水利工程中閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

劉玉春

摘 要：在水利工程建設(shè)實施的項目中，閘門是其自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中一個非常重要的部分。因此，本文主要通過對水庫閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步探討水閘其自動化監(jiān)測系統(tǒng)的組件及其設(shè)計。

關(guān)鍵詞：水利工程 閘門 自動監(jiān)控

如今，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，水工建筑物的實施建設(shè)在我國已經(jīng)有了長足發(fā)展，并且其整體建設(shè)技術(shù)也不可同日而語，但是對于水閘的實施卻從來沒有一點的松懈。究其原因在于水閘在整個水工建筑物中發(fā)揮著重要作用，對于水工建筑物來說，如果沒有了堅實可靠的水閘，一切都是紙上談兵，防洪、救災(zāi)必然失敗。過去通常使用相對簡單的方法，然而傳統(tǒng)的手工管理缺點很多，嚴(yán)重的限制了水閘所扮演的角色，這不可避免的造成了很大的浪費，例如使用過多人力、浪費過多物力和財力，因此自動控制的實現(xiàn)在未來是水閘管理的必然發(fā)展趨勢。

1.水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的主要組件

1. 1傳感部件

水閘自動監(jiān)測系統(tǒng)的過程中經(jīng)常用傳感器來測量，這主要包括水位傳感器、制動位置傳感器和一些野外測量工作。模擬開度式傳感器繞過精密的多圈線的電位器作為主要的傳感器，閥門通過滾筒的轉(zhuǎn)動齒輪傳送到旋轉(zhuǎn)軸電位器上，在閘門關(guān)閉與開啟的過程中，電位器跟著旋轉(zhuǎn)軸不停的旋轉(zhuǎn)，然后使電位器的動臂和固定電阻之間發(fā)生不同的變化。兩個固定臂之間加上電壓時，可以從一個移動手臂取走一個點位數(shù)值。一般來說，數(shù)字類型的傳感器可分為編碼類型和計數(shù)制兩種，一般使用計數(shù)器類型，其主要原理是數(shù)字化的位移角，最終的輸出的數(shù)據(jù)格式通常有格雷碼、BCD或二進(jìn)制代碼。

1.2信道

通信的可靠性，穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，會影響整個系統(tǒng)能否有序運轉(zhuǎn)，它往往是整個系統(tǒng)中花費成本最大的一部分。系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的作用主要是用于制動控制和中心站通信，還包括制動控制站之間的通信，兩者之間可以通過有線或無線通信連接，其交流的方式應(yīng)該是應(yīng)警方式。

1.3遠(yuǎn)程控制單元

為了滿足遠(yuǎn)程控制的需要，一些主要的國內(nèi)外研究部門和制造商通常會把控制單元遠(yuǎn)程終端安裝在一起，這就是常說的遠(yuǎn)程控制單元，即RTU，其運行較可靠，性能穩(wěn)定，功能相對完整。經(jīng)過長時間的發(fā)展，已經(jīng)有了很多的定型。這個單位可以更好地完成連鎖控制，包括前饋和反饋。數(shù)據(jù)收集的時候，其扮演的角色是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，它連接到站點和操作之間的中央站，遠(yuǎn)程控制單元模塊主要由CPU單元構(gòu)成，可以存儲、發(fā)送和接收天線。

2.閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)工作體制選擇

2.l 可編程控制器（即 PLC 系統(tǒng)）

現(xiàn)場的PLC系統(tǒng)適用于測量控制，它的現(xiàn)場測量和控制功能比較強(qiáng)，性能也比較穩(wěn)定，因為這些其被廣泛的使用，但是目前的它還僅僅局限在通信的領(lǐng)域。

2.2分布式數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（即SCADA系統(tǒng)）

SCADA系統(tǒng)屬于中小尺寸測量和控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是有三個主要的部分構(gòu)成：遠(yuǎn)程控制單元也就是RTU、通信網(wǎng)絡(luò)以及控制中心。其有很多的特點，例如可以現(xiàn)場測量與控制，還可以實現(xiàn)資源之間的共享。在這個系統(tǒng)中，既可以配備有線的通信系統(tǒng)，同時也可以配備無線的通信系統(tǒng)。

SCADA系統(tǒng)主要用在石油、電力以及水利等行業(yè)中，在那些地理環(huán)境相對惡劣的情況下，特別適合使用遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備。如今，在多個領(lǐng)域中中小型水閘自動控制系統(tǒng)逐漸被推廣和使用，其前景廣闊。

3.應(yīng)用實例分析

水庫制動控制自動化系統(tǒng)主要有水情遙測子系統(tǒng)、自動閘門監(jiān)控子系統(tǒng)和超聲波流量測量子系統(tǒng)等構(gòu)成，在整個系統(tǒng)中主要含有三個對降雨量進(jìn)行測量的遙測站，有一個對雨量或者是水量進(jìn)行測試的遙測站，一個有著三孔閘門的自動監(jiān)測站以及一個閘門測控中心和一個超聲波其流量的測試站。在水通道的入口處，有一個控制進(jìn)水的閘門，它主要通過人工進(jìn)行控制。當(dāng)整個系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電的時候，車間里的工作人員便會通過電話聯(lián)系到閘站那邊的值班員，然后通過閘站的值班員手動調(diào)整閘門。在這種情況下其一方面工作強(qiáng)度比較大，同時工作的效率也不是很高，浪費了很大的勞動力成本，同時因為人為控制水庫中水位變化具有嚴(yán)重的滯后效應(yīng)，這對水庫的長遠(yuǎn)發(fā)展來說有害。本文立足于現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，對水電站的控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，主要利用計算機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)代替原來的手動控制系統(tǒng)。

3. 1閘門控制方式

在閘門控制裝置中，一般的操作主要使用機(jī)械和電氣系統(tǒng)或者是通過可編程的電子控制器。通過相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在區(qū)域控制門的領(lǐng)域主要的技術(shù)包括：手動控制，繼電器接觸器控制或者是由PLC進(jìn)行控制。

（1）手動控制模式

電動閥進(jìn)行控制的方法相對來說簡單，通過一把閘刀或者一個轉(zhuǎn)換手柄便可以輕松控制。在具體的操作過程中，對于閘門開啟的高度一般是借助人眼進(jìn)行估計的。通過這種方式有較大的誤差，既不利于電動機(jī)本身的保護(hù)，也很容易因為不同工作人員的誤差而導(dǎo)致沒有實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。

（2）PLC閘門控制方式

轉(zhuǎn)換的繼電器主要通過邏輯控制的方式自動的啟動或者切換到所要求的工作狀態(tài)中，最終完成對閘門的具體操作。但是如果在邏輯電路中添加一個或者多個相對類似的部分繼電器，那么整個設(shè)備將會因為繼電器的復(fù)雜而導(dǎo)致其整個控制系統(tǒng)可靠性的不斷下降。除此之外，對于閘門這樣的一些控制方式簡單的順序動作，應(yīng)該首先綜合性考慮機(jī)電的控制系統(tǒng)，主要原因在于它不僅可以長時間的不斷運行，更重要的是其故障的排除不需要較高的技能。

一些遵循運動序列的閘門在升降中會暫時停頓，對于這樣的一個控制系統(tǒng)，完全可以通過修改開啟和關(guān)閉的時間以及間歇的周期，并且預(yù)設(shè)的水位也完全可以借助設(shè)置來實現(xiàn)。如果電氣控制的方式不能解決，我們還可以借助PLC控制來處理上述問題。

3.2整體方案設(shè)計

閘門監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它由以下兩部分組成：endprint

（1）閘門監(jiān)控中心

閘門控制主要是通過計算機(jī)監(jiān)控中心，人機(jī)界面和相關(guān)的外圍設(shè)備。

（2）現(xiàn)場控制單元

根據(jù)現(xiàn)有情況，要把三個水位傳感器安裝在進(jìn)水閘門的前面或者是后面，在閘門的監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備控制單元中還需要打開微處理器?，F(xiàn)場監(jiān)測單元在整個系統(tǒng)中普遍采用現(xiàn)場總線技術(shù)，閘門的打開體現(xiàn)了微處理器在數(shù)字通信和計算方面的能力，越來越多的智能微處理器使用現(xiàn)場總線集成在一起，形成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3.3微處理器的選擇

閘門控制系統(tǒng)所在的環(huán)境是非常糟糕的，尤其是那些現(xiàn)場控制單元其所在的環(huán)境電磁干擾大、濕度大。于是，選用哪一種微型控制器便顯得至關(guān)重要。如今，能夠用來測量和控制的主要裝置有以下幾種：工業(yè)控制計算機(jī)、PLC以及單片機(jī)。工業(yè)控制計算機(jī)相對來說，有著比較強(qiáng)大的功能，在溝通和人機(jī)接口方面優(yōu)點突出，因此得到廣泛的使用，但是缺點很多，例如體積大、價格昂貴，并且不容易被移動。PLC在工業(yè)控制中相對廣泛，體積小、容易便攜，并且可靠性較高、功能也比較強(qiáng)大，但是也有價格昂貴、靈活性差等特點。

4.結(jié)語

總之，鑒于水資源對國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的重要性，加強(qiáng)對閘門的管理，實現(xiàn)其全天候監(jiān)視是必要的。首先，要及時的跟蹤和監(jiān)控河流中水位的變化，并且準(zhǔn)確的記錄水位數(shù)據(jù)，合理控制閘門，進(jìn)而為水資源的合理調(diào)度準(zhǔn)備充足的一手資料。通過閘門其自動化的監(jiān)控系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、及時的把握好開閘放水的時間，進(jìn)而為水資源的總體調(diào)度準(zhǔn)備一手材料。第二，自動化閘門監(jiān)控系統(tǒng)抗洪救災(zāi)、水利發(fā)電等方面有著極其重要的地位。閘門是水利工程建設(shè)中最為基礎(chǔ)的一部分，其扮演的角色主要有防汛救災(zāi)，但是它對于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)有著更為重要的積極作用。為了更好的加強(qiáng)對水電站的綜合利用，發(fā)揮其更大的功效，減少洪水災(zāi)害對于人民生命財產(chǎn)的危害，不斷提高水電站調(diào)度的管理水平，建立閘門綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行。在過去的調(diào)動中，手動操作的方式不斷費時、費力，還難以起到應(yīng)有的效果。借助微機(jī)監(jiān)控，可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的控制間內(nèi)便可以對閘門進(jìn)行細(xì)致、全面的監(jiān)控。

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