现河道流量的计算。并由从站中心处理器通过无线网络把相关采集数据传速到主站中心处理器中，主站中心处理器通过二次计算把数据传到计算机中显示，并存储总流量数据，供用户进行历史数据查询和生成统计报表以及打印，来完成整个测流过程。