閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程中的應用

王利華

（商丘市引黃灌區(qū)管理處,河南 商丘 476000）

一、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目標

（一）先進性

在設(shè)計閘門系統(tǒng)時應該具備一定的超前意識，在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下，采用較為先進的設(shè)備的和技術(shù)，滿足日后的發(fā)展需求。

（二）開放性

閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)應該具備較高的開放性，可以采用模塊化設(shè)計來保證未來研發(fā)出更新的軟件系統(tǒng)后可以與現(xiàn)有設(shè)備進行互聯(lián)，子系統(tǒng)之間保留有標準通信接口，保證整個系統(tǒng)的兼容性，為未來的更新?lián)Q代保留可能性。

（三）可靠性

監(jiān)控系統(tǒng)應該具有較高的可靠性，設(shè)備可以穩(wěn)定工作，監(jiān)控系統(tǒng)可以通過傳感器和控制器來獲取相關(guān)的參數(shù)并可靠控制閘門的開合。系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時應有備用方案保證系統(tǒng)的可靠。

（四）安全性

監(jiān)控系統(tǒng)應該對數(shù)據(jù)的訪問和存儲以及更改具有一定的安全措施，防止數(shù)據(jù)被修改、盜竊以及破壞。

（五）故障預警

具備故障檢測和分析功能，在監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)出現(xiàn)異常時，能夠快速根據(jù)數(shù)據(jù)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(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

二、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能

（一）閘門的控制功能

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)閘門的開合、在緊急情況下可以自動關(guān)閉閘門

（二）閘門關(guān)鍵相關(guān)參數(shù)的采集和處理

監(jiān)控系統(tǒng)可以自動采集水位、閘門移動狀態(tài)以及電機的運行狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)。

水位數(shù)據(jù)包括閘門前后的水位、攔污柵的堵塞情況以及水位數(shù)據(jù)。

閘門移動狀態(tài)包括閘門的位移數(shù)量、閘門的運行方向、閘門的卡停、飛車、下滑等狀態(tài)。

電機運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)包括電流、電壓以及電機線圈溫度的數(shù)據(jù)。

閘門的所有重要參數(shù)會自動記入監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，便于操作人員隨時查詢。

（三）自動判斷功能

閘門監(jiān)控系統(tǒng)可以將傳感器獲取的相關(guān)參數(shù)與標定值進行比較，并判斷閘門系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否安全、平穩(wěn)。在監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)時應該能夠分析故障類型，簡單故障可以自行糾錯;出現(xiàn)重大故障時應該及時發(fā)出警報，提醒工作人員進行緊急處理。

（四）系統(tǒng)的保護功能

1.卡停

當閘門因外部異物或其他原因?qū)е麻l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(tǒng)應該及時切斷電源回路，停止閘門運動，并發(fā)出警報。

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(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)測到閘門位移的相關(guān)數(shù)據(jù)快速變化，此時監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)出警報。

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(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到閘門位移發(fā)生變化，應該自動將閘門位置移回設(shè)定的位置。

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(tǒng)應該自動切斷電源回路，停止閘門的運動，并發(fā)出報警。

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(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)出指令讓攔污柵清理機構(gòu)自動清理，并在系統(tǒng)中記錄。

三、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的組成

水利工程的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要包含3 個部分，即傳感器、PLC 控制器以及閘門動力系統(tǒng)。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(shù)。PLC 控制器用于獲取傳感器傳來的數(shù)據(jù)并接受控制系統(tǒng)傳來的指令。

（一）傳感器

傳感器可以采用精度較高的旋轉(zhuǎn)時編碼器，該編碼器可以通過旋轉(zhuǎn)的位置對應閘門的開合程度，可以實現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的精準獲取。數(shù)字閘門傳感器包括編碼和計算兩種方式。

（二）PLC 控制單元

PLC 控制單元除了可以精準獲取傳感器傳輸?shù)男畔ⅲ嬎汩l門的位置和水位定相關(guān)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(tǒng)，可以將閘門的實時狀態(tài)通過顯示器顯示出來。借助PLC 控制單元可以實現(xiàn)閘門系統(tǒng)的遠程操作。PLC 控制單元中還可以設(shè)置預定參數(shù)，傳感器獲取的信息可以與預定參數(shù)進行比較并進行自動控制。PLC 控制單元具備較高的穩(wěn)定性，出現(xiàn)問題時可以自動分析并報警。

四、閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題

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

結(jié)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，及時發(fā)現(xiàn)水利工程建設(shè)和運行中存在的問題并進行改正。相關(guān)單位應該強化對系統(tǒng)各部件的了解，有效利用相關(guān)設(shè)備設(shè)施，充分發(fā)揮系統(tǒng)實時性、可靠性、可維護性和安全性等優(yōu)勢。在未來還需要加強對該系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備技術(shù)的創(chuàng)新，進一步提升閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程建設(shè)中的應用效果。