閘門自動化控制的設(shè)計與應(yīng)用分析

成耀文 葛洲壩集團機電建設(shè)有限公司

閘門是水利工程項目的關(guān)鍵，利用自動化技術(shù)進行監(jiān)督與管理，通過閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)可檢測閘門的啟閉和開度、圖像信息等，同時還能實現(xiàn)遠程控制。閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)包括中央控制系統(tǒng)和閘門現(xiàn)場控制系統(tǒng)，另外還包括傳感部件、計算機網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施。因為組成多樣，所以在實施監(jiān)控時對技術(shù)提出了較高的要求。

一、閘門自動化控制設(shè)計的必要性

（1）如水庫地處暴雨區(qū)域，集雨面積較大，庫容相對較小，汛期閘門啟閉頻繁；管理處與閘房相距一般相距較遠，對閘門控制不方便、不安全，不能滿足目前水庫防洪調(diào)度快速反應(yīng)的要求，因此設(shè)計閘門監(jiān)控系統(tǒng)非常必要。（2）運用信息技術(shù)能及時、快捷、準確、可靠地傳遞水、雨情，有效地提高洪水預(yù)報精度和延長洪水預(yù)見期，為制定防洪調(diào)度方案提供科學(xué)、快速、準確的依據(jù)和手段，進一步提高水庫防洪減災(zāi)能力，對保護下游人民生命財產(chǎn)安全起著重要作用。（3）系統(tǒng)具有信息資源共享，網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)視，實時動態(tài)查詢功能。通過分析水雨情資料、水位流量關(guān)系，有助于修正優(yōu)化防洪興利調(diào)度計劃，為水庫防汛、供水管理決策提供科學(xué)依據(jù)，充分利用水資源，最大限度地發(fā)揮防洪及供水等方面的效益。（4）對水庫有關(guān)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，分析變化趨勢，為管理部門及時、準確地掌握水庫的運行狀況提供科學(xué)依據(jù)，極大地提高對水庫工程的科學(xué)管理水平。

二、閘門自動化控制設(shè)計原則

（一）實用性與先進性

采用成熟的計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、安全防范技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)，保證系統(tǒng)實用，隨機信息采樣周期及操作響時間短，應(yīng)實時性好。在開放性與標準化方面，采用開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)的升級、擴展和互聯(lián)。

（二）可靠性與安全性

主要考慮兩個方面：一是充分利用現(xiàn)有的高可靠性絡(luò)計算機網(wǎng)資源和設(shè)備，使整個網(wǎng)絡(luò)安全可靠；二是采用成熟的采集設(shè)備、控制設(shè)備、傳輸設(shè)備等，采取必要的防護措施保證系統(tǒng)有較高的抗干擾能力和糾錯能力，并設(shè)置系統(tǒng)的用戶表及口令限制，確保系統(tǒng)能長期可靠地運行。

（三）經(jīng)濟性和可擴展性

在滿足工程需要的前提下，選用性能價格比高的設(shè)備；采用的設(shè)備充分考慮易擴展、易升級換代，并且在擴展或升級時可以最大限度地保護原有的硬件設(shè)備和軟件投資。

（四）集成性和可維護性

系統(tǒng)采用功能模塊集成且相對獨立，一個功能模塊故障不影響其它功能模塊的工作；監(jiān)控主機具有自動診斷功能，能判定故障位置，便于維護。

（五）統(tǒng)一規(guī)劃和分步實施

對整個系統(tǒng)進行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計、分步實施；系統(tǒng)應(yīng)留有擴展的余地和接口，使系統(tǒng)易于規(guī)模擴展和功能擴展；為以后大壩沉陷、位移、滲漏監(jiān)測系統(tǒng)及水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的續(xù)建提供平臺，避免重復(fù)建設(shè)。

三、閘門自動化監(jiān)控子系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）時鐘同步。能夠使系統(tǒng)中的智能電子設(shè)備獲得統(tǒng)一的時間基準，這對于系統(tǒng)的實時監(jiān)控、管理和安全保護具有重要的意義。（2）數(shù)據(jù)通信。現(xiàn)地控制層能接收各傳感器的測量數(shù)據(jù)及故障信息，并發(fā)送到管理處中心控制層；且接收管理處監(jiān)控中心下達的各種控制指令。（3）實時監(jiān)測。通過傳感器采集閘門運行狀態(tài)及開度等各種實時運行參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，以供查詢，準確反映各設(shè)備的動作情況。（4）可視化管理功能。通過分別裝在溢洪道閘門上下游附近的二個彩色球形攝像機與閘門聯(lián)動對閘門工況進行監(jiān)視，查看閘門上下游側(cè)水位、泄洪水流的形態(tài)。（5）計算統(tǒng)計。根據(jù)上下游水位、閘門開度確定泄洪流態(tài)，計算泄洪流量及泄洪水量；或根據(jù)水庫水位變化情況及庫容曲線確定上游來水量，并根據(jù)上下游水位、下泄流量、閘門的流量關(guān)系曲線等計算出開啟的閘門數(shù)和開度，自動控制閘門啟閉實現(xiàn)控制水位和控制流量平衡。（6）控制與調(diào)節(jié)。操作人員在監(jiān)控中心主機或現(xiàn)地控制單元通過密碼登錄方式進入監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)則根據(jù)預(yù)定原則由操作人員輸入指令，完成對閘門的控制、調(diào)節(jié)，發(fā)生故障立即自動停止閘門的動作。（7）越限報警。根據(jù)實際情況對要采集的參數(shù)項目設(shè)置上、下限值，當系統(tǒng)檢測到越限等異常狀態(tài)，就會發(fā)出報警且將異常狀態(tài)信號顯示于顯示屏上，并在數(shù)據(jù)庫中記錄下來，以供查詢。（8）自診斷、故障報警。系統(tǒng)能對運行參數(shù)的變化趨勢進行分析，能對硬件設(shè)備、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件的故障進行自檢，發(fā)現(xiàn)故障征兆或故障，立即停止該部分設(shè)備的運行（閉鎖相應(yīng)的控制輸出），報警、并自動顯示和記錄。（9）記錄。對所采集的參數(shù)各按設(shè)定每隔一段時間保持一次，對閘門啟閉過程及前后狀態(tài)進行記錄，以供查詢。（10）歷史數(shù)據(jù)儲存與查詢。中心站主計算機數(shù)據(jù)庫能存儲本系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)，觸摸屏只能存儲少量的報警及過程數(shù)據(jù)；它們都提供查詢接口。（11）打印功能。對能在顯示器中顯示的采集數(shù)據(jù)、匯總報表及視頻圖像都能通過設(shè)定的打印機打印出來。

四、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)未來發(fā)展方向

（一）自動故障診斷

電氣自動化技術(shù)的引入使得閘門故障的診斷和排除更為便捷和準確。一個成熟的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)故障的自動分類；影響系統(tǒng)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(yīng)急措施，保證閘門系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

（二）人工智能的應(yīng)用

伴隨電氣自動化技術(shù)的不斷成熟、電氣系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，現(xiàn)在的電氣系統(tǒng)已經(jīng)可以較為安全、穩(wěn)定地運行。因此可以引入人工智能技術(shù)，人工智能技術(shù)的引入可以自動識別異常數(shù)據(jù)和故障，并且自動對故障進行排查、分類和處理。

五、結(jié)束語

綜上所述，水利工程在我國基礎(chǔ)建設(shè)方面占據(jù)十分重要的位置。通過引入閘門自動化監(jiān)控弄系統(tǒng)可以實現(xiàn)對水利工程施工現(xiàn)場的監(jiān)督控制，提高了閘門自動化水平和管理效率，極大地改善了勞動環(huán)境；對保障水庫安全運行，進一步提高水庫防洪減災(zāi)、調(diào)度運行技術(shù)水平起著重要作用；促進水庫發(fā)揮更好的經(jīng)濟效益和社會效益。