水利工程中閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)研究

趙旭春

（黃河水利水電開發(fā)集團(tuán)有限公司，河南 濟(jì)源 459017）

閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的使用可以對(duì)閘門的啟閉、開度大小以及重要的圖像信息進(jìn)行收集和處理，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的遠(yuǎn)程控制。閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行工作過程中，主要包含中央控制系統(tǒng)與閘門現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，不但如此，其中還包含各種傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等各種重要的系統(tǒng)組成部分。由于系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜多樣，因此在進(jìn)行監(jiān)控工作過程中，對(duì)于自動(dòng)化控制技術(shù)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，需要充分發(fā)揮出自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)，保證閘門控制工作的可靠性和安全性，對(duì)推動(dòng)中國水利工程項(xiàng)目不斷朝著更高目標(biāo)發(fā)展打下重要的基礎(chǔ)。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

隨著中國科技技術(shù)的不斷向前發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)在使用工作過程中具有更高的運(yùn)行可靠性，工作效率更高，同時(shí)控制效果更好，在水利工程項(xiàng)目當(dāng)中應(yīng)用非常普遍。電氣自動(dòng)化技術(shù)主要是通過對(duì)各種先進(jìn)的傳感器、控制器等設(shè)備的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程閘門系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)與控制，在運(yùn)行工作過程中，系統(tǒng)的電信號(hào)作為其中的主要輸入信號(hào)，在經(jīng)過信息的收集和處理之后，可以將其直接輸送到控制終端系統(tǒng)中來進(jìn)行處理控制臺(tái)，對(duì)于所涉及到的信息進(jìn)行分析之后，將最終的控制工作指令直接發(fā)送到對(duì)應(yīng)對(duì)閘門控制系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)整個(gè)閘門系統(tǒng)的運(yùn)行工作狀態(tài)進(jìn)行掌控。

通過對(duì)多種不同類型的先進(jìn)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上節(jié)省了大量的人力物力成本，并可以在很大程度上提高水利工程項(xiàng)目閘門系統(tǒng)的運(yùn)行工作效率，同時(shí)為電力系統(tǒng)的工作提供出實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)，方便工作人員隨時(shí)進(jìn)行閘門系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和了解。

1.1 節(jié)省大量的人力成本

在傳統(tǒng)形式下，水利工程專門系統(tǒng)工程工作需要相關(guān)工作人員周期性地對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行工作情況以及其中各種零部件的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，尤其對(duì)于閘門的開合工作效果進(jìn)行控制非常關(guān)鍵，在遇到一些緊急問題時(shí)，如果專門控制系統(tǒng)附近區(qū)域沒有工作人員看管，很有可能會(huì)出現(xiàn)較大的安全隱患。因此，必須要投入一定量的人力資源來進(jìn)行實(shí)時(shí)性監(jiān)控，通過引入更加先進(jìn)的電氣自動(dòng)化技術(shù)之后，對(duì)于閘門系統(tǒng)的控制工作而言，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制，相關(guān)工作人員不需要頻繁地對(duì)閘門系統(tǒng)進(jìn)行檢查，可以直接通過監(jiān)控系統(tǒng)的功能，對(duì)閘門系統(tǒng)的運(yùn)行工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)和控制，有效降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)于閘門系統(tǒng)的監(jiān)控工作效果更加明顯。

1.2 提高系統(tǒng)工作效率

通過有效引入電氣自動(dòng)化技術(shù)，和以往的閘門工作方式進(jìn)行對(duì)比，相關(guān)工作人員不需要親自到閘門開關(guān)的位置進(jìn)行操作，可以直接通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的自動(dòng)化控制，并且相關(guān)工作人員還可以實(shí)時(shí)系統(tǒng)查看閘門的運(yùn)行工作狀態(tài)。通過使用電氣設(shè)備有效替代人工的操作工作方法，可以在很大程度上提高閘門系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，可以提高工作人員的工作效率，有效避免一些人為性操作失誤問題的產(chǎn)生，提高閘門控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)，保證水利工程項(xiàng)目各項(xiàng)工作開展的安全性和穩(wěn)定性。

1.3 閘門系統(tǒng)運(yùn)行安全性更高

在水利工程項(xiàng)目當(dāng)中，閘門系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性是其中非常重要的工作內(nèi)容，同時(shí)也受到了水利工程單位的高度重視。由于傳統(tǒng)形勢(shì)下閘門系統(tǒng)在工作當(dāng)中，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性動(dòng)態(tài)化監(jiān)控工作，通常情況下是在產(chǎn)生問題之后盡快發(fā)現(xiàn)和解決。通過電機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，不但可以快速實(shí)現(xiàn)閘門的開啟和閉合，同時(shí)還可以通過系統(tǒng)設(shè)置，在閘門系統(tǒng)的運(yùn)行工作過程中，對(duì)于其中一些關(guān)鍵性數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生異常問題時(shí)，提前做出故障判斷，同時(shí)通知到專業(yè)的工作人員及時(shí)進(jìn)行處置，避免在后續(xù)的運(yùn)行工作過程中產(chǎn)生問題，整個(gè)系統(tǒng)的控制工作減少了人為性失誤所產(chǎn)生的影響，有效保證水利工程閘門系統(tǒng)運(yùn)行工作的安全性和可靠性。

2 閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的組成

水利工程項(xiàng)目在閘門監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成方面包含多個(gè)環(huán)節(jié)，屬于一項(xiàng)相對(duì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)組成部分，在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部包含大量的控制子系統(tǒng)和分塊工作單元，在總監(jiān)控系統(tǒng)的控制工作條件下，可以有效完成各項(xiàng)自動(dòng)化控制工作。在各個(gè)不同的控制工作單元當(dāng)中，可以有效完成系統(tǒng)化集中控制、現(xiàn)場(chǎng)操控以及數(shù)據(jù)信息收集等一系列操作，其中閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)主要包含閘門控制系統(tǒng)、集中控制單元以及所對(duì)應(yīng)的PLC 現(xiàn)場(chǎng)控制工作模塊[1]。

2.1 閘門控制系統(tǒng)

閘門控制系統(tǒng)當(dāng)中的卷揚(yáng)機(jī)，可以為閘門提供充足的動(dòng)力，同時(shí)通過運(yùn)用精確度更高的旋轉(zhuǎn)式編碼器設(shè)備，可以有效保證數(shù)據(jù)信息收集和傳輸工作的準(zhǔn)確度。編碼器可以有效獲取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸在工作過程中的對(duì)應(yīng)啟閉位置情況，同時(shí)還可以直接反映出閘門所處的具體工作位置，將其中的各種信號(hào)有效轉(zhuǎn)化成格雷碼。在閘門監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中的PLC 控制工作元件，可以在接收到隔離碼之后，對(duì)其工作位置展開準(zhǔn)確定位工作，同時(shí)將所涉及到的工作配置信息及時(shí)地反饋到終端控制系統(tǒng)內(nèi)部。閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行工作過程中，涉及到大量的重要傳感構(gòu)件、信息通道以及遠(yuǎn)距離操控系統(tǒng)單元等，其中傳感部件是該系統(tǒng)當(dāng)中比較常用的設(shè)備之一，其功能和作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目工程施工的精確測(cè)量，同時(shí)可以有效判斷出信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，找到有效的信息傳遞路徑，保證信息傳輸?shù)墓ぷ餍省?shù)字型的閘門傳感器，可以將其劃分為編碼式和計(jì)算式2 種方式，通過使用數(shù)據(jù)化控制工作原理，可以對(duì)脈沖定位工作角度進(jìn)行精確測(cè)算，同時(shí)將所涉及到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集。信道的傳輸工作會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的安全性和穩(wěn)定性，因此對(duì)于閘門自動(dòng)化監(jiān)控工作起到的作用和效果非常明顯，基于信道控制閘門，可以有效建立起中間站之間的信息通道，并且以不同的形式展開數(shù)據(jù)信息的快速傳輸與信息接收[2]。不但如此，閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在工作過程中，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化系統(tǒng)控制，并且保證在夜間環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)遠(yuǎn)程控制工作單元，所包含的系統(tǒng)部件相對(duì)比較復(fù)雜，使運(yùn)行工作更加穩(wěn)定，作為單獨(dú)運(yùn)行的工作站，可以實(shí)現(xiàn)本地控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息之間的實(shí)時(shí)性收集，保證遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息的快速傳輸，并且在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中完成信息編輯和程序編程。

2.2 PLC 現(xiàn)場(chǎng)控制工作單元

通過使用PLC 控制技術(shù)展開現(xiàn)場(chǎng)控制和分析，可以有效提高現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)控制工作的精確性，不但可以準(zhǔn)確地接收隔離碼，并且還可以將閘門的位置進(jìn)行精確定位，有效判斷閘門工作過程中的所處位置，同時(shí)可以全面實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)閘門啟閉工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)性掌控。基于PLC 作為現(xiàn)場(chǎng)控制工作單元，首先可以通過顯示屏的形式快速顯示出文字圖像信息，同時(shí)還可以精確地反映出閘門在工作過程中的啟閉工作狀態(tài)，以及閘門內(nèi)部水位高低情況；基于PLC 控制工作模塊，可以將該工作環(huán)節(jié)劃分成多個(gè)不同的操作工作流程，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)控制，同時(shí)該控制工作環(huán)節(jié)相互之間可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作，在系統(tǒng)單元聯(lián)合作用條件下，可以保證閘門控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性[3]。PLC 控制工作單元可以對(duì)整個(gè)閘門的啟閉工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，因?yàn)镻LC 控制工作單元的安全工作系數(shù)相對(duì)較高，并且具備一套非常完善的報(bào)警工作程序，如果產(chǎn)生安全故障問題，PLC 控制工作單元可以及時(shí)啟動(dòng)警報(bào)程序，并向工作人員進(jìn)行預(yù)警。

2.3 集中控制工作單元

集中控制工作單元當(dāng)中具有多種不同類型的操控按鈕，不同的按鈕也代表著不同的操作工作程序，相關(guān)工作人員在進(jìn)行實(shí)際操控工作當(dāng)中，可以通過選擇集中式的控制工作方法，對(duì)不同工作模塊所發(fā)出的操控工作指令進(jìn)行傳輸。與此同時(shí)，在自動(dòng)化控制工作程序當(dāng)中，因?yàn)榫邆涓叩闹悄芑刂乒ぷ魈攸c(diǎn)，相關(guān)工作人員只需要在閘門操作系統(tǒng)內(nèi)部輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)值，即控制整個(gè)控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)閘門操作系統(tǒng)的自動(dòng)化操作，提高閘門的自動(dòng)化工作質(zhì)量和穩(wěn)定性。

3 閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)所具備的主要功能分析

首先，必須要具備更加完善的系統(tǒng)化控制工作功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)水利工程項(xiàng)目閘門的精確控制，比如可以對(duì)所有的閘門啟閉故障、應(yīng)急處理等問題進(jìn)行解決。通過閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性收集。監(jiān)控系統(tǒng)可以自動(dòng)收集水位信息，對(duì)閘門的移動(dòng)工作狀態(tài)進(jìn)行有效控制，并且對(duì)其中的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行進(jìn)一步控制和處理，水位數(shù)據(jù)方面主要包含閘門前后的水位高度、攔污格柵的堵塞情況以及水位高低等。閘門的移動(dòng)工作狀態(tài)主要包含閘門的位移數(shù)量、閘門的運(yùn)行工作方向、閘門飛車、下滑運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)運(yùn)行工作過程中，主要的數(shù)據(jù)信息包含電流電壓以及電機(jī)線圈溫度等相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，其中閘門的所有重要參數(shù)信息都會(huì)自動(dòng)記錄到監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，為后續(xù)工作人員的數(shù)據(jù)查詢和使用提供保障。

其次，關(guān)注閘門運(yùn)行工作過程中的參數(shù)信息以及工作狀態(tài)信號(hào)，進(jìn)一步完善閘門檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，保證閘門運(yùn)行工作過程中的狀態(tài)和穩(wěn)定性符合水利工程項(xiàng)目的工作要求。在閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程中，可以對(duì)閘門的實(shí)際開度大小以及運(yùn)行工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)可以對(duì)傳感器中的數(shù)據(jù)信息以及所獲取的標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，同時(shí)在監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過程中，如果故障障問題產(chǎn)生的具體形式屬于一些比較簡(jiǎn)單和常見的問題可以自行進(jìn)行調(diào)整，如果產(chǎn)生一些比較嚴(yán)重的故障問題時(shí)，會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)工作信號(hào)，提醒工作人員及時(shí)進(jìn)行處理。

最后，閘門自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)具有強(qiáng)大的人機(jī)互聯(lián)控制功能，相關(guān)工作人員可以基于人機(jī)交互功能頁面，有效獲取閘門各環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)以及關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)信息，整個(gè)操作流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，與此同時(shí)，該系統(tǒng)在工作過程中還具備更強(qiáng)的自我診斷、系統(tǒng)檢測(cè)等多項(xiàng)功能。該系統(tǒng)在日常工作當(dāng)中，可以對(duì)各種系統(tǒng)控制工作問題進(jìn)行診斷和分析，有效判斷故障問題產(chǎn)生的具體位置，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警工作信號(hào)，通過自我診斷控制工作方法，可以對(duì)閘門系統(tǒng)的各部分軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)性監(jiān)控，有效防止閘門在工作過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的故障問題。

4 水利工程項(xiàng)目中閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的具體應(yīng)用

由于閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程項(xiàng)目中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯，因此需要對(duì)該系統(tǒng)的使用工作方法進(jìn)行有效掌控。首先，因?yàn)樵撟詣?dòng)化控制系統(tǒng)在工作過程中具有更高的實(shí)時(shí)性效果，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC、IPC主機(jī)的系統(tǒng)的快速處理，同時(shí)設(shè)置出相應(yīng)的響應(yīng)以及對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存器軟件，可以實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的快速傳輸。其次，該監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行工作過程中具有更強(qiáng)的可靠性系統(tǒng)，在外部運(yùn)行環(huán)境條件較高的情況下，具有更強(qiáng)的外部因素抗干擾性能，可以有效保證系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行工作的安全性和穩(wěn)定性。與此同時(shí)，通過該系統(tǒng)的有效使用，具有更強(qiáng)的可維護(hù)性效果，即閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中各種控制工作設(shè)備，可以完成自我故障診斷工作，并且有效結(jié)合水利工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的工作情況以及不同的工作特點(diǎn)，對(duì)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生故障問題的零部件進(jìn)行及時(shí)檢查與更換處理。在進(jìn)行軟件故障問題的檢測(cè)工作當(dāng)中，可以精確地檢測(cè)到各工作任務(wù)的級(jí)別高低，并且還具備方便實(shí)驗(yàn)可隔離故障點(diǎn)斷開、區(qū)分客戶換設(shè)備及項(xiàng)目工程當(dāng)中可以全面提高水利工程項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)工作質(zhì)量和工作可靠性。閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中包含多個(gè)不同的銜接點(diǎn)，由于該系統(tǒng)相互之間彼此獨(dú)立存在，每一個(gè)對(duì)應(yīng)的工作節(jié)點(diǎn)和子系統(tǒng)退出工作過程中，不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的干擾和影響，當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)或者是子系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重故障問題時(shí)，也不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)的工作狀態(tài)造成干擾。

5 閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的未來發(fā)展工作方向

可以實(shí)現(xiàn)故障問題的智能化診斷和處理。在一個(gè)完整的閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，閘門長(zhǎng)時(shí)間地使用不可避免會(huì)產(chǎn)生各種不同類型的故障問題。由于傳統(tǒng)的檢修的方法所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)故障問題的處理工作效率偏低，通過有效使用電氣自動(dòng)化技術(shù)，在閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮出的作用優(yōu)勢(shì)會(huì)越來越明顯。通過閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以準(zhǔn)確地判斷故障問題產(chǎn)生到具體位置，同時(shí)還可以基于傳感器有效獲取其中的各項(xiàng)異常參數(shù)信息，有效判斷故障問題產(chǎn)生的根本原因，然后增派專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行維修處理，充分實(shí)現(xiàn)閘門系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。

對(duì)更加先進(jìn)的人工智能技術(shù)的有效應(yīng)用。維修工作人員在進(jìn)行閘門系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)工作過程中，需要投入到大量的工作精力，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行工作狀態(tài)進(jìn)行檢查和分析。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的全面應(yīng)用，各種人工智能技術(shù)將會(huì)越來越成熟，基于電氣系統(tǒng)的全面優(yōu)化和完善信息端的電氣系統(tǒng)，已經(jīng)可以保證更加安全穩(wěn)定的工作和運(yùn)行，同時(shí)在后續(xù)的發(fā)展工作過程中，會(huì)在閘門自動(dòng)化控制工作領(lǐng)域當(dāng)中融入更加先進(jìn)的人工智能技術(shù)，可以有效提高閘門系統(tǒng)的控制效果，提高水利工程項(xiàng)目的整體運(yùn)行質(zhì)量和穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

綜上所述，在水利工程項(xiàng)目建設(shè)工作過程中，閘門是其中非常重要的組成部分，直接關(guān)系到水利工程泄水工作的安全性和穩(wěn)定性。由于以往的水利工程閘門控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度有所不足，因此在使用過程中會(huì)存在一定的弊端和缺陷，通過引進(jìn)更加先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)控工作系統(tǒng)，可以有效保證水利工程項(xiàng)目的整體運(yùn)行質(zhì)量和控制效果，保證水利工程項(xiàng)目的各項(xiàng)功能得到有效發(fā)揮。