試論遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)在河道堤防水閘的應(yīng)用

李自韻

江蘇省通榆河薔薇河送清水工程管理處 江蘇 淮安 223000

前言：遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)是指借助各類現(xiàn)代技術(shù)，以非現(xiàn)場控制的方式，對河道堤防水閘（也可以是其他工作物）下達(dá)指令，使其滿足工作要求、執(zhí)行遠(yuǎn)程命令的信息化平臺(tái)以及其附屬物。河道堤防水閘的功能較為特殊，其控制能力的提升十分必要，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)也具有一定的可行性。

1.河道堤防水閘中遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)

1.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

河道堤防水閘中，遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)的撲拓結(jié)構(gòu)包括信息傳輸部分、控制部分、執(zhí)行單元、附屬結(jié)構(gòu)。其中信息傳輸部分主要指各類通信線路，為避免通信活動(dòng)遭遇干擾、受到破壞，擬在系統(tǒng)中以有線通信模式為主，輔以少量超短距無線通信技術(shù)和設(shè)施?？刂撇糠忠杂?jì)算機(jī)為核心，并以智能技術(shù)為依托，提升系統(tǒng)自動(dòng)化作業(yè)的能力，應(yīng)對一些突發(fā)情況，避免人員誤操作、操作不及時(shí)導(dǎo)致的異常。執(zhí)行單元主要是指各類執(zhí)行具體操作的部件，包括水閘收放設(shè)備、流量監(jiān)測儀、傳感器等。附屬結(jié)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、PLC邏輯控制器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器以及信號(hào)處理器等，以保證所有設(shè)備能夠連接為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)有序工作。

1.2 支持型技術(shù)

系統(tǒng)的支持型技術(shù)包括智能技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等。各類技術(shù)以及其對應(yīng)的工作設(shè)備，主要借助集成技術(shù)融入同一塊芯片中，設(shè)定默認(rèn)程序，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序的記憶和執(zhí)行。以傳感器技術(shù)為例，在遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)中，當(dāng)河道堤防水閘啟動(dòng)，水流進(jìn)入既定區(qū)域后，要求以傳感器實(shí)時(shí)了解水流的速度、水位變化信息，并快速將信息結(jié)果通過通信設(shè)施傳輸至計(jì)算機(jī)一端，由計(jì)算機(jī)根據(jù)默認(rèn)程序進(jìn)行信息分析，作為后續(xù)指令下達(dá)的依托。在該過程中，傳感器收集所獲的一手信息是各項(xiàng)工作開展的基礎(chǔ)。其他技術(shù)的運(yùn)用也遵循統(tǒng)一化原則，于各自所屬環(huán)節(jié)按默認(rèn)程序要求進(jìn)行工作。

2.河道堤防水閘中遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)的應(yīng)用方法

2.1 工作流程

河道堤防水閘中遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)的應(yīng)用帶有流程化特點(diǎn)，以參數(shù)匹配法為基本方法。所謂參數(shù)匹配法，是指將河道堤防水閘的標(biāo)準(zhǔn)工作參數(shù)代入到計(jì)算機(jī)中，以相關(guān)參數(shù)作為遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)作業(yè)的參照，執(zhí)行各類工作指令。如在存在分洪需求時(shí)，河道堤防水閘開啟，要求閘內(nèi)水位達(dá)到10米。在遠(yuǎn)程控制模式下，人員無法在現(xiàn)場進(jìn)行水位觀察，此時(shí)傳感器作用得到發(fā)揮，將傳感器置于閘內(nèi)，根據(jù)水壓變壓進(jìn)行水流速度、水深的測定。因水壓為固定值，在河道堤防水閘參數(shù)固定不變（10米）的情況下，水壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后，該信息得到傳感器的捕捉并通過有線通信的方式傳輸給計(jì)算機(jī)控制中心，控制中心根據(jù)默認(rèn)程序，對傳感器傳輸?shù)乃畨褐颠M(jìn)行評析，匹配標(biāo)準(zhǔn)值（10米水深水壓值），前者達(dá)到或非常接近后者，控制中心默認(rèn)“工作完成”，仍通過通信線路將“合閘”指令下達(dá)到執(zhí)行單元，執(zhí)行單元執(zhí)行“合閘”動(dòng)作，完成河道堤防水閘的一輪遠(yuǎn)程控制。

其他部分的工作方式與此類似，從原理上看，能夠遠(yuǎn)程控制的所有指令均以默認(rèn)的、帶有規(guī)律性的參數(shù)為依托。如上文所述的水壓值，假設(shè)河道堤防水閘默認(rèn)程序中的水壓標(biāo)準(zhǔn)值為X，其實(shí)際作業(yè)過程中的水壓值必然圍繞X存在上下波動(dòng)，這種波動(dòng)帶有模糊線性規(guī)律，大致呈現(xiàn)為由低向高，或由高向低變化的特點(diǎn)，可通過一個(gè)數(shù)集表示：

X=[X-n……X-2;X-1;X;X1;X2……Xn]

數(shù)集中，[X-n、Xn]分別代表河道堤防水閘作業(yè)中水壓的最小值和最大值。傳感器收集的信息通常處于二者之間，控制中心的參數(shù)控制范圍也在[X-n、Xn]之間，在不存在設(shè)備損壞、連接失效、通信故障問題的情況下，遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)借助各類參數(shù)即可進(jìn)行河道堤防水閘的操控。

2.2 運(yùn)維與模擬

遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)的運(yùn)維，主要采用周期運(yùn)維法，強(qiáng)調(diào)在非故障模式下了解整個(gè)系統(tǒng)的工作能力，針對重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行故障分析和排查。如遠(yuǎn)程工作模式下，通信系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障，包括線路損壞、水浸等，一般應(yīng)以3-5天為間隔，進(jìn)行一次常規(guī)巡檢，處理較小的故障和隱患，以1個(gè)月為間隔，進(jìn)行整個(gè)遠(yuǎn)程啟閉控制系統(tǒng)和河道堤防水閘功能的全面分析。此外，在防洪季節(jié)、汛季也要求縮短運(yùn)維間隔，記錄重點(diǎn)問題，盡快予以處理。

為了解系統(tǒng)工作能力，選取江蘇省某地進(jìn)行模擬分析。該地夏季、秋季雨水豐沛，為保證防洪能力，設(shè)置河道堤防水閘7處，利用分布式控制技術(shù)，將所有工作水閘納入到相同的管理系統(tǒng)中，均取有線通信模式，利用CAN總線系統(tǒng)使不同控制元件的信息可以得到同步收集和異步處理，并以PLC邏輯控制器確保指令下達(dá)的有序性。將該系統(tǒng)的工作參數(shù)代入計(jì)算機(jī)中生成作業(yè)模型，采取參數(shù)模擬法，不斷調(diào)整洪水強(qiáng)度、通信干擾水平以及指令/傳感器信息數(shù)目，測試系統(tǒng)能否準(zhǔn)確完成指令下達(dá)、信息傳輸，并評估信息執(zhí)行的時(shí)間和準(zhǔn)確率。

共進(jìn)行110次模擬，指令共計(jì)1415條，均完成下達(dá)。信息傳輸在各級(jí)干擾模式下出現(xiàn)波動(dòng)，中等強(qiáng)度干擾和輕微干擾不會(huì)影響信息可讀性，當(dāng)干擾強(qiáng)度過大時(shí)，信息可讀性下降為75%左右。應(yīng)在后續(xù)工作中予以考慮和解決。指令/傳感器信息數(shù)目大量增加時(shí)，信息處理效率有所下降，超過30萬條信息在1秒鐘內(nèi)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，第一條信息和最后一條信息的處理間隔過長，可在實(shí)際工作中選用能力較強(qiáng)的中央處理器予以應(yīng)對。

總結(jié)：綜上，現(xiàn)代河道堤防水閘的工作得到廣泛重視，其控制能力的提升既是必要的，也是可行的。架構(gòu)上看，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重視不同環(huán)節(jié)功能的依次實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)支持型技術(shù)包括CAN總線技術(shù)、有線通信技術(shù)、集成技術(shù)等。系統(tǒng)工作的基本流程以參數(shù)匹配法為核心，運(yùn)維也借助智能技術(shù)提升效率，模型分析證明了上述理論的可行性。