閘門自動化監控系統在水利工程中的應用

崔高麓

(常州市武進水利工程有限公司，江蘇 常州 213000)

1 電氣自動化技術的運用優勢以及重要性

電氣自動化技術是一種可靠、效率高的控制技術，可以運用在水利工程中。電氣自動化技術就是通過傳感器、控制器等自動控制原件的引入，實現對閘門系統的狀態進行實時的監測和調整。系統的電信號作為輸入信號經過采集和處理后傳輸到控制臺，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備，從而實現對整個閘門系統的自動控制。

通過電氣自動化技術的介入，大大降低了人的工作內容，簡化了操作步驟，節省了大量的人力物力成本，大幅提高了工作效率，并且為電力系統提供實時的監測基礎，便于工作人員隨時監測系統狀態。

1.1 節省人力成本

傳統的閘門系統需要工作人員定期對系統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，隨時可以通過監控系統對整個閘門系統狀態進行控制和檢查，降低了工作難度。

1.2 提高工作效率

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

1.3 實現安全保障

閘門系統的安全性和穩定性是重中之重，傳統的閘門系統無法實現實時動態監控，大多是出現問題后盡快發現和解決問題。通過電氣自動化技術的引入不但可以快速實施閘門的開合，同時可以通過系統設置，在關鍵數據出現異常時提前判斷故障的發生以及故障類型，并及時處理，以免出現問題。整個系統減少了人為失誤的可能，保證了閘門系統的安全、可靠。

2 閘門自動化監控系統設計目標

2.1 先進性

在設計閘門系統時應該具備一定的超前意識，在保證系統安全穩定的前提下，采用較為先進的設備的和技術，滿足日后的發展需求。

2.2 開放性

閘門自動監控系統應該具備較高的開放性，可以采用模塊化設計來保證未來研發出更新的軟件系統后可以與現有設備進行互聯，子系統之間保留有標準通信接口，保證整個系統的兼容性，為未來的更新換代保留可能性。

2.3 可靠性

監控系統應該具有較高的可靠性，設備可以穩定工作，監控系統可以通過傳感器和控制器來獲取相關的參數并可靠控制閘門的開合。系統在出現故障時應有備用方案保證系統的可靠。

2.4 安全性

監控系統應該對數據的訪問和存儲以及更改具有一定的安全措施，防止數據被修改、盜竊以及破壞。

2.5 故障預警

具備故障檢測和分析功能，在監控系統關鍵參數出現異常時，能夠快速根據數據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功能，保證系統的安全性和穩定性。

3 閘門自動化監控系統的功能

3.1 閘門的控制功能

閘門自動化監控系統可以實現閘門的開合、在緊急情況下可以自動關閉閘門。

3.2 閘門關鍵相關參數的采集和處理

監控系統可以自動采集水位、閘門移動狀態以及電機的運行狀態相關數據。

水位數據包括閘門前后的水位、攔污柵的堵塞情況以及水位數據。

閘門移動狀態包括閘門的位移數量、閘門的運行方向、閘門的卡停、飛車、下滑等狀態。

電機運行狀態的數據包括電流、電壓以及電機線圈溫度的數據。

閘門的所有重要參數會自動記入監控系統的數據庫，便于操作人員隨時查詢。

3.3 自動判斷功能

閘門監控系統可以將傳感器獲取的相關參數與標定值進行比較，并判斷閘門系統的運行狀態是否安全、平穩。在監控系統監測到異常數據時應該能夠分析故障類型，簡單故障可以自行糾錯；出現重大故障時應該及時發出警報，提醒工作人員進行緊急處理。

3.4 系統的保護功能

3.4.1 卡停

當閘門因外部異物或其他原因導致閘門卡停時，應該減小閘門的運行速度或停止閘門運動。閘門控制系統應該及時切斷電源回路，停止閘門運動，并發出警報。

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，監控系統可以監測到閘門位移的相關數據快速變化，此時監控系統應該自動切斷電源回路，采取緊急制動措施停止閘門飛車，并發出警報。

3.4.3 下滑

閘門在處于高位時應該保持在某一位置上時候如果監控系統監測到閘門位移發生變化，應該自動將閘門位置移回設定的位置。

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，閘門系統應該自動切斷電源回路，停止閘門的運動，并發出報警。

3.4.5 阻塞

當攔污柵前后水位差超過標定值時說明攔污柵被堵，影響水流通過。此時監控系統可以發出指令讓攔污柵清理機構自動清理，并在系統中記錄。

4 閘門自動化監控系統的組成

水利工程的閘門自動化監控系統主要包含三個部分，即傳感器、PLC控制器以及閘門動力系統。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。PLC控制器用于獲取傳感器穿來的數據并接受控制系統傳來的指令。

4.1 傳感器

傳感器可以采用精度較高的旋轉時編碼器，該編碼器可以通過旋轉的位置對應閘門的開合程度，可以實現對相關參數的精準獲取。數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獲取傳感器傳輸的信息，計算閘門的位置和水位定相關信息，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，可以將閘門的實時狀態通過顯示器顯示出來。借助PLC控制單元可以實現閘門系統的遠程操作。PLC控制單元中還可以設置預定參數，傳感器獲取的信息可以與預定參數進行比較并進行自動控制。PLC控制單元具備較高的穩定性，出現問題時可以自動分析并報警。

5 閘門自動化監控系統中存在的問題

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

6 閘門自動化監控系統未來發展方向

6.1 自動故障診斷

在一個完整的閘門自動化監控系統中，閘門難免會出現各種故障，傳統的檢修方法是去現場進行檢修、排查，確定故障的類型和故障位置。電氣自動化技術的引入使得閘門故障的診斷和排除更為便捷和準確。引入電氣自動化技術的閘門自動化監控系統可以通過監控系統實時檢查系統的狀態，在出現問題時，不但可以判斷故障位置，還可以根據傳感器獲取的異常數據，分析判斷產生故障的根本原因，然后安排專業技術人員進行維修。一個成熟的閘門自動化監控系統可以實現故障的自動分類，不影響系統正常運行的小問題可以自行處理或暫時掛起等候處理，等待設計維修人員集中統一解決，提高工作效率；影響系統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急措施，值班人員應該立即查看設備狀態并進行檢修，保證閘門系統的安全、穩定運行。

6.2 人工智能的應用

設計、維修人員在維護閘門系統的設備時，需要投入大量的精力對系統進行檢查。伴隨電氣自動化技術的不斷成熟、電氣系統的不斷優化，現在的電氣系統已經可以較為安全、穩定地運行。在閘門自動化控制領域設計人員已經積累了一定的實踐經驗，對于常規的異常現象可以大致判斷出系統在哪些位置出現了什么問題。因此可以引入人工智能技術，人工智能技術的引入可以自動識別閘門系統中的異常數據和故障，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，降低系統運營、維護成本。

7 結 語

綜上所述，水利工程在我國基礎建設方面占據十分重要的位置。通過引入閘門自動化監控弄系統可以實現對水利工程施工現場的監督控制，及時發現水利工程建設和運行中存在的問題并進行改正。相關單位應該強化對系統各部件的了解，有效利用相關設備設施，充分發揮系統實時性、可靠性、可維護性和安全性等優勢。在未來還需要加強對該系統有關設備技術的創新，進一步提升閘門自動化監控系統在水利工程建設中的應用效果。