閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用

黃小明

(常州市武進水利工程有限公司，江蘇 常州 213000)

1 電氣自動化技術(shù)的運用優(yōu)勢以及重要性

電氣自動化技術(shù)是一種可靠、效率高的控制技術(shù)，可以運用在水利工程中。電氣自動化技術(shù)就是通過傳感器、控制器等自動控制原件的引入，實現(xiàn)對閘門系統(tǒng)的狀態(tài)進行實時的監(jiān)測和調(diào)整。系統(tǒng)的電信號作為輸入信號經(jīng)過采集和處理后傳輸?shù)娇刂婆_，控制臺對采集到的信息分析后形成指令輸送到閘門控制設(shè)備，從而實現(xiàn)對整個閘門系統(tǒng)的自動控制。

通過電氣自動化技術(shù)的介入，大大降低了人的工作內(nèi)容，簡化了操作步驟，節(jié)省了大量的人力物力成本，大幅提高了工作效率，并且為電力系統(tǒng)提供實時的監(jiān)測基礎(chǔ)，便于工作人員隨時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。

1.1 節(jié)省人力成本

傳統(tǒng)的閘門系統(tǒng)需要工作人員定期對系統(tǒng)進行檢查以及實施閘門的開合操作，在有緊急需求時，如果閘門控制開關(guān)附近沒有人駐守則可能存在安全隱患。因此在運用電氣自動化技術(shù)之后，工作人員不需要定期對閘門進行檢查，隨時可以通過監(jiān)控系統(tǒng)對整個閘門系統(tǒng)狀態(tài)進行控制和檢查，降低了工作難度。

1.2 提高工作效率

由于電氣自動化技術(shù)的介入，不再需要工作人員親自到閘門開關(guān)處進行操作，可以隨時通過控制系統(tǒng)遠程控制閘門開關(guān)，并查看閘門狀態(tài)，用電氣設(shè)備來替代人工操作，因此大幅提高了自動化水平進而提高了工作效率。

1.3 實現(xiàn)安全保障

閘門系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性是重中之重，傳統(tǒng)的閘門系統(tǒng)無法實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控，大多是出現(xiàn)問題后盡快發(fā)現(xiàn)和解決問題。通過電氣自動化技術(shù)的引入不但可以快速實施閘門的開合，同時可以通過系統(tǒng)設(shè)置，在關(guān)鍵數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時提前判斷故障的發(fā)生以及故障類型，并及時處理，以免出現(xiàn)問題。整個系統(tǒng)減少了人為失誤的可能，保證了閘門系統(tǒng)的安全、可靠。

2 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

2.1 先進性

在設(shè)計閘門系統(tǒng)時應(yīng)該具備一定的超前意識，在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下，采用較為先進的設(shè)備的和技術(shù)，滿足日后的發(fā)展需求。

2.2 開放性

閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具備較高的開放性，可以采用模塊化設(shè)計來保證未來研發(fā)出更新的軟件系統(tǒng)后可以與現(xiàn)有設(shè)備進行互聯(lián)，子系統(tǒng)之間保留有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，保證整個系統(tǒng)的兼容性，為未來的更新?lián)Q代保留可能性。

2.3 可靠性

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的可靠性，設(shè)備可以穩(wěn)定工作，監(jiān)控系統(tǒng)可以通過傳感器和控制器來獲取相關(guān)的參數(shù)并可靠控制閘門的開合。系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時應(yīng)有備用方案保證系統(tǒng)的可靠。

2.4 安全性

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該對數(shù)據(jù)的訪問和存儲以及更改具有一定的安全措施，防止數(shù)據(jù)被修改、盜竊以及破壞。

2.5 故障預(yù)警

具備故障檢測和分析功能，在監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)出現(xiàn)異常時，能夠快速根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的信息進行分析幫助維修人員快速確定故障處以及故障原因，并具備一定的故障修復(fù)功能，保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

3 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能

3.1 閘門的控制功能

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)閘門的開合、在緊急情況下可以自動關(guān)閉閘門

3.2 閘門關(guān)鍵相關(guān)參數(shù)的采集和處理

監(jiān)控系統(tǒng)可以自動采集水位、閘門移動狀態(tài)以及電機的運行狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)。

水位數(shù)據(jù)包括閘門前后的水位、攔污柵的堵塞情況以及水位數(shù)據(jù)。

閘門移動狀態(tài)包括閘門的位移數(shù)量、閘門的運行方向、閘門的卡停、飛車、下滑等狀態(tài)。

電機運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)包括電流、電壓以及電機線圈溫度的數(shù)據(jù)。

閘門的所有重要參數(shù)會自動記入監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，便于操作人員隨時查詢。

3.3 自動判斷功能

閘門監(jiān)控系統(tǒng)可以將傳感器獲取的相關(guān)參數(shù)與標(biāo)定值進行比較，并判斷閘門系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否安全、平穩(wěn)。在監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)時應(yīng)該能夠分析故障類型，簡單故障可以自行糾錯；出現(xiàn)重大故障時應(yīng)該及時發(fā)出警報，提醒工作人員進行緊急處理。

3.4 系統(tǒng)的保護功能

3.4.1 卡停

當(dāng)閘門因外部異物或其他原因?qū)е麻l門卡停時，應(yīng)該減小閘門的運行速度或停止閘門運動。閘門控制系統(tǒng)應(yīng)該及時切斷電源回路，停止閘門運動，并發(fā)出警報。

3.4.2 飛車

閘門在上升過程中或處于高位時突然失去控制向下落下時，監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)測到閘門位移的相關(guān)數(shù)據(jù)快速變化，此時監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該自動切斷電源回路，采取緊急制動措施停止閘門飛車，并發(fā)出警報。

3.4.3 下滑

閘門在處于高位時應(yīng)該保持在某一位置上時候如果監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到閘門位移發(fā)生變化，應(yīng)該自動將閘門位置移回設(shè)定的位置。

3.4.4 越限

閘門達到最高點或最低點時如果還存在位移變化，閘門系統(tǒng)應(yīng)該自動切斷電源回路，停止閘門的運動，并發(fā)出報警。

3.4.5 阻塞

當(dāng)攔污柵前后水位差超過標(biāo)定值時說明攔污柵被堵，影響水流通過。此時監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)出指令讓攔污柵清理機構(gòu)自動清理，并在系統(tǒng)中記錄。

4 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的組成

水利工程的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要包含3個部分，即傳感器、PLC控制器以及閘門動力系統(tǒng)。傳感器可以獲取閘門前后的水位信息、閘門的開合程度、上下游水位等參數(shù)。PLC控制器用于獲取傳感器穿來的數(shù)據(jù)并接受控制系統(tǒng)傳來的指令。

4.1 傳感器

傳感器可以采用精度較高的旋轉(zhuǎn)時編碼器，該編碼器可以通過旋轉(zhuǎn)的位置對應(yīng)閘門的開合程度，可以實現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的精準(zhǔn)獲取。數(shù)字閘門傳感器包括編碼和計算兩種方式。

4.2 PLC控制單元

PLC控制單元除了可以精準(zhǔn)獲取傳感器傳輸?shù)男畔?，計算閘門的位置和水位定相關(guān)信息，通過操控電動機來控制閘門的開合。PLC控制單元可以將獲取的信息傳輸給控制系統(tǒng)，可以將閘門的實時狀態(tài)通過顯示器顯示出來。借助PLC控制單元可以實現(xiàn)閘門系統(tǒng)的遠程操作。PLC控制單元中還可以設(shè)置預(yù)定參數(shù)，傳感器獲取的信息可以與預(yù)定參數(shù)進行比較并進行自動控制。PLC控制單元具備較高的穩(wěn)定性，出現(xiàn)問題時可以自動分析并報警。

5 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題

電氣自動化系統(tǒng)具備較高的穩(wěn)定性，不容易出現(xiàn)問題。但是閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中包含較多的傳感器以及電力設(shè)備。在使用過程中傳感器的精度和準(zhǔn)確度會對控制系統(tǒng)有很大的影響；同時自動化監(jiān)控系統(tǒng)對于電力的依賴程度較高，一旦電力供應(yīng)出現(xiàn)問題，監(jiān)控系統(tǒng)將無法實現(xiàn)應(yīng)有的功能，因此閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該配有備用供電系統(tǒng)，確保電力供應(yīng)出現(xiàn)問題時，操作人員有時間介入，接手控制閘門狀態(tài)；傳感器的傳輸線纜一般預(yù)埋于地下，因此在出現(xiàn)故障時不便于維修。

6 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)未來發(fā)展方向

6.1 自動故障診斷

在一個完整的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，閘門難免會出現(xiàn)各種故障，傳統(tǒng)的檢修方法是去現(xiàn)場進行檢修、排查，確定故障的類型和故障位置。電氣自動化技術(shù)的引入使得閘門故障的診斷和排除更為便捷和準(zhǔn)確。引入電氣自動化技術(shù)的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以通過監(jiān)控系統(tǒng)實時檢查系統(tǒng)的狀態(tài)，在出現(xiàn)問題時，不但可以判斷故障位置，還可以根據(jù)傳感器獲取的異常數(shù)據(jù)，分析判斷產(chǎn)生故障的根本原因，然后安排專業(yè)技術(shù)人員進行維修。一個成熟的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)故障的自動分類，不影響系統(tǒng)正常運行的小問題可以自行處理或暫時掛起等候處理，等待設(shè)計維修人員集中統(tǒng)一解決，提高工作效率；影響系統(tǒng)運行甚至可能造成安全隱患的狀況可以立即報警并自動采取應(yīng)急措施，值班人員應(yīng)該立即查看設(shè)備狀態(tài)并進行檢修，保證閘門系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

6.2 人工智能的應(yīng)用

設(shè)計、維修人員在維護閘門系統(tǒng)的設(shè)備時，需要投入大量的精力對系統(tǒng)進行檢查。伴隨電氣自動化技術(shù)的不斷成熟、電氣系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，現(xiàn)在的電氣系統(tǒng)已經(jīng)可以較為安全、穩(wěn)定地運行。在閘門自動化控制領(lǐng)域設(shè)計人員已經(jīng)積累了一定的實踐經(jīng)驗，對于常規(guī)的異?，F(xiàn)象可以大致判斷出系統(tǒng)在哪些位置出現(xiàn)了什么問題。因此可以引入人工智能技術(shù)，人工智能技術(shù)的引入可以自動識別閘門系統(tǒng)中的異常數(shù)據(jù)和故障，并且自動對故障進行排查、分類和處理。這樣可以減少工作人員的工作量，降低系統(tǒng)運營、維護成本。

7 結(jié) 語

綜上所述，水利工程在我國基礎(chǔ)建設(shè)方面占據(jù)十分重要的位置。通過引入閘門自動化監(jiān)控弄系統(tǒng)可以實現(xiàn)對水利工程施工現(xiàn)場的監(jiān)督控制，及時發(fā)現(xiàn)水利工程建設(shè)和運行中存在的問題并進行改正。相關(guān)單位應(yīng)該強化對系統(tǒng)各部件的了解，有效利用相關(guān)設(shè)備設(shè)施，充分發(fā)揮系統(tǒng)實時性、可靠性、可維護性和安全性等優(yōu)勢。在未來還需要加強對該系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備技術(shù)的創(chuàng)新，進一步提升閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用效果。