全渠道控制系统在中卫南山台子扬水灌区的应用

针对中卫南山台子扬水灌区缺乏调水控水和测量水设施,水资源利用率和灌溉保证率低等问题,应用测控一体化闸门和全渠道控制系统(Total Channel Control,TCC)作为其推广现代化灌溉系统的硬件及软件基础。TCC 3次试运行结果表明,系统控制的测控一体化闸门可以在短时间内响应南山台子扬水干渠渠系流量动态变化,自动调节到最佳工作状态,同时控制涉及渠段的水位波动在±0.05 m以内。分析表明,在中卫南山台子扬水灌区应用TCC将有效提高水资源利用率和灌溉保证率。     

大型灌区渠道闸门一体化测控系统

基于自动化控制、网络通信和测量等技术,设计并研发了能够实现信息采集-处理-决策-信息反馈-监控-共享一体化的灌区闸门测控设备,并在甘肃省景电灌区进行了应用和验证.结果表明:渠道闸门一体化测控系统实现了灌区流量数据自动监测、收集和计算分析,提高了计量精度;能够对数据进行存储、查询与展示,实现了数据的共享,形成了灌区水资源管理数据库;实现了渠道流量远程自动控制与调节,提高了管理水平和管理效率;实现了智能手机远程操作,提高了办公效率.灌区闸门测控一体化测控系统的实施减少了灌区现场维护的次数,降低了设备运行成本,极大地提高了灌区水资源管理效率.研究成果可为中国大型灌区水资源科学管理提供有力的技术支撑,对闸门量水测流技术进步进行了有益的探索.     

测控一体化闸门及其调控技术研究分析

渠道输配水过程的精准计量与调控是实现灌区用水总量和定额管理的基础.测控一体化闸门是集流量测量和控制功能于一体的装置,与其相配套的调控技术是实现渠道安全输水、合理配水和精准用水的关键.从闸门水力性能、过闸流量估算、闸群联合调控技术等方面对测控一体化闸门及其调控技术的研究现状进行了总结分析,基于已有研究中存在的技术难点,结合灌区现代化管理需求和信息技术发展趋势,对测控一体化闸门及其调控技术未来的研究重点进行了展望,以期为灌区用水管理相关研究提供参考.     

堰顶高度可调的控水设备研发

堰流和孔流是闸门过流的2种工作方式,相应地,堰上水头和闸门开度就构成了灌区水量控制的关键技术要素。根据水力学原理,渠系水量控制中的配水设备宜采用能够形成孔流的配水闸,而为了更好地稳定渠道水位,宜采用能够形成堰流的控水设备,但实际应用中缺少能够调节堰顶高度的控水设备。根据实际需求,开发了底升式测控一体化控水设备和活页式测控一体化控水设备,这2种闸门均集测控于一体,采用顶面溢流方式,具备为下游配水提供稳定供水条件的功能。     

灌区测控一体化闸门系统设计及应用

灌区水资源的合理利用一直是我国发展节水型农业的关键。为了缓解疏勒河灌区用水矛盾,基于原有渠道闸门研制出测控一体化闸门系统。系统由安装于渠道上的自动计量闸门和运行于远方中心站的调水控制系统组成,能够根据目标过闸流量或过闸总水量实现闭环控制,做到按需供水。试验表明,该系统实现了渠系闸门的智能控制和田间用水的合理分配,功能完备、可靠性高、操作和维护便捷,能够有效提高灌区水资源的利用率。     

引黄农业灌区测控一体化闸门调控技术探究

【目的】有效促进测控一体化技术在引黄农业灌区的推广应用,提高灌区灌溉管理水平和水资源利用率。【方法】在探讨测控一体化技术组成和应用的基础上,从测控一体化闸门的作用和重要性、调控技术原理、调控技术方法和措施、调控技术数据分析与调控效果评估方面探究了测控一体化闸门的调控技术。【结果】闸门调控技术的核心是自动化控制,基于传感器采集的实时数据,控制系统能够智能地调节闸门的状态,确定何时打开或关闭闸门,以及以何种速度和水量进行灌溉,灌溉策略的设计需要考虑农田的特性、作物需水量和水资源供应情况,进一步优化灌溉策略以及改进技术性能,提高精度和效率。【结论】农业灌区测控一体化闸门调控技术具有广阔的应用前景,可以提高水资源利用效率、降低能源消耗、保护环境、提高农业生产效益,为实现农业灌溉高效管理和水资源高效利用提供技术支撑。     

测控一体化闸门在灌区的研究与应用

为了有效管理并控制灌溉用水量,中华人民共和国从第"十三五"开始,制定了一系列政策和措施对灌溉用水从水源地开始直至末级受水单元建立精准量水体系及监管措施。研发一款集水位流量数据采集、闸门远程自动化控制、太阳能驱动、无线通讯等功能齐全的智能测控一体化闸门装置,并在灌区量测水项目中进行了实地应用。结果表明,测控一体化闸门监控系统通过平台进行远程自动灌溉控制和调节,用自学习的PID控制机制实现动态调水,提高了输配水的控制精度和时效,解决了渠道末端控制问题。既能提高工作效率,降低工作强度,又能为节约灌溉用水,优化配水调度提供强有力的信息支撑。     

TCC控制下的渠道水流数值模拟研究

青铜峡灌区建立了全国首个全渠道控制系统(简称TCC)示范区,TCC通过测控一体闸控制水位流量,运行调度过程中渠系产生非恒定非均匀流。本文应用圣维南方程组模拟渠道水位流量过程,应用普列斯曼有限差分法离散方程组,采用牛顿-拉普森迭代法求解非恒定非均匀流的代数方程组。针对U形渠道进行了水流过程的数值计算,验证结果表明,圣维南方程组及牛顿-拉普森迭代法适用于测控一体闸的水流模拟,水位和流量的计算结果与实测值误差较小。研究结果为建立测控一体闸的控制模式提供依据。     

末级渠道量控水装置水力性能试验

为了适应灌区末级渠道量水需要,设计了一种使用便捷、量水精度较高、农民易接受的量控水新装置。以U型渠道为闸墩,通过调节布置在渠道内的平板闸门来实现量水与控水一体化,并对5种开度下闸前、闸后水位与对应的流量进行了组合试验。试验结果表明:水位和流量的相关系数均大于0.98,相对误差小于5%,适合末级渠道量控水。     

灌溉用水管理测控设备生产及软件开发

1　主要内容高扬程提水灌区灌溉用水管理信息系统灌溉渠系水流模拟仿真系统渠道闸门太阳能自动控制系统低功耗大容量自记式水位计2　创新点灌溉系统自定义续接搭建灌溉系统可视化搭建微功耗自动记录设备太阳能驱动的自控闸门渠系水流模拟仿真依靠公共通讯网可实现闸门远程测控3     

宽顶堰平板压差式量水闸过流规律

灌区水量的测量问题正日益受到关注。对于平原灌区，研究利用以淹没出流为主的工作闸门进行渠道量水具有现实意义。基于孔板式流量计的测流原理，提出一种平板压差式量水闸门。选择不同闸门开度e与闸门上游水深H组合，通过室内试验研究分析了闸孔淹没出流的相关测流规律，得出实用的流量系数经验公式。结果表明，该型闸门结构简单，取压方便，量水精度较高，集水位流量调控与测量为一体，适合应用于平原灌区。     

基于嵌入式系统的全渠道灌溉智能水文采集控制装置设计

针对即有全渠道灌溉系统(Total Channel Control)成本过高,规约标准不统一等问题,设计了一种用于全渠道灌溉系统的采集水情信息、水位控制闸门的一体化装置。该装置借助模块化思想搭建硬件部分,包括太阳能供电模块,远程通讯模块,PLC继电器控制模块等,采用模糊控制方法结合脚本程序互补来提高控制精度,充分利用MCGS操作系统的可扩展性实现数据交互管理和功能控制。实验测试表明装置能稳定传输数据,远程监控中心能实时获取监测数据和闸门启闭机状态参数以及远程控制闸门动作,该装置的测量精度和控制自修正补偿精度契合我国规约标准,具有实际应用和可推广价值。     

高含沙水渠道测控一体化板闸测流试验及其数值模拟

为了了解测控一体化板闸在高含沙水渠道的测流精度是否满足规范要求,选取宁夏南山台扬水灌区18条测流条件较好且具有代表性的支渠,通过对比无喉道量水槽的测流结果,整理分析不同灌水时期测控一体化板闸的测流数据,采用ANSYS Fluent建立物理模型,模拟研究测控一体化板闸的水力性能随含沙量的变化规律,并结合Rubicon测控一体化板闸测流原理,分析含沙量影响测控一体化板闸测流精度的成因.结果表明:当渠道水含沙量较大时,测控一体化板闸与无喉道量水槽的测流结果偏差较大;板闸计量箱内的流速分布、湍动能、含沙量、沙粒粒径均可能影响超声波流量计的测流精度;随着含沙量的增加,测控一体化板闸计量箱内湍动能减小,但流速分布无明显变化.因此,含沙量对测控一体化板闸测流精度有一定影响,主要由超声波在含沙水中的衰减作用以及含沙水的制紊作用导致,而流速分布对其影响较小.     

基于物联网和云架构的渠灌闸门智能控制系统

为了实现农田明渠灌溉的精准化控制,设计了一种基于物联网和云架构的渠灌闸门远程智能控制系统,系统由一体化旋转式闸门、本地控制软件、远程终端访问系统和云端中间件组成。闸门采用旋转式阀芯结构设计,降低闸门启闭时的驱动能耗;基于ARM开发了嵌入式控制系统,实现水闸运行的本地控制和状态数据采集;集成了无线通讯模块和光伏电源系统,解决传统水闸野外安装布线繁琐和供电困难问题;通过在阿里云服务器建立数据中心,部署中间件,实现水闸远程数据传送与控制指令传达;建立了基于水位、流量双反馈的闸门开度云控模型,实现水闸群智能运行;根据旋转式闸门启闭阶段角速度变化规律,提出了水闸运行异常报警方法;开发了B/S版和APP版的远程终端访问系统,实现了灌区数据大屏、闸群远程控制和智能调度,适用于农田灌溉中小型渠道输水、配水的精准化控制。     

水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统研究

水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统基于矩形薄壁堰测流原理,通过调节堰上水头进行渠道流量量测与调控。该测控系统应用自动控制技术通过单片机形成闭环反馈,用步进电机传动装置带动薄壁堰移动闸板的升降,使其能按设定的配水流量给下一级渠道配水,并根据上游水位的变化调节堰上水头使其保持恒定,同时通过智能控制在完成设定输配水量后可自动升起闸板停止供水。该测控系统通过渠道流量量测与控制试验,验证了其精确的测流功能和智能控制技术的可行性,满足精准灌溉的技术要求,在灌区量水和信息化建设中具有广阔的应用和推广前景。     

量测大型渠道水利用系数的简易静水法

大型渠道水利用系数测试尚无有效方法,传统的静水法难以实施,动水法精度不足。为此提出一种适用于具有良好闸门控制条件的部分大型渠道的简易静水法,即利用渠道上的节制闸和下级渠的渠首闸拦蓄渠水,观测水位降落过程及渠段上各水闸漏失水量,然后根据水位降落过程以及在该过程中的漏失水量估算渠道水利用系数。在江苏省高邮市高邮灌区南关干渠上的实际测试表明,利用该方法可获得比流速仪法和ADCP法更可靠的测试结果。     

宁夏引黄灌区农业灌溉测控闸门应用现状调查与评估

测控设施作为灌区用水管理的重要工具、数字化灌区建设的基础硬件支撑,可有效帮助管理者准确掌握水源来水及用户实时用水量情况,也可为灌区水费收取、用水总量控制与定额管理提供有力保障。以宁夏引黄灌区测控闸门为例,系统分析其应用现状,重点从提高灌区管理水平、夯实用水权确权成果、提高水费计收透明度等方面总结凝练了取得的主要成效,从设备硬件水平、规划设计、运行维护等方面提出了应用中存在的关键问题,并对今后测控设施选型设计提出了相关意见和建议。     

闸门与水位自动监控系统的设计与实现——基于PLC、组态软件和无线宽带通信

提出了闸门与水位自动监控系统的组网方案.设计了基于PLC技术的闸门控制和水位监视单元.利用PLC中CPU模块所内置的以太网卡和搭建的无线宽带通信系统实现了PLC和控制中心上位机的通信,并使用力控组态软件编制了上位机的控制界面,实现了以PLC、组态软件和无线宽带通信系统构成的监控系统对张掖市盈科灌区的党寨水管站与沿沟水管站的干渠与支渠的闸门与水位的自动监控.实践证明本系统达到了操作方便,性能稳定,自动化程度较高的控制效果.     

基于改进雷达图综合指标的渠道系统PI控制参数优化北大核心

针对当前灌溉输配水渠道系统缺少综合性能指标作为方案比选、参数优化依据的问题,提出了一种兼顾水位、流量、闸门开度和稳定过渡时间等多目标的综合指标来衡量渠道控制的效果。该指标基于改进后的雷达图计算得到,改进之处在于用样本平均值进行多优化目标的标准化处理,以处理后的指标值作为雷达图中心到各顶点的距离,将该雷达图的面积作为综合指标,并以漳河灌区第四干渠为例,验证了该综合指标作为PI控制参数优化目标的有效性。结果表明:经两次优化后,系统综合性能已接近最优。此时,比例参数为0.2,积分参数为8.2,最大水位偏差为0.0289 m,水位偏差累积量为0.196 m,流量变化累积量为0.772 m~3/s,闸门动作累积量为0.952 m,稳定过渡时间为42 min,其水位、流量和闸门开度在过渡过程中的累积量均较小,稳定过渡时间较短,符合控制预期效果。研究提出的综合指标可用于不同控制方案的评价比选,也适用于控制算法参数优化,基于该综合指标的多目标优化方法对灌区输配水渠系自动化调控具有一定的参考价值。     

明渠平板闸门过闸流量特性研究

为研究中小型矩形渠道平板闸门自由出流状态下的流量特性,利用渠道水力学测试平台,对渠道平板闸门过水性能进行试验研究.通过测试闸门开度、上游水位、流量,利用Garbrecht公式、杜屿公式、武汉水利学院公式对过闸流量进行计算,并与实测流量等数据进行对比,结果发现三者偏差均较大.为进一步提高过闸流量计算精度,采用最小二乘法原理对实测流量系数μ0与闸门相对开度e/H0进行二次多项式拟合,获得了新的流量系数计算公式;比较分析该公式的计算结果与Garbrecht公式、杜屿公式、武汉水利学院公式,发现该公式的相对误差最大值、平均相对误差都减少了16.49％、17.23％以上,变差系数也位于一个较小值,且在标准的允许范围内.研究结果表明,对该类型的平板闸门,本文拟合的二次多项式公式精度更高,适用性更好,能够满足灌区量测精度要求.