水利工程中閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的研究

張俸俊

近年來，隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我國水利工程建設(shè)的相關(guān)技術(shù)水平也得到了很大的提高，尤其是閘門的建設(shè)。閘門在水利工程建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用，如果沒有閘門，所有的防洪和抗災(zāi)活動都猶如紙上談兵。世界上許多國家在水利工程的閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)方面取得了很大的成就，我國在引進西方國家設(shè)備的同時，還根據(jù)我們的基本國情研發(fā)出具有國家特色的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，并得到了廣大水利工作者的認可。但是值得注意的是，雖然我國在水利工程閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)方面取得了很大的成就，但是該系統(tǒng)在使用過程中仍然存在著一些問題，需要我們繼續(xù)去探討和改進。

一、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

為了確保閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)能夠得以正常運行，在進行閘門自動化系統(tǒng)設(shè)計時，我們應(yīng)該遵循以下原則：首先，我們應(yīng)該把其基本功能作為設(shè)計的前提，進而增加設(shè)備的實用性和可靠性。其次，該系統(tǒng)必須具備抵抗惡劣環(huán)境的能力，從而避免強電和雷電的干擾[1]。再次，我們應(yīng)該實行參數(shù)應(yīng)答式的工作機制。最后，在設(shè)計時，我們應(yīng)該讓該操作簡單、容易，便于以后維修工作的開展，同時，還應(yīng)該讓閘群控制組網(wǎng)比較靈活和便于操作。

二、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計目標

（一）先進性

在設(shè)計閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)時，設(shè)計人員的思想應(yīng)該前衛(wèi)一些，在保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，使用比較先進的設(shè)備和技術(shù)，從而適應(yīng)發(fā)展的趨勢，滿足未來的發(fā)展需求。

（二）可靠性

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)要具備一定的可靠性，使其具有一定的抗干擾性，且故障率低、接收靈敏度高，室外安裝防風雨老化性強，同時要有很強的抗高低溫能力，保證設(shè)備可以穩(wěn)定地工作。另外，為了保證在出現(xiàn)故障時系統(tǒng)具有一定的一定的可靠性，應(yīng)該提前準備一定的解決方案。

（三）故障預(yù)警

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具有一定的故障檢測和分析功能，當監(jiān)控系統(tǒng)中最重要的參數(shù)出現(xiàn)異常時，我們可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的信息來進行分析，從而幫助維護人員快速確定故障發(fā)生的位置和引起故障的原因。另外，閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)該具備修復(fù)故障的功能，從而確保系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

（四）開放性

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該保持一定的開放性，為了讓日后開發(fā)出的新軟件系統(tǒng)與目前所有的設(shè)備能夠關(guān)聯(lián)在一起，確保子系統(tǒng)之間留有一定的通信接口，我們應(yīng)該采用模塊化設(shè)計，從而確保整個系統(tǒng)能夠相互協(xié)調(diào)，為今后的更新?lián)Q代提供一定的可能性。

（五）安全性

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該對數(shù)據(jù)的訪問和存儲以及更新具有一定的安全保護措施，從而保證其數(shù)據(jù)不被修改、盜竊或者遭到破壞。

三、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的主要組件

（一）傳感部件

在整個閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感部件具有非常重要的作用，是不可或缺的組件之一。閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的傳感部件主要包括了水位傳感器和閘位傳感器。而在這些傳感部件中，最常見的傳感器就是閘門開度傳感器，根據(jù)輸出信號類型的不同，我們可以將閘門傳感器分為兩種，即模擬型的閘門開度傳感器以及數(shù)字型的閘門開度傳感器，這兩種類型的傳感器都有各自的優(yōu)缺點，在實際應(yīng)用過程中，我們根據(jù)實際需求來選擇合適的傳感器。與模擬型的閘門開度傳感器相比較，數(shù)字型的閘門開度傳感器在實際中的應(yīng)用更為廣泛，而數(shù)字型的閘門開度傳感器又可以分為計數(shù)式的閘門開度傳感器以及編碼式的閘門開度傳感器。相對于編碼式的閘門傳感器，基數(shù)式的閘門傳感器在實際生活中應(yīng)用更廣泛，它的主要工作原理就是利用數(shù)據(jù)化的技術(shù)來計算出對數(shù)脈沖對位的具體角度，然后再輸出所有的具體數(shù)據(jù)。

（二）信道

對于閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，確保其平穩(wěn)持續(xù)運轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，而決定這一監(jiān)控系統(tǒng)能否平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的一個重要因素就是信道，信道在閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的重要地位是其他一些組件無法取代的。另外，在整個閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，信道也是耗損資金最為嚴重的系統(tǒng)組件之一。對于信道而言，它的主要功能就是做好中心站與閘控站之間的通信工作，它可以通過一些微波、短波，甚至是電纜等不同方式來收集一些數(shù)據(jù)，進而通過這些數(shù)據(jù)來了解系統(tǒng)的運行情況，因此，也經(jīng)常將信道比喻為信息傳送的中樞。

（三）遠程控制單元

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程中的核心技術(shù)就是遠程控制單元，它能夠進行遠程管理和控制，使其在黑夜也可以進行自動化操作，并能夠做到“無人值守”。而對于閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)而言，其之所以可以實現(xiàn)這一功能，主要依靠的就是遠程控制單元。在整個閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，遠程控制單元的地位是不可動搖的，與其他的部件相比較，它具有良好的穩(wěn)定性以及可靠性[2]。另外，遠程控制單元作為一個單獨的運轉(zhuǎn)工作站，它可以直接通過遠程數(shù)據(jù)采集或者本地控制來對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和傳輸，并及時將數(shù)據(jù)的具體情況顯示出來，甚至利用Visual C++等語言程序來進行編程，確保整個閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。

四、閘門系統(tǒng)中運用電氣自動化技術(shù)的優(yōu)勢

（一）節(jié)省了人力成本

將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用到閘門系統(tǒng)中的優(yōu)勢非常多，而其中比較顯著的一個優(yōu)勢就是其可以節(jié)省大量的人力和物力成本。在傳統(tǒng)的閘門系統(tǒng)中，為了確保閘門系統(tǒng)可以正常高效的運行，就需要工作人員每隔一段時間對閘門系統(tǒng)進行一次詳細、全面的檢查，在檢查的過程中，工作人員需要手動進行閘門的開合操作[3]。但是，如果閘門系統(tǒng)出現(xiàn)了緊急情況，而此時工作人員不在閘門控制開關(guān)旁邊的時候，就可能會導(dǎo)致一些安全事故的發(fā)生。但是，如果將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用到了閘門系統(tǒng)中，工作人員就可以時刻了解整個閘門系統(tǒng)的運行情況，也可以直接對閘門系統(tǒng)進行檢查，這樣就會大大減少了工作人員的工作量，在降低工作難度的同時也大大節(jié)約了人力開支。

（二）安全得以保障

保證閘門系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定是閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)最重要的工作之一，以前的閘門系統(tǒng)根本不能進行實時動態(tài)監(jiān)控，經(jīng)常都是在出現(xiàn)問題之后才開始找出問題所在并尋求解決辦法。電氣自動化技術(shù)的引進，不僅可以對閘門進行快速開關(guān)，同時當系統(tǒng)中重要的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不正常時可以盡快判斷出故障發(fā)生的位置以及故障的類型，并快速做出處理，從而避免了故障的發(fā)生。這樣也大大減少了人為因素導(dǎo)致的失誤，從而保證了閘門系統(tǒng)的安全性和可靠性。

五、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能

（一）閘門的控制功能

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)﹂l門的開關(guān)進行遠程控制，并且可以在緊急關(guān)頭自動關(guān)閉閘門。

（二）自動判斷功能

對于閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)而言，其具備的一個重要功能就是自動判斷功能。在閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)正常運行過程中，它可以通過傳感器獲得對應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后將獲得的這些數(shù)據(jù)與標準值進行比較，通過比較結(jié)果可以判斷出閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)是否處于正常運行的狀態(tài)。在實際監(jiān)測過程中，如果所獲取的數(shù)據(jù)存在不正常的現(xiàn)象，閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)也可以自行對存在的故障進行分析，如果系統(tǒng)存在的故障比較簡單，那么閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)也可以進行自行糾正，如果監(jiān)測結(jié)果為較為重大的故障，這時候閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)就可以及時發(fā)出警報，工作人員在收到警報之后可以及時采取對應(yīng)的解決對策。

（三）閘門關(guān)鍵參數(shù)的采集和處理

除了具備自動判斷功能，閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)還可以及時對系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進行采集和處理。例如，在實際運行過程中，閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以自動采集水位、電機運行狀態(tài)以及閘門移動狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采集的水位數(shù)據(jù)主要包括了水位的具體數(shù)據(jù)、閘門前后的水位數(shù)據(jù)等[4]。而電機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)主要包含了電機線圈的具體溫度、電壓以及電流相關(guān)數(shù)據(jù)等。最為復(fù)雜的數(shù)據(jù)為閘門移動狀態(tài)數(shù)據(jù)，其包含了閘門的實際運行方向、閘門的下滑、飛車以及卡停等。在閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)實際運行過程中，其涉及的所有重要參數(shù)都會時刻被自動記入監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，這樣在后續(xù)的工作中，工作人員就可以隨時隨地查看這些參數(shù)，以此為依據(jù)來確定閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)是否處于正常運行的狀態(tài)。

（四）系統(tǒng)的保護功能

最后，對于閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)而言，還有一個重要的功能就是系統(tǒng)的保護功能。在閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)運行的過程中，如果系統(tǒng)由于受到外部因素影響出現(xiàn)卡停情況時，就應(yīng)該及時調(diào)整閘門的運行速度，或者情況比較危急的時候也可以停止系統(tǒng)的運行，閘門控制系統(tǒng)就會在第一時間切斷電源，使得閘門停止運動，并且及時發(fā)出警報，以便于工作人員可以及時解決系統(tǒng)故障。另外，如果飛車閘門在處于上升階段或者已經(jīng)處于最高位置，由于受到某些原因而出現(xiàn)失控并且下降的時候，監(jiān)控系統(tǒng)也可以在第一時間監(jiān)測到閘門位移數(shù)據(jù)的變化情況，與此同時，監(jiān)控系統(tǒng)也可以快速切斷電源的回路，并且采取一些緊急對策來阻止閘門飛車，監(jiān)控系統(tǒng)也可以及時發(fā)出警報。最后，當系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)攔污柵前后的水位超過其運行標準值的時候，就可以判斷出此時攔污柵已經(jīng)堵塞，會嚴重影響水流的通過，進而嚴重影響了系統(tǒng)的正常運行。這個時候，監(jiān)控系統(tǒng)也可以感應(yīng)到異常，然后及時發(fā)出對應(yīng)的命令，并且讓攔污柵清理機構(gòu)在第一時間之內(nèi)進行垃圾的自動處理，并且將這一故障記錄下來。

六、建立閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)對于水利工程的必要性

（一）建立閘門監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足我國實現(xiàn)現(xiàn)代化水利工程的需求

建立閘門監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢特別多，而其中比較顯著的一個優(yōu)勢就是其可以更好地滿足我國現(xiàn)代化水利工程的實際需求。眾所周知，我國整體的地勢情況比較復(fù)雜，再加上分布比較廣泛且復(fù)雜的湖泊以及河流，嚴重阻礙了水利工程的進展。而通過建立閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)則可以很好的改變這一現(xiàn)狀，同時，還可以更好地提高水資源的利用率，節(jié)約水資源。因此，我們必須要緊跟時代發(fā)展的步伐，積極引進并且應(yīng)用現(xiàn)代新型的技術(shù)，利用現(xiàn)代新型技術(shù)盡快建立閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，利用這一系統(tǒng)合理的開發(fā)并且利用水資源，不斷提高水資源的利用率。

（二）建立閘門監(jiān)控系統(tǒng)可以更好的實現(xiàn)水利資源共享

水資源的有效利用對于一個國家的發(fā)展至關(guān)重要，其直接關(guān)系到一個國家經(jīng)濟的發(fā)展和進步，但是，由于受到諸多因素的制約，我國水資源開發(fā)程度和利用效率比較低，而閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)則可以改變這一現(xiàn)狀，利用這一系統(tǒng)可以更加全面準確地采集水資源信息，然后根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)合理開發(fā)和利用水資源。另外，閘門監(jiān)控系統(tǒng)還可以增加各個水資源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)之間的交集，實現(xiàn)部門之間的數(shù)據(jù)共享。

七、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用

（一）實現(xiàn)遠程控制

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)以及應(yīng)用對于促進水利工程的發(fā)展至關(guān)重要。眾所周知，對于閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)而言，其最重要的組件之一就是遠程控制，而遠程控制的核心就是PLC。對于PLC的運行而言，其可以自動設(shè)定一些程序指令，然后利用這一程序指令對整個閘門自動化進行實時監(jiān)控，在這個監(jiān)控過程中，工作人員可以不進行手動操作，這樣不僅僅可以減輕工作人員的工作負擔，同時，還可以提高整個系統(tǒng)的工作效率。另外，PLC的應(yīng)用還可以防止意外故障的出現(xiàn)，我們也可以將閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置成為手動控制模式，然后管理人員也可以根據(jù)實際情況來合理切換手動和自動模式。

（二）狀態(tài)監(jiān)測和自我控制

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的許多設(shè)備的使用時間都比較長，隨著系統(tǒng)長年累月地運行，這些設(shè)備會出現(xiàn)各種材料老化的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致系統(tǒng)在運行過程中會出現(xiàn)比較多的故障。這些故障的出現(xiàn)不僅僅會影響系統(tǒng)的正常運行，而且還會威脅到工作人員的生命安全，造成比較大的經(jīng)濟損失。而為了避免這些故障的發(fā)生，就應(yīng)該確保閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)具備一定的狀態(tài)監(jiān)測和自我控制功能[5]。狀態(tài)監(jiān)測是一種實時監(jiān)測模式，PLC將實時采集到的參數(shù)和數(shù)據(jù)庫中的標準數(shù)值進行對比，一旦發(fā)現(xiàn)實際測量值不在標準數(shù)值的范圍之內(nèi)，就可以說明閘門設(shè)備出現(xiàn)了異常并同時發(fā)出警告。自我診視和判斷就是每間隔一段時間就對閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行一次全方位的檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常，則進行更進一步的診視和判斷，從而及早查找出系統(tǒng)中軟件和硬件出現(xiàn)的問題，將損失降到最低。

八、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中有很多的傳感器和電力設(shè)備，傳感器的精確程度直接影響著閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的運行好壞，同時閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)能否開始正常運行完全取決于電力供應(yīng)，如果電力供應(yīng)一旦出現(xiàn)故障，閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)就無法正常運作[6]。所以，閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該準備電力發(fā)電機以防備用，當電力供應(yīng)出現(xiàn)問題時，操作人員有充足的時間來進行對閘門的控制。另外，傳感器的傳輸線纜通常都被埋在地底下，這樣當故障發(fā)生時，則不容易對其進行修理。

結(jié)束語

眾所周知，水利工程建設(shè)項目是我國經(jīng)濟得以發(fā)展的根本行業(yè)，它關(guān)系著人民的生活，對社會發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。閘門在水利工程建設(shè)項目中擔當著不可替代的重大責任，把閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)推廣到水利工程建設(shè)項目中是社會發(fā)展的必然要求。但是由于閘門自動化控制系統(tǒng)的組成比較多樣化，并且其技術(shù)的實施也有著非常高的要求，一定要明確了解該系統(tǒng)的重要核心部分，并將其合理地應(yīng)用到水利工程中，為水利工程建設(shè)項目水平的提高提供一定的基礎(chǔ)。