芻議如何提高水閘自動(dòng)化控制的合理水平

周軍

摘 要：運(yùn)用遙測(cè)、遙控及計(jì)算機(jī)技術(shù)來對(duì)水位、閘門進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、運(yùn)算和控制，對(duì)實(shí)現(xiàn)水資源的合理輸送、節(jié)制和分配等現(xiàn)代化管理目標(biāo)有著重要的作用。文章主要分析了干擾水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)正常運(yùn)作的因素，并提出了相對(duì)應(yīng)的策略以提高水閘自動(dòng)化控制的水平。

關(guān)鍵詞：水閘；自動(dòng)化控制；干擾因素

1 干擾水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)的因素

水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行具有獨(dú)特性和復(fù)雜性，容易受到外界干擾因素的影響，雖然大部分干擾因素不會(huì)使自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備和儀器受損，但會(huì)致使微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)失控，從而影響到水閘自動(dòng)化系統(tǒng)的控制性能。具體來講，干擾因素主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 供電線源瞬時(shí)壓降的干擾

水閘的組成構(gòu)件中都會(huì)有大功率設(shè)備，單機(jī)容量非常大，可以達(dá)到幾百千瓦的級(jí)別，且功能作用各不相同，有的閘站有節(jié)制閘、有船閘或是泄洪閘等，這些閘門的關(guān)啟都是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)完成的。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生電感負(fù)載，特別是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的瞬間，其啟動(dòng)電流能達(dá)到正常工作時(shí)電流的5～8倍，因此，就在啟動(dòng)的瞬間電網(wǎng)的輸電線路內(nèi)阻會(huì)產(chǎn)生很大的壓降，特別是在電網(wǎng)降壓變電器容量比較小的情況下，這個(gè)壓降會(huì)更加明顯。如果將不同功能的閘門同時(shí)啟動(dòng)的話，這些大功率設(shè)備就會(huì)瞬間在輸電線路網(wǎng)上產(chǎn)生更大的壓降，而水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)的電源就連接在供電的電源上，在瞬間壓降的影響下可能會(huì)造成自動(dòng)化控制系統(tǒng)的失控。

1.2 電氣設(shè)備的脈沖干擾

在水閘附近會(huì)有很多的電氣設(shè)備，比如電動(dòng)機(jī)、中間繼電器、變壓器、電磁接觸器等等，這些都是屬于電感負(fù)載，在接入電流時(shí)會(huì)有低壓過電流產(chǎn)生，斷開時(shí)就會(huì)有高壓過電流產(chǎn)生，隨著電流的接通和斷開，電感負(fù)載會(huì)發(fā)生變化，從而會(huì)產(chǎn)生瞬間的脈沖干擾，所產(chǎn)生的電壓幅值能夠達(dá)到幾十到幾百伏，甚至是幾千伏，其所產(chǎn)生的干擾電壓頻率一般為幾百赫茲到幾兆的赫茲。干擾電壓的影響時(shí)間可能持續(xù)不到1秒鐘，但由于繼電器和交流電磁接觸器的開關(guān)觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生反彈作用，從而使繼電器和交流電磁接觸器會(huì)有電弧放電現(xiàn)象，特別是在負(fù)載切斷瞬間，電弧放電會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾過電壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起高頻電磁輻射干擾，最終影響到水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常工作運(yùn)作。

1.3 供電線路浪涌干擾電壓

水閘建設(shè)所在地一般都是在農(nóng)村或是郊區(qū)，其電力來源屬于農(nóng)村電網(wǎng)供電范疇內(nèi)。農(nóng)村供電網(wǎng)一般都遠(yuǎn)離供電電廠，電網(wǎng)輸送線路長，沿途分布有很多的用電單位和部門，用電設(shè)備比較多，到了水閘用電處供電電壓、周波的質(zhì)量都要比較差，特別是經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)忽高忽低的電壓變動(dòng)。農(nóng)村供電網(wǎng)沿途上的負(fù)載多且復(fù)雜，導(dǎo)致負(fù)載接地狀況比較差，零線電位沒能實(shí)現(xiàn)實(shí)際意義的零電位，零線和地線間一般會(huì)有一個(gè)幾十伏的差位，這對(duì)于低壓數(shù)字電路來說所造成的干擾已經(jīng)不小了，再加上農(nóng)村供電線路長，火線和零線都會(huì)受到空間電磁場(chǎng)的干擾作用，從而在供電線路上產(chǎn)生浪涌干擾電壓，影響到水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常使用。

1.4 操作過電壓干擾

在我國農(nóng)村地區(qū)經(jīng)常會(huì)存在電力供應(yīng)不足的情況，為了調(diào)節(jié)電力負(fù)荷經(jīng)常會(huì)采用輪流停電和在高峰負(fù)荷時(shí)段按頻減負(fù)荷的做法來解決電力供應(yīng)不足的問題。正是由于大負(fù)荷經(jīng)常性的斷、合，這就引起了操作過電壓的產(chǎn)生，特別是在采用投入或斷開補(bǔ)償電容器法調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率時(shí)，很容易就會(huì)引起尖峰過電壓，使得產(chǎn)生的瞬間過電壓會(huì)對(duì)水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)產(chǎn)生很大的危害作用。

2 提高水閘自動(dòng)化控制水平的抗干擾防護(hù)措施

上述干擾因素會(huì)對(duì)水閘的自動(dòng)化控制水平產(chǎn)生極大的負(fù)面影響作用，嚴(yán)重降低了自動(dòng)化控制的可靠性和安全性，因此，為提高水閘自動(dòng)化控制水平就必須從軟、硬件兩方面著手來設(shè)防，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

2.1 增強(qiáng)電源系統(tǒng)的抗干擾能力

綜合上述的干擾因素來看，可以總結(jié)出水閘自動(dòng)化和控制系統(tǒng)所受的干擾大多來自電源方面，其所產(chǎn)干擾途徑有以下三個(gè)：一是以供電系統(tǒng)的電網(wǎng)為介質(zhì)所引來的干擾，比如各種原因產(chǎn)生的過電壓、低電壓、高次諧波和雷擊等等；二是水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)備輸入信號(hào)線受到供電電源線的影響而產(chǎn)生的干擾；三是各種電氣設(shè)備和不同閘門的啟閉、探照燈、電焊機(jī)等電源的相互干擾。為了防止這類途徑引起的電源系統(tǒng)干擾，可以采取下類措施來規(guī)避：第一，用于給自動(dòng)化控制系統(tǒng)供電的電源要盡可能電源獨(dú)享，不要與其他的設(shè)備公用同一電源，最好就是能從外電降壓變壓器低壓側(cè)單獨(dú)直接提供一路線給自動(dòng)化控制系統(tǒng)使用；第二，在交流外電入口處接電源避雷器，以防止雷擊、外電操作過電壓等產(chǎn)生的浪涌過電壓造成的損害；第三，自動(dòng)控制系統(tǒng)供電屬于農(nóng)村用電范疇，電壓波動(dòng)較大，可以加裝適合現(xiàn)場(chǎng)需求的交流穩(wěn)壓器；第四，采用隔離變壓器來縮小初次級(jí)線圈間的分布電容和寄生電容，以減少外部高頻干擾的串入；第五，根據(jù)抗干擾和設(shè)備阻抗的大小要求來采用低通濾波器，以改善畸變波形和濾掉交流電源的高頻分量，以達(dá)到減少對(duì)電源系統(tǒng)的干擾。

2.2 采用電磁裝置抗干擾措施

針對(duì)上文所提到的各閘門啟閉機(jī)交流電源系統(tǒng)中的交流電磁接觸器、中間繼電器等的開關(guān)在啟閉時(shí)會(huì)產(chǎn)生過電壓和高頻電磁輻射而引發(fā)干擾，因此，可以采用各類電磁裝置的方法來防止這類干擾。首先，可以采用RC阻尼電路，它可以對(duì)陡峭上升的過電壓產(chǎn)生很好的阻尼作用；其次，采用壓敏電阻。作為一種半導(dǎo)體材料，壓敏電阻的功能類似于穩(wěn)壓二級(jí)管，具有比較強(qiáng)的通流能力和良好的非線性、正反向特性，可以對(duì)浪涌過電壓產(chǎn)生吸收作用，而且響應(yīng)速度比較快；最后，采用硒堆二極管，其作用類似于阻尼電路和壓敏電阻器。

2.3 輸入信號(hào)線處的抗干擾措施

水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)中有很多的輸入信號(hào)，一般在上、下游水位都設(shè)置有傳感器輸入信號(hào)，為了防止輸入信號(hào)因受交流外電、電磁等干擾而影響到自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)作，就需要從以下幾方面來入手：第一，交流電源會(huì)對(duì)輸入信號(hào)電纜線產(chǎn)生干擾作用，所以應(yīng)該輸入信號(hào)線和交流電源線分別走線，并盡可能將距離拉大；第二，為了防止水閘啟閉時(shí)對(duì)輸入信號(hào)線產(chǎn)生干擾作用，因此輸入信號(hào)線應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離電力控制臺(tái)和輸出控制線；第三，輸入信號(hào)線最好采用屏蔽電纜，并用地埋法，這樣可以有效防止雷電的干擾；第四，為了避免雷電或是過電壓串入到微機(jī)損害到系統(tǒng)主設(shè)備以及防止各類干擾從輸入回線進(jìn)入微機(jī)，所以需要用電位隔離法，一般采用光電耦合器。

2.4 輸出控制信號(hào)線的抗干擾措施

由于水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)閘門啟閉機(jī)是由輸出控制信號(hào)來直接驅(qū)動(dòng)的，因此需要確保輸出控制信號(hào)必須準(zhǔn)確可靠，如果輸出控制信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤不但會(huì)對(duì)閘門設(shè)備造成損害，還會(huì)傷及過往船只，所以需要做好措施防止輸出控制信號(hào)出錯(cuò)。首先，輸出控制信號(hào)電路要跟系統(tǒng)微機(jī)電源分開使用，即不可共用一路電源，且地線也不能共用；其次，采用光電隔離和機(jī)電隔離多層次隔離并用的方式來對(duì)輸出控制信號(hào)電路進(jìn)行隔離，防止受到水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)強(qiáng)電設(shè)備啟閉時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)負(fù)載的干擾；最后，可以采用屏蔽導(dǎo)線將不同功能的輸出控制信號(hào)線屏蔽開來，防止相互串?dāng)_。

3 結(jié)束語

水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)由于外部環(huán)境相對(duì)比較惡劣，容易受到各種外界因素的干擾而影響正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)到各種存在的干擾因素，并采取有效的防護(hù)措施，以提高水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)作能力，并保證運(yùn)行的長期、穩(wěn)定和可靠。

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