試論遠程啟閉控制系統在河道堤防水閘的應用

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：遠程啟閉控制系統是指借助各類現代技術，以非現場控制的方式，對河道堤防水閘（也可以是其他工作物）下達指令，使其滿足工作要求、執行遠程命令的信息化平臺以及其附屬物。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，在現有技術的基礎上，引入遠程啟閉控制系統也具有一定的可行性。

1.河道堤防水閘中遠程啟閉控制系統的應用架構

1.1 拓撲結構

河道堤防水閘中，遠程啟閉控制系統的撲拓結構包括信息傳輸部分、控制部分、執行單元、附屬結構。其中信息傳輸部分主要指各類通信線路，為避免通信活動遭遇干擾、受到破壞，擬在系統中以有線通信模式為主，輔以少量超短距無線通信技術和設施。控制部分以計算機為核心，并以智能技術為依托，提升系統自動化作業的能力，應對一些突發情況，避免人員誤操作、操作不及時導致的異常。執行單元主要是指各類執行具體操作的部件，包括水閘收放設備、流量監測儀、傳感器等。附屬結構包括計算機、存儲器、PLC邏輯控制器、協議轉換器以及信號處理器等，以保證所有設備能夠連接為一個整體，實現有序工作。

1.2 支持型技術

系統的支持型技術包括智能技術、傳感器技術、大數據技術、計算機技術、通信技術等。各類技術以及其對應的工作設備，主要借助集成技術融入同一塊芯片中，設定默認程序，由計算機進行程序的記憶和執行。以傳感器技術為例，在遠程啟閉控制系統中，當河道堤防水閘啟動，水流進入既定區域后，要求以傳感器實時了解水流的速度、水位變化信息，并快速將信息結果通過通信設施傳輸至計算機一端，由計算機根據默認程序進行信息分析，作為后續指令下達的依托。在該過程中，傳感器收集所獲的一手信息是各項工作開展的基礎。其他技術的運用也遵循統一化原則，于各自所屬環節按默認程序要求進行工作。

2.河道堤防水閘中遠程啟閉控制系統的應用方法

2.1 工作流程

河道堤防水閘中遠程啟閉控制系統的應用帶有流程化特點，以參數匹配法為基本方法。所謂參數匹配法，是指將河道堤防水閘的標準工作參數代入到計算機中，以相關參數作為遠程啟閉控制系統作業的參照，執行各類工作指令。如在存在分洪需求時，河道堤防水閘開啟，要求閘內水位達到10米。在遠程控制模式下，人員無法在現場進行水位觀察，此時傳感器作用得到發揮，將傳感器置于閘內，根據水壓變壓進行水流速度、水深的測定。因水壓為固定值，在河道堤防水閘參數固定不變（10米）的情況下，水壓達到標準值后，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算機控制中心，控制中心根據默認程序，對傳感器傳輸的水壓值進行評析，匹配標準值（10米水深水壓值），前者達到或非常接近后者，控制中心默認“工作完成”，仍通過通信線路將“合閘”指令下達到執行單元，執行單元執行“合閘”動作，完成河道堤防水閘的一輪遠程控制。

其他部分的工作方式與此類似，從原理上看，能夠遠程控制的所有指令均以默認的、帶有規律性的參數為依托。如上文所述的水壓值，假設河道堤防水閘默認程序中的水壓標準值為X，其實際作業過程中的水壓值必然圍繞X存在上下波動，這種波動帶有模糊線性規律，大致呈現為由低向高，或由高向低變化的特點，可通過一個數集表示：

X=[X-n……X-2;X-1;X;X1;X2……Xn]

數集中，[X-n、Xn]分別代表河道堤防水閘作業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，控制中心的參數控制范圍也在[X-n、Xn]之間，在不存在設備損壞、連接失效、通信故障問題的情況下，遠程啟閉控制系統借助各類參數即可進行河道堤防水閘的操控。

2.2 運維與模擬

遠程啟閉控制系統的運維，主要采用周期運維法，強調在非故障模式下了解整個系統的工作能力，針對重點環節進行故障分析和排查。如遠程工作模式下，通信系統可能出現故障，包括線路損壞、水浸等，一般應以3-5天為間隔，進行一次常規巡檢，處理較小的故障和隱患，以1個月為間隔，進行整個遠程啟閉控制系統和河道堤防水閘功能的全面分析。此外，在防洪季節、汛季也要求縮短運維間隔，記錄重點問題，盡快予以處理。

為了解系統工作能力，選取江蘇省某地進行模擬分析。該地夏季、秋季雨水豐沛，為保證防洪能力，設置河道堤防水閘7處，利用分布式控制技術，將所有工作水閘納入到相同的管理系統中，均取有線通信模式，利用CAN總線系統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的有序性。將該系統的工作參數代入計算機中生成作業模型，采取參數模擬法，不斷調整洪水強度、通信干擾水平以及指令/傳感器信息數目，測試系統能否準確完成指令下達、信息傳輸，并評估信息執行的時間和準確率。

共進行110次模擬，指令共計1415條，均完成下達。信息傳輸在各級干擾模式下出現波動，中等強度干擾和輕微干擾不會影響信息可讀性，當干擾強度過大時，信息可讀性下降為75%左右。應在后續工作中予以考慮和解決。指令/傳感器信息數目大量增加時，信息處理效率有所下降，超過30萬條信息在1秒鐘內進入計算機，第一條信息和最后一條信息的處理間隔過長，可在實際工作中選用能力較強的中央處理器予以應對。

總結：綜上，現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。架構上看，系統拓撲結構重視不同環節功能的依次實現。重點支持型技術包括CAN總線技術、有線通信技術、集成技術等。系統工作的基本流程以參數匹配法為核心，運維也借助智能技術提升效率，模型分析證明了上述理論的可行性。