水利灌区综合调度系统初步设计方案

水利灌区综合调度系统 初步设计方案 水利灌区综合调度系统初步设计方案 目 录 第一章第一章 前前 言言 1 1 11 1 公司简介公司简介 1 1 21 2 系统背景系统背景 2 第二章第二章 系统方案和功能特点系统方案和功能特点 4 2 12 1 系统建设总体方案系统建设总体方案 4 2 22 2 系统功能系统功能 4 2 32 3 系统特点系统特点 5 第三章第三章 系统构架系统构架 6 3 13 1 系统结构图系统结构图 6 3 23 2 系统组成结构系统组成结构 6 3 2 13 2 1 监测子系统监测子系统 6 3 2 23 2 2 调度子系统调度子系统 13 3 2 33 2 3 数据管理子系统数据管理子系统 13 第四章第四章 系统效益系统效益 17 4 14 1 系统效益系统效益 17 4 1 14 1 1 系统的社会效益系统的社会效益 17 4 1 24 1 2 系统的经济效益系统的经济效益 17 4 1 34 1 3 系统的生态效益系统的生态效益 17 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 1 第一章第一章 前前 言言 1 11 1 公司简介公司简介 重庆华正水文仪器有限公司 原水利部重庆水文仪器厂 是我国唯一专业 生产陆地水文流速 流量监测仪器的企业 隶属于水利部综合事业局新华水利 水电投资公司 我公司拥有雄厚的技术力量 完善的流速 流量检定设施 主要产品有流 速流量 流向 仪器 水位雨量仪器 环保监测仪器 采样仪器及水工实验仪 器等 广泛用于水文 水利 环保 气象海洋 地震 农业排灌 科研及大专 院校等部门 LS 系列五种流速仪被世界气象组织统一编号载入 HOMS 手册 向世界 各国推荐使用 见附图 1 附图 2 LS25 3A 型旋桨式流速仪等多项产品五次获国家质量银质奖 我公司还荣 获国家质量保证体系 QAS 优质产品奖旗 并于 2007 年获得重庆市人民政府 颁发的 都市工业园区 的光荣称号 为环保污水排放计量而研制的 WML 型微电脑明渠流量计 曾获国家专利 填补国内空白 近二十年来一直以质量服务的可靠信誉领先市场 三次获得国 家环保总局质量认证和最佳实用技术推广 并荣获国家级环保产品质量信得过 等证书 近几年 由于扩展了环保治理设施运转状态监测和输出接口功能 对 组建环保在线自动监控系统更加方便适用 我公司在重庆云阳和甘肃天水实施的两个项目云阳水库防洪监测系统云阳水库防洪监测系统 黄委天水水土保持试验站遥测雨量水位系统黄委天水水土保持试验站遥测雨量水位系统得到云阳水务局和黄委天水 水土保持试验站的一致好评 其中云阳项目获得水利部的表彰 已被水利部列 为水利科技推广项目 水利灌区综合调度系统初步设计方案 2 附图附图 1 LS25 1 型旋桨式流速仪型旋桨式流速仪 附图附图 2 LS25 3A 型旋桨式流速仪型旋桨式流速仪 1 21 2 系统背景系统背景 随着水资源的过度开发 现在区域水资源短缺问题越来越严重 城市饮用 水 农业水利灌溉对水资源的依赖越来越强 对水资源的合理调度 有效分配 变得非常关键 一般的灌区所在地区没有自产水源 地下水埋藏较深 灌区是 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 3 实施水资源合理配置 调节水资源供需的主体 因此 对水源调度和灌区闸位 进行实时的监测管理变得越来越重要 所以灌区对水库容量 水情 雨情 流 量 闸位数据的实时监测 合理调度水资源也提上了日程 灌区以前依赖人工干预和决策 缺乏一个功能强大 资料齐全的综合管理 数据库 调度人员很难及时全面掌握系统的动态运行情况并及时调整调度运行 方案 使得灌溉供水存在一定的盲目性和风险 因此 充分利用现代信息科技 对现有灌区系统进行信息化改造 是全面提升灌区管理水平 充分发挥灌溉效 益的迫切需要 本着经济实用 准确可靠 先进合理 操作维护简便的原则 形成一套科 学合理 运作高效的管理调度决策支持系统 进一步优化整合系统资源 拓展 完善供水服务体系 从而保障灌溉供水的安全性 可靠性和经济性 全面提高 灌区管理水平和经济效益 水利灌区综合调度系统初步设计方案 4 第二章第二章 系统方案和功能特点系统方案和功能特点 2 12 1 系统建设总体方案系统建设总体方案 采用无线数据传输方式 计算机准确地监控 采集 传输 处理水利灌区 水库的水位 雨量 流量和闸位实时监测信息 建成防汛指挥和调控水资源自 动化 系统 可起到预报 防汛 防旱 合理调水 从而达到防汛减灾 合理调度用 水 设备组网示意图设备组网示意图 2 22 2 系统功能系统功能 本系统集计算机 通讯 控制于一体 实现自动采集数据和处理 自动控 制 自动计量 水费智能管理 自动监测 故障报警等多种功能 它是一个完 整的灌区综合调度系统 能通过安装在各干渠和支渠上的各种相关的仪器自动 采集水情 雨情 流量 闸位开度等数据 进行分析 结合各种数据和相关需 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 5 求 调控闸门自动启闭 对水资源进行合理分配 该项目成功研制了集墒情采 集 远程控制 供水计量 水费管理等多项新技术于一体的自动调度控制系统 解决了灌区自动化控制系统中的关键技术 2 32 3 系统特点系统特点 主要特点 1 利用中国移动或中国联通的 GPRS GSM 网络覆盖面广 稳定性可靠 费 用低廉 如该地区没有中国移动或中国联通的 GPRS GSM 信号 可用我公司生 产的无线数传监测系统 2 宽口明渠流量计系统项目是被列入 十五 国家重大技术装备研制项目 南 水北调工程成套设备 下的子专题 是应灌区明渠实时自动量水的需要而专题研 发 3 系统软件结构合理 操作简便 人机界面友好 能够对采集的数据自动整 理存档并生成数据库 自动生成各种报表 过程曲线图 柱状图 供用户查询 和上报 4 数据多重存储 保证数据的完整 可靠 5 利用互联网技术 在任何能够上网的地方都可以对实时数据 数据库数据 进行查询 调用并完成对仪器的控制 6 系统智能化程度高 系统具有自动事件报警功能 如监测发现水位 流量 超限等异常情况 系统要对仪器运行状况进行诊断 自动声 光报警 向预设 对象报警 自动告警记录 以便进行合理调控 水利灌区综合调度系统初步设计方案 6 第三章第三章 系统构架系统构架 3 13 1 系统结构图系统结构图 3 23 2 系统组成结构系统组成结构 1 系统开发平台 采用 Windows XP 为操作系统 系统硬件 数据采集仪采用 MCS 51 系列单片机 PLC 可编程控制器 系统软件 数据采集仪采用汇编语言 自动控制图形语言 梯形图 调度中心采用 Visual Basic 6 0 VC 6 0 语言 2 系统由监测子系统 调度子系统和数据管理子系统三部分组成 其中监测 子系统主要完成水情 雨情 流量和闸位信息的实时监测 实现水位 降水 流量 闸门启闭度等水文信息的自动采集 并通过数据传输模块将信息实时传 输到数据库 为调度计算进行数据准备 调度子系统进行模型库的建立 维护 和运行管理 根据实际要求 利用存储的模型和数据 完成数据处理和计算 制定调度计划 数据管理子系统的主要功能是存储各种数据 对数据进行录入 水利灌区综合调度系统 监测子系统调度子系统数据管理子系统 宽口明渠流量计 明渠流量计 遥测雨量计 闸位指示仪 遥测水位计 调度计划模块 闸门控制模块 调度数据管理 实时数据管理 历史数据管理 报表数据管理 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 7 删除 修改 存储 检索 排序和统计等管理 并可根据相关数据生成各种报 表 3 2 13 2 1 监测子系统监测子系统 该子系统是我公司自主研发 具有自主知识产权的系统 监测子系统由宽 口明渠流量计 超声波明渠流量计 遥测水位计 遥测雨量计及闸位指示仪组 成 调度中心 主干渠 宽口明渠流量计 闸位指示仪 支渠 n支渠 2支渠 1 明 渠 流 量 计 遥 测 水 位 计 遥 测 雨 量 计 闸 位 指 示 仪 水利灌区综合调度系统初步设计方案 8 3 2 1 1 宽口明渠流量计 IQW 明渠流量自动监测系统是被列入 十五 国家重大技术装备研制项目 南水北调工程成套设备 下的子专题 是应灌区明渠实时自动量水的需要而专 题研发 该系统采用流速面积法测流原理 具有测流精度和可靠性高 造价低 易维护 适应性强等优势 由于多架流速仪同时下水 大大缩短了测流时间 提高了测流精度 因为实现了自动启测 自动计算处理数据 极大的减轻了测 量工作人员的劳动强度 从而可加大测量的密次 获得过水量的准确数据 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 9 3 2 1 2 超声波明渠流量计 1 超声波明渠流量计工作原理 超声波明渠流量计的基本工作原理是 被测液体流过量水槽 堰 形成一 定的节流液位高度 在自由流状态下 其流过量水槽液体流量 Q 与水位 H 就满 足如下关系式 Q CHn 式中 C n 为与量水槽结构尺寸有关的系数 可见被 测液体在自由流状态下仪器只要定时测出水位就可计算出流量 超声波明渠流量计仪器图超声波明渠流量计仪器图 2 明渠流量计的技术参数 水利灌区综合调度系统初步设计方案 10 测量误差 流量 5 时间 5mim 30d 分辨力 流量 0 01 m3 h 水位 0 001m 气温 1 显示 8 位 LED 红色 绿色 显示 用户可选择总流量 瞬时流量 有效计 量时间或时钟驻留显示 以及限时显示当前所测水位值 键盘操作时 可显示键盘所定义值和提示符 记录周期 长期 操作按键 16 个 0 9 作为十进制数字键 其余 6 个作为功能命令键 即总流量键 分流量键 计量时间键 多功能键 存储键 时钟键 通过存储键可调显出当前小时累计流量及 24 小时内流量 两年中任 意一天的日流量 任意一月的月流量 传输距离 100 米 传输距离更远的仪器可根据用户要求专门生产 工作温度 10 45 电源 交直流两用自动切换 交流 220V 22V 频率 50Hz 1Hz 直流 12V 6 5Ah 机内自备 交流供电时自动浮充 12V 蓄电池 电池充足电量后可保证仪器正常工 作 50 小时以上 特殊功能 可供选配 以签定合同为准 备有串行通信口 可将所需数据远传到数据处理中心与系统计算机联 网 作高一级的图表和数据处理 备有 D A 转换 可将流量数据转换为 0 5V 0 10mA 或 4 20mA 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 11 模拟量输出 3 2 1 3 遥测水位计 遥测水位站点采用遥测水位计采集水位信息 通过 RS 485 RS 232 自动将 水位数据传入水位数据采集器 采集器自动处理 存储采集到的水位数据 然 后通过 GPRS GSM 网络将数据传送到服务器供客户端查询 下载 1 主要技术指标 分辩力 0 5 厘米 水位变幅 10 米 水位测量精度 10 米 2 厘米 适应水位变率 5000cm min 工作方式 定时 1 小时存储一次当前水位数据 在水位变幅超过规定值 3 厘米 用户可以远程修改设定 范围 2 99 厘米 时 5 分钟存储一次当前水位 电源 二选一 太阳能电池供电 配备 16Ah 6V 蓄电池和 12W 太阳能电池板 交流 220V 浮筒直径 75 适用测井直径 150 毫米 200 适用测井直径 300 毫米 不锈钢丝绳长 12 米 环境温度 5 50 水面不结冰 水利灌区综合调度系统初步设计方案 12 相对湿度 90 2 仪器组成 WPH 1 型遥测水位计由水位监测井 可由 PVC 管制作固定 水位传感器 数据采集处理器 无线数据传输装置组成 3 2 1 4 遥测雨量计 遥测雨量站点采用遥测雨量计采集雨量信息 通过 RS 485 RS 232 自动将 雨量数据传入雨量数据采集器 采集器自动处理 存储采集到的雨量数据 然 后通过 GPRS GSM 网络将数据传送到服务器供客户端查询 下载 1 主要技术指标 承雨口径 200 mm 分辨率 0 1 毫米 适用降雨强度 0 4 毫米 分钟 测量精度 4 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 13 工作电源 DC6V 太阳能供电 阴雨连续工作时间超过 30 天 2 仪器组成 JDY 1 型遥测雨量计由雨量传感器 数据采集处理器 无线数据传输装置 组成 3 2 1 5 闸位指示仪 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 闸位指示仪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 DTU 将编码信号传 给数据采集仪 数据采集仪将数据进行初步加工和处理后通过无线传输网络传 到数据管理系统 数据管理系统经过数据综合分析 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 3 2 23 2 2 调度子系统调度子系统 调度子系统实现模型库的建立 维护和运行管理 根据生成的年 月 日 数据报表完成数据处理和计算 制定调度计划 实现用水管理优化配置 3 2 2 1 调度计划模块 水利灌区综合调度系统初步设计方案 14 调度计划是根据监测子系统的中长期来水量预报值 用水计划等 拟定灌 区调度计划 调度采用实时调度和优化调度两种方式计算调度方案 实时调度根据灌区 当前的库存水量和实时预报入库水量 以及各用户用水情况 依据灌区兴利调 度计划进行灌区实时调度 优化调度根据灌区入库径流过程和用水过程 将灌 区的整个调度期按旬划分为若干个时段 以灌区的蓄水量或蓄水位和入库水量 作为状态变量 以灌区放水量作为决策变量 构成一个多阶段决策过程 采用 动态规划对灌区首先按缺水量最小进行兴利优化调度 3 2 2 2 闸门控制模块 闸门控制管理模块主要实现总闸控制和闸门状态监控功能 总闸控制通过 控制总闸的开启度调节水流量 并根据水流量大小决定开启相应发电机组的蝶 阀 闸门状态监控通过对所有闸门的实时监控 并通过软件可发送闸门的启闭 指令 3 2 33 2 3 数据管理子系统数据管理子系统 数据管理子系统主要功能是存储各种数据 对数据进行录入 删除 修改 存储 检索 排序和统计等管理及各种报表生成 各种数据库主要是管理与系统目标功能密切相关的大量文字 数表等数据 以数据库表的形式进行管理 数据包括 流域特征资料 如河流特征资料 水 文站分布 雨量站分布 灌区资料 如灌区特征资料 水位 库容曲线 入库流 量 坝前水位 出库流量 水文资料 如逐日流量 水位资料 气象资料 如 降水量 用水资料 如农业用水资料 灌区调度资料 如兴利调度资料 优化 调度资料等 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 15 降雨日报表曲线图降雨日报表曲线图 降雨日报表柱状图降雨日报表柱状图 水利灌区综合调度系统初步设计方案 16 年逐日降水量表年逐日降水量表 水利灌区综合调度系统初步设计方案 重庆华正水文仪器有限公司设计 17 水位站点管理示意图水位站点管理示意图 雨量站点管理示意图雨量站点管理示意图 水利灌区综合调度系统初步设计方案 18 第四章第四章 系统效益系统效益 4 14 1 系统效益系统效益 灌区实施自动化调度系统 具有显著的社会 经济和生态效益 4 1 14 1 1 系统的社会效益系统的社会效益 提高了灌区的现代化管理水平 解决渠系长 点多 面广 自动化监测设 施不齐全的问题 灌区一直沿用人工观测 计量和控制 不仅工作效率低 而 且有时还出现人为的失误 影响测流的精度 既浪费了水 又给供水调度造成 困难 通过控制自动化改进后 能实现全渠道水情自动测报 灌区需水 用水