水利工程中閘門自動化監控系統的研究

張俸俊

近年來，隨著我國科學技術的不斷發展，我國水利工程建設的相關技術水平也得到了很大的提高，尤其是閘門的建設。閘門在水利工程建設中起著至關重要的作用，如果沒有閘門，所有的防洪和抗災活動都猶如紙上談兵。世界上許多國家在水利工程的閘門自動監控系統方面取得了很大的成就，我國在引進西方國家設備的同時，還根據我們的基本國情研發出具有國家特色的閘門自動化監控系統，并得到了廣大水利工作者的認可。但是值得注意的是，雖然我國在水利工程閘門自動化監控系統方面取得了很大的成就，但是該系統在使用過程中仍然存在著一些問題，需要我們繼續去探討和改進。

一、閘門自動化監控系統的設計原則

為了確保閘門自動監控系統能夠得以正常運行，在進行閘門自動化系統設計時，我們應該遵循以下原則：首先，我們應該把其基本功能作為設計的前提，進而增加設備的實用性和可靠性。其次，該系統必須具備抵抗惡劣環境的能力，從而避免強電和雷電的干擾[1]。再次，我們應該實行參數應答式的工作機制。最后，在設計時，我們應該讓該操作簡單、容易，便于以后維修工作的開展，同時，還應該讓閘群控制組網比較靈活和便于操作。

二、閘門自動化監控系統的設計目標

（一）先進性

在設計閘門自動化監控系統時，設計人員的思想應該前衛一些，在保障系統安全穩定的基礎上，使用比較先進的設備和技術，從而適應發展的趨勢，滿足未來的發展需求。

（二）可靠性

閘門自動化監控系統要具備一定的可靠性，使其具有一定的抗干擾性，且故障率低、接收靈敏度高，室外安裝防風雨老化性強，同時要有很強的抗高低溫能力，保證設備可以穩定地工作。另外，為了保證在出現故障時系統具有一定的一定的可靠性，應該提前準備一定的解決方案。

（三）故障預警

閘門自動化監控系統應該具有一定的故障檢測和分析功能，當監控系統中最重要的參數出現異常時，我們可以根據數據庫中的信息來進行分析，從而幫助維護人員快速確定故障發生的位置和引起故障的原因。另外，閘門自動化監控系統還應該具備修復故障的功能，從而確保系統的安全與穩定。

（四）開放性

閘門自動化監控系統應該保持一定的開放性，為了讓日后開發出的新軟件系統與目前所有的設備能夠關聯在一起，確保子系統之間留有一定的通信接口，我們應該采用模塊化設計，從而確保整個系統能夠相互協調，為今后的更新換代提供一定的可能性。

（五）安全性

閘門自動化監控系統應該對數據的訪問和存儲以及更新具有一定的安全保護措施，從而保證其數據不被修改、盜竊或者遭到破壞。

三、閘門自動化監控系統的主要組件

（一）傳感部件

在整個閘門自動化監控系統中，傳感部件具有非常重要的作用，是不可或缺的組件之一。閘門自動化監控系統中的傳感部件主要包括了水位傳感器和閘位傳感器。而在這些傳感部件中，最常見的傳感器就是閘門開度傳感器，根據輸出信號類型的不同，我們可以將閘門傳感器分為兩種，即模擬型的閘門開度傳感器以及數字型的閘門開度傳感器，這兩種類型的傳感器都有各自的優缺點，在實際應用過程中，我們根據實際需求來選擇合適的傳感器。與模擬型的閘門開度傳感器相比較，數字型的閘門開度傳感器在實際中的應用更為廣泛，而數字型的閘門開度傳感器又可以分為計數式的閘門開度傳感器以及編碼式的閘門開度傳感器。相對于編碼式的閘門傳感器，基數式的閘門傳感器在實際生活中應用更廣泛，它的主要工作原理就是利用數據化的技術來計算出對數脈沖對位的具體角度，然后再輸出所有的具體數據。

（二）信道

對于閘門自動化監控系統，確保其平穩持續運轉是至關重要的，而決定這一監控系統能否平穩運轉的一個重要因素就是信道，信道在閘門自動化監控系統中的重要地位是其他一些組件無法取代的。另外，在整個閘門自動化監控系統中，信道也是耗損資金最為嚴重的系統組件之一。對于信道而言，它的主要功能就是做好中心站與閘控站之間的通信工作，它可以通過一些微波、短波，甚至是電纜等不同方式來收集一些數據，進而通過這些數據來了解系統的運行情況，因此，也經常將信道比喻為信息傳送的中樞。

（三）遠程控制單元

閘門自動化監控系統在水利工程中的核心技術就是遠程控制單元，它能夠進行遠程管理和控制，使其在黑夜也可以進行自動化操作，并能夠做到“無人值守”。而對于閘門自動化監控系統而言，其之所以可以實現這一功能，主要依靠的就是遠程控制單元。在整個閘門自動化監控系統中，遠程控制單元的地位是不可動搖的，與其他的部件相比較，它具有良好的穩定性以及可靠性[2]。另外，遠程控制單元作為一個單獨的運轉工作站，它可以直接通過遠程數據采集或者本地控制來對數據進行監控和傳輸，并及時將數據的具體情況顯示出來，甚至利用Visual C++等語言程序來進行編程，確保整個閘門自動化監控系統的正常運行。

四、閘門系統中運用電氣自動化技術的優勢

（一）節省了人力成本

將電氣自動化技術應用到閘門系統中的優勢非常多，而其中比較顯著的一個優勢就是其可以節省大量的人力和物力成本。在傳統的閘門系統中，為了確保閘門系統可以正常高效的運行，就需要工作人員每隔一段時間對閘門系統進行一次詳細、全面的檢查，在檢查的過程中，工作人員需要手動進行閘門的開合操作[3]。但是，如果閘門系統出現了緊急情況，而此時工作人員不在閘門控制開關旁邊的時候，就可能會導致一些安全事故的發生。但是，如果將電氣自動化技術應用到了閘門系統中，工作人員就可以時刻了解整個閘門系統的運行情況，也可以直接對閘門系統進行檢查，這樣就會大大減少了工作人員的工作量，在降低工作難度的同時也大大節約了人力開支。

（二）安全得以保障

保證閘門系統的安全和穩定是閘門自動化監控系統最重要的工作之一，以前的閘門系統根本不能進行實時動態監控，經常都是在出現問題之后才開始找出問題所在并尋求解決辦法。電氣自動化技術的引進，不僅可以對閘門進行快速開關，同時當系統中重要的數據出現不正常時可以盡快判斷出故障發生的位置以及故障的類型，并快速做出處理，從而避免了故障的發生。這樣也大大減少了人為因素導致的失誤，從而保證了閘門系統的安全性和可靠性。

五、閘門自動化監控系統的功能

（一）閘門的控制功能

閘門自動化監控系統能夠對閘門的開關進行遠程控制，并且可以在緊急關頭自動關閉閘門。

（二）自動判斷功能

對于閘門自動化監控系統而言，其具備的一個重要功能就是自動判斷功能。在閘門自動化監控系統正常運行過程中，它可以通過傳感器獲得對應的數據，然后將獲得的這些數據與標準值進行比較，通過比較結果可以判斷出閘門自動化監控系統是否處于正常運行的狀態。在實際監測過程中，如果所獲取的數據存在不正常的現象，閘門自動化監控系統也可以自行對存在的故障進行分析，如果系統存在的故障比較簡單，那么閘門自動化監控系統也可以進行自行糾正，如果監測結果為較為重大的故障，這時候閘門自動化監控系統就可以及時發出警報，工作人員在收到警報之后可以及時采取對應的解決對策。

（三）閘門關鍵參數的采集和處理

除了具備自動判斷功能，閘門自動化監控系統還可以及時對系統的關鍵參數進行采集和處理。例如，在實際運行過程中，閘門自動化監控系統可以自動采集水位、電機運行狀態以及閘門移動狀態的相關數據。系統采集的水位數據主要包括了水位的具體數據、閘門前后的水位數據等[4]。而電機運行狀態數據主要包含了電機線圈的具體溫度、電壓以及電流相關數據等。最為復雜的數據為閘門移動狀態數據，其包含了閘門的實際運行方向、閘門的下滑、飛車以及卡停等。在閘門自動化監控系統實際運行過程中，其涉及的所有重要參數都會時刻被自動記入監控系統的數據庫中，這樣在后續的工作中，工作人員就可以隨時隨地查看這些參數，以此為依據來確定閘門自動化監控系統是否處于正常運行的狀態。

（四）系統的保護功能

最后，對于閘門自動化監控系統而言，還有一個重要的功能就是系統的保護功能。在閘門自動化監控系統運行的過程中，如果系統由于受到外部因素影響出現卡停情況時，就應該及時調整閘門的運行速度，或者情況比較危急的時候也可以停止系統的運行，閘門控制系統就會在第一時間切斷電源，使得閘門停止運動，并且及時發出警報，以便于工作人員可以及時解決系統故障。另外，如果飛車閘門在處于上升階段或者已經處于最高位置，由于受到某些原因而出現失控并且下降的時候，監控系統也可以在第一時間監測到閘門位移數據的變化情況，與此同時，監控系統也可以快速切斷電源的回路，并且采取一些緊急對策來阻止閘門飛車，監控系統也可以及時發出警報。最后，當系統在運行過程中出現攔污柵前后的水位超過其運行標準值的時候，就可以判斷出此時攔污柵已經堵塞，會嚴重影響水流的通過，進而嚴重影響了系統的正常運行。這個時候，監控系統也可以感應到異常，然后及時發出對應的命令，并且讓攔污柵清理機構在第一時間之內進行垃圾的自動處理，并且將這一故障記錄下來。

六、建立閘門自動化監控系統對于水利工程的必要性

（一）建立閘門監控系統可以滿足我國實現現代化水利工程的需求

建立閘門監控系統的優勢特別多，而其中比較顯著的一個優勢就是其可以更好地滿足我國現代化水利工程的實際需求。眾所周知，我國整體的地勢情況比較復雜，再加上分布比較廣泛且復雜的湖泊以及河流，嚴重阻礙了水利工程的進展。而通過建立閘門自動化監控系統則可以很好的改變這一現狀，同時，還可以更好地提高水資源的利用率，節約水資源。因此，我們必須要緊跟時代發展的步伐，積極引進并且應用現代新型的技術，利用現代新型技術盡快建立閘門自動化監控系統，利用這一系統合理的開發并且利用水資源，不斷提高水資源的利用率。

（二）建立閘門監控系統可以更好的實現水利資源共享

水資源的有效利用對于一個國家的發展至關重要，其直接關系到一個國家經濟的發展和進步，但是，由于受到諸多因素的制約，我國水資源開發程度和利用效率比較低，而閘門自動化監控系統則可以改變這一現狀，利用這一系統可以更加全面準確地采集水資源信息，然后根據所采集到的數據合理開發和利用水資源。另外，閘門監控系統還可以增加各個水資源監測網絡之間的交集，實現部門之間的數據共享。

七、閘門自動化監控系統在水利工程中的應用

（一）實現遠程控制

閘門自動化監控系統的出現以及應用對于促進水利工程的發展至關重要。眾所周知，對于閘門自動化監控系統而言，其最重要的組件之一就是遠程控制，而遠程控制的核心就是PLC。對于PLC的運行而言，其可以自動設定一些程序指令，然后利用這一程序指令對整個閘門自動化進行實時監控，在這個監控過程中，工作人員可以不進行手動操作，這樣不僅僅可以減輕工作人員的工作負擔，同時，還可以提高整個系統的工作效率。另外，PLC的應用還可以防止意外故障的出現，我們也可以將閘門自動化監控系統設置成為手動控制模式，然后管理人員也可以根據實際情況來合理切換手動和自動模式。

（二）狀態監測和自我控制

閘門自動化監控系統中的許多設備的使用時間都比較長，隨著系統長年累月地運行，這些設備會出現各種材料老化的現象，進而導致系統在運行過程中會出現比較多的故障。這些故障的出現不僅僅會影響系統的正常運行，而且還會威脅到工作人員的生命安全，造成比較大的經濟損失。而為了避免這些故障的發生，就應該確保閘門自動化監控系統具備一定的狀態監測和自我控制功能[5]。狀態監測是一種實時監測模式，PLC將實時采集到的參數和數據庫中的標準數值進行對比，一旦發現實際測量值不在標準數值的范圍之內，就可以說明閘門設備出現了異常并同時發出警告。自我診視和判斷就是每間隔一段時間就對閘門自動化監控系統進行一次全方位的檢查，一旦發現異常，則進行更進一步的診視和判斷，從而及早查找出系統中軟件和硬件出現的問題，將損失降到最低。

八、閘門自動化監控系統存在的問題

閘門自動化監控系統中有很多的傳感器和電力設備，傳感器的精確程度直接影響著閘門自動化監控系統的運行好壞，同時閘門自動化監控系統能否開始正常運行完全取決于電力供應，如果電力供應一旦出現故障，閘門自動化監控系統就無法正常運作[6]。所以，閘門自動化監控系統應該準備電力發電機以防備用，當電力供應出現問題時，操作人員有充足的時間來進行對閘門的控制。另外，傳感器的傳輸線纜通常都被埋在地底下，這樣當故障發生時，則不容易對其進行修理。

結束語

眾所周知，水利工程建設項目是我國經濟得以發展的根本行業，它關系著人民的生活，對社會發展起著至關重要的作用。閘門在水利工程建設項目中擔當著不可替代的重大責任，把閘門自動化監控系統推廣到水利工程建設項目中是社會發展的必然要求。但是由于閘門自動化控制系統的組成比較多樣化，并且其技術的實施也有著非常高的要求，一定要明確了解該系統的重要核心部分，并將其合理地應用到水利工程中，為水利工程建設項目水平的提高提供一定的基礎。