水利工程中閘門自動化監控系統研究

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，依托傳感設備、PLC控制終端、無線通信模塊等構建閘門自動化監控系統，可以幫助管理人員遠程監測和控制閘門。相比以往的手動操控，水利工程引進閘門自動化監控系統后，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。在了解該系統的應用優勢和結構組成的基礎上，管理人員還要熟練掌握閘門自動化監控系統的操作要點，才能真正發揮其應用價值。

1 閘門自動化監控系統的運行流程

管理人員通過液晶顯示屏(人機交互界面)了解當前水利工程閘門狀態，根據操作需要下達相應指令，再由PLC按照預設程序自動完成工作，PLC根據前端反饋的實時信息和狀態參數，調用相關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。閘門自動化監控系統中有許多節點，因為該系統的子系統是獨立的，因此每一個節點和子系統在退出或出現故障時不會對整個系統或其他部分產生影響。系統用戶可以進行在線數據設定和修改，更換數據時需要使用口令進行識別。閘門自動化監控系統具有較好的檢測功能，當檢測到系統出現不能執行的動作或狀態時會立即報警，對相關指令實施拒收。

2 水利工程中閘門自動化監測系統的實際應用

2.1 通過人機交互界面獲取信息并下達操控指令

閘門自動化監控系統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前的運行狀態及該系統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”可以對整個監控系統進行自動巡檢，如果有軟件、硬件方面的問題，可以及時報警。其三，系統維護，通過預留的USB接口連接計算機后，可以對閘門自動化監控系統進行維護和升級。

2.2 利用閘門監控設備采集狀態信號

2.2.1 閘門監控裝置的應用

卷揚機為閘門提供動力，并使用精確度極高的旋轉式編碼器來提高數據傳輸的精確性。旋轉編碼器可以捕獲電動機轉軸的啟閉位置，并間接反映閘門所在位置，同時將該信號轉為格雷碼。閘門監控系統中的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。閘門自動化監控系統中的重要部件有傳感部件、信道及遠程控制單元系統等。傳感部件負責狀態信號收集，根據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 狀態信號采集

采集閘門的運行參數和狀態信號，是閘門自動化監控系統運行的基礎。該系統的前端分布著大量傳感元件，如位置傳感器、壓力傳感器等，能夠實時收集并反饋閘門相關信息。這些信息通過通信模塊，定期發送至終端控制設備，然后根據實際需要，發送相應的控制指令。指令發出后，要利用狀態信號采集功能，監控各項指令是否得以執行。以閘門閉合為例，由PLC發出閉合指令后，通過接收閘門狀態信號，判斷是否完成閉合。直到狀態信號顯示完成閉合后，發出終止指令。

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，將其發送至PLC控制中心。因此，在閘門自動化監測系統中，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控系統中包含的各類電氣設備種類和數量較多，線路比較復雜。隨著5G技術逐漸成熟，無線傳輸的優勢逐漸體現出來，其不僅具有更快的信號傳輸速率，實現了閘門狀態參數的同步傳遞，還可以提高抗干擾能力，增強了該系統在復雜、惡劣環境下的使用效果。

2.4 基于PLC實現遠程控制

遠程控制中心是整個閘門自動化監測系統的關鍵，其核心是PLC。作為一種工業計算機，PLC可以通過預設程序指令的方式，實現對閘門的自動化監控。如終端控制模塊接收到傳感器反饋的信息后，通過識別信息內容，自動調用相應的程序，發送控制指令。整個過程不需要人工操作，實現了全程自動化。遠程控制模塊支持C++、Java等語言，可以根據水利工程閘門管理需要，人為調控程序，滿足監控需要。為了防止PLC故障等意外情況，閘門自動化監控系統也設置了手動控制模式，可以根據需要進行切換。

2.5 狀態監測和自我診斷

閘門自動化監控系統中的很多設備，由于長期處于復雜環境中，隨著使用年限的延長和材料的老化，容易出現各種各樣的問題。如果不能及時發現這些問題，有可能引發更嚴重的事故。要應用閘門自動化監控系統，就必須設計狀態監測和自動診斷功能。其中，狀態監測是一種即時監測模式，利用前端監控設備，在采集閘門電氣設備運行參數的基礎上，同步傳遞給監測終端。PLC會將實時監測參數和數據庫中存儲的標準參數進行對照，如果發現實測參數超出了標準范圍，則判斷為閘門電氣設備運行異常，進行告警。自動診斷則是每隔一段時間對閘門自動化監控系統的運行工況進行一次全面檢查。如果發現有異常情況，則開展進一步的診斷，以盡早發現系統軟件問題和硬件故障，降低損失。如果自動診斷結果表明確實存在故障，還能發出警報，并通過人機交互界面顯示，提醒運維人員采取處理措施。

3 結語

我國水利事業不斷發展，水利工程管理自動化、智能化水平也在持續提升。閘門自動化監控系統是信息技術與工程管理相結合的典型代表，管理人員不僅可以通過監控設備遠程掌握閘門狀態，還能利用終端控制系統編輯和下達控制指令，這些指令通過通信模塊傳輸到前端的動作單元，控制閘門的開啟或關閉。從實際應用效果來看，閘門自動化監控系統具有響應及時、穩定可靠、易于維護等優點，減輕了人工管理壓力，確保了水利工程穩定運行，具有推廣應用價值。