水利工程中閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)研究

葛 新

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163000)

閘門是水利工程的重要組成部分，依托傳感設(shè)備、PLC控制終端、無線通信模塊等構(gòu)建閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，可以幫助管理人員遠程監(jiān)測和控制閘門。相比以往的手動操控，水利工程引進閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)后，減輕了工作人員的勞動強度和工作壓力，也顯著提高了工程安全性。在了解該系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢和結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，管理人員還要熟練掌握閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的操作要點，才能真正發(fā)揮其應(yīng)用價值。

1 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的運行流程

管理人員通過液晶顯示屏(人機交互界面)了解當(dāng)前水利工程閘門狀態(tài)，根據(jù)操作需要下達相應(yīng)指令，再由PLC按照預(yù)設(shè)程序自動完成工作，PLC根據(jù)前端反饋的實時信息和狀態(tài)參數(shù)，調(diào)用相關(guān)程序后自動生成控制方案，控制指令從通信模塊下達到前端的動作裝置，控制閘門完成開啟或閉合。閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中有許多節(jié)點，因為該系統(tǒng)的子系統(tǒng)是獨立的，因此每一個節(jié)點和子系統(tǒng)在退出或出現(xiàn)故障時不會對整個系統(tǒng)或其他部分產(chǎn)生影響。系統(tǒng)用戶可以進行在線數(shù)據(jù)設(shè)定和修改，更換數(shù)據(jù)時需要使用口令進行識別。閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有較好的檢測功能，當(dāng)檢測到系統(tǒng)出現(xiàn)不能執(zhí)行的動作或狀態(tài)時會立即報警，對相關(guān)指令實施拒收。

2 水利工程中閘門自動化監(jiān)測系統(tǒng)的實際應(yīng)用

2.1 通過人機交互界面獲取信息并下達操控指令

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的人機交互界面主要提供三項功能。其一，信息顯示，包括各個閘門的狀態(tài)信息、操作界面的功能信息等。管理人員通過人機交互界面，可以了解水利工程各個閘門當(dāng)前的運行狀態(tài)及該系統(tǒng)包含的各項控制功能。其二，指令下達，管理人員通過操作人機界面，可以下達控制指令，如通過“歷史記錄”可以查看以往閘門的操作信息。通過“自動診斷”可以對整個監(jiān)控系統(tǒng)進行自動巡檢，如果有軟件、硬件方面的問題，可以及時報警。其三，系統(tǒng)維護，通過預(yù)留的USB接口連接計算機后，可以對閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行維護和升級。

2.2 利用閘門監(jiān)控設(shè)備采集狀態(tài)信號

2.2.1 閘門監(jiān)控裝置的應(yīng)用

卷揚機為閘門提供動力，并使用精確度極高的旋轉(zhuǎn)式編碼器來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性。旋轉(zhuǎn)編碼器可以捕獲電動機轉(zhuǎn)軸的啟閉位置，并間接反映閘門所在位置，同時將該信號轉(zhuǎn)為格雷碼。閘門監(jiān)控系統(tǒng)中的PLC元件接收格雷碼以后可進行精確定位，采集位置信息并進行實時反饋。閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的重要部件有傳感部件、信道及遠程控制單元系統(tǒng)等。傳感部件負(fù)責(zé)狀態(tài)信號收集，根據(jù)傳感器類型和功能的不同收集到的信號也存在差異，有壓力信號、位置信號等。

2.2.2 狀態(tài)信號采集

采集閘門的運行參數(shù)和狀態(tài)信號，是閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)的前端分布著大量傳感元件，如位置傳感器、壓力傳感器等，能夠?qū)崟r收集并反饋閘門相關(guān)信息。這些信息通過通信模塊，定期發(fā)送至終端控制設(shè)備，然后根據(jù)實際需要，發(fā)送相應(yīng)的控制指令。指令發(fā)出后，要利用狀態(tài)信號采集功能，監(jiān)控各項指令是否得以執(zhí)行。以閘門閉合為例，由PLC發(fā)出閉合指令后，通過接收閘門狀態(tài)信號，判斷是否完成閉合。直到狀態(tài)信號顯示完成閉合后，發(fā)出終止指令。

2.3 使用通信傳輸裝置完成信息傳輸

前端傳感器采集到的信息需要借助通信傳輸模塊，將其發(fā)送至PLC控制中心。因此，在閘門自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，通信傳輸模塊非常重要。早期的通信方式主要采用有線傳輸，但是由于閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中包含的各類電氣設(shè)備種類和數(shù)量較多，線路比較復(fù)雜。隨著5G技術(shù)逐漸成熟，無線傳輸?shù)膬?yōu)勢逐漸體現(xiàn)出來，其不僅具有更快的信號傳輸速率，實現(xiàn)了閘門狀態(tài)參數(shù)的同步傳遞，還可以提高抗干擾能力，增強了該系統(tǒng)在復(fù)雜、惡劣環(huán)境下的使用效果。

2.4 基于PLC實現(xiàn)遠程控制

遠程控制中心是整個閘門自動化監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵，其核心是PLC。作為一種工業(yè)計算機，PLC可以通過預(yù)設(shè)程序指令的方式，實現(xiàn)對閘門的自動化監(jiān)控。如終端控制模塊接收到傳感器反饋的信息后，通過識別信息內(nèi)容，自動調(diào)用相應(yīng)的程序，發(fā)送控制指令。整個過程不需要人工操作，實現(xiàn)了全程自動化。遠程控制模塊支持C++、Java等語言，可以根據(jù)水利工程閘門管理需要，人為調(diào)控程序，滿足監(jiān)控需要。為了防止PLC故障等意外情況，閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)也設(shè)置了手動控制模式，可以根據(jù)需要進行切換。

2.5 狀態(tài)監(jiān)測和自我診斷

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的很多設(shè)備，由于長期處于復(fù)雜環(huán)境中，隨著使用年限的延長和材料的老化，容易出現(xiàn)各種各樣的問題。如果不能及時發(fā)現(xiàn)這些問題，有可能引發(fā)更嚴(yán)重的事故。要應(yīng)用閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，就必須設(shè)計狀態(tài)監(jiān)測和自動診斷功能。其中，狀態(tài)監(jiān)測是一種即時監(jiān)測模式，利用前端監(jiān)控設(shè)備，在采集閘門電氣設(shè)備運行參數(shù)的基礎(chǔ)上，同步傳遞給監(jiān)測終端。PLC會將實時監(jiān)測參數(shù)和數(shù)據(jù)庫中存儲的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進行對照，如果發(fā)現(xiàn)實測參數(shù)超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍，則判斷為閘門電氣設(shè)備運行異常，進行告警。自動診斷則是每隔一段時間對閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的運行工況進行一次全面檢查。如果發(fā)現(xiàn)有異常情況，則開展進一步的診斷，以盡早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟件問題和硬件故障，降低損失。如果自動診斷結(jié)果表明確實存在故障，還能發(fā)出警報，并通過人機交互界面顯示，提醒運維人員采取處理措施。

3 結(jié)語

我國水利事業(yè)不斷發(fā)展，水利工程管理自動化、智能化水平也在持續(xù)提升。閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)是信息技術(shù)與工程管理相結(jié)合的典型代表，管理人員不僅可以通過監(jiān)控設(shè)備遠程掌握閘門狀態(tài)，還能利用終端控制系統(tǒng)編輯和下達控制指令，這些指令通過通信模塊傳輸?shù)角岸说膭幼鲉卧?，控制閘門的開啟或關(guān)閉。從實際應(yīng)用效果來看，閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有響應(yīng)及時、穩(wěn)定可靠、易于維護等優(yōu)點，減輕了人工管理壓力，確保了水利工程穩(wěn)定運行，具有推廣應(yīng)用價值。