闸门自动化监控系统在水利工程中的应用

崔高麓

(常州市武进水利工程有限公司，江苏 常州 213000)

1 电气自动化技术的运用优势以及重要性

电气自动化技术是一种可靠、效率高的控制技术，可以运用在水利工程中。电气自动化技术就是通过传感器、控制器等自动控制原件的引入，实现对闸门系统的状态进行实时的监测和调整。系统的电信号作为输入信号经过采集和处理后传输到控制台，控制台对采集到的信息分析后形成指令输送到闸门控制设备，从而实现对整个闸门系统的自动控制。

通过电气自动化技术的介入，大大降低了人的工作内容，简化了操作步骤，节省了大量的人力物力成本，大幅提高了工作效率，并且为电力系统提供实时的监测基础，便于工作人员随时监测系统状态。

1.1 节省人力成本

传统的闸门系统需要工作人员定期对系统进行检查以及实施闸门的开合操作，在有紧急需求时，如果闸门控制开关附近没有人驻守则可能存在安全隐患。因此在运用电气自动化技术之后，工作人员不需要定期对闸门进行检查，随时可以通过监控系统对整个闸门系统状态进行控制和检查，降低了工作难度。

1.2 提高工作效率

由于电气自动化技术的介入，不再需要工作人员亲自到闸门开关处进行操作，可以随时通过控制系统远程控制闸门开关，并查看闸门状态，用电气设备来替代人工操作，因此大幅提高了自动化水平进而提高了工作效率。

1.3 实现安全保障

闸门系统的安全性和稳定性是重中之重，传统的闸门系统无法实现实时动态监控，大多是出现问题后尽快发现和解决问题。通过电气自动化技术的引入不但可以快速实施闸门的开合，同时可以通过系统设置，在关键数据出现异常时提前判断故障的发生以及故障类型，并及时处理，以免出现问题。整个系统减少了人为失误的可能，保证了闸门系统的安全、可靠。

2 闸门自动化监控系统设计目标

2.1 先进性

在设计闸门系统时应该具备一定的超前意识，在保证系统安全稳定的前提下，采用较为先进的设备的和技术，满足日后的发展需求。

2.2 开放性

闸门自动监控系统应该具备较高的开放性，可以采用模块化设计来保证未来研发出更新的软件系统后可以与现有设备进行互联，子系统之间保留有标准通信接口，保证整个系统的兼容性，为未来的更新换代保留可能性。

2.3 可靠性

监控系统应该具有较高的可靠性，设备可以稳定工作，监控系统可以通过传感器和控制器来获取相关的参数并可靠控制闸门的开合。系统在出现故障时应有备用方案保证系统的可靠。

2.4 安全性

监控系统应该对数据的访问和存储以及更改具有一定的安全措施，防止数据被修改、盗窃以及破坏。

2.5 故障预警

具备故障检测和分析功能，在监控系统关键参数出现异常时，能够快速根据数据库中的信息进行分析帮助维修人员快速确定故障处以及故障原因，并具备一定的故障修复功能，保证系统的安全性和稳定性。

3 闸门自动化监控系统的功能

3.1 闸门的控制功能

闸门自动化监控系统可以实现闸门的开合、在紧急情况下可以自动关闭闸门。

3.2 闸门关键相关参数的采集和处理

监控系统可以自动采集水位、闸门移动状态以及电机的运行状态相关数据。

水位数据包括闸门前后的水位、拦污栅的堵塞情况以及水位数据。

闸门移动状态包括闸门的位移数量、闸门的运行方向、闸门的卡停、飞车、下滑等状态。

电机运行状态的数据包括电流、电压以及电机线圈温度的数据。

闸门的所有重要参数会自动记入监控系统的数据库，便于操作人员随时查询。

3.3 自动判断功能

闸门监控系统可以将传感器获取的相关参数与标定值进行比较，并判断闸门系统的运行状态是否安全、平稳。在监控系统监测到异常数据时应该能够分析故障类型，简单故障可以自行纠错；出现重大故障时应该及时发出警报，提醒工作人员进行紧急处理。

3.4 系统的保护功能

3.4.1 卡停

当闸门因外部异物或其他原因导致闸门卡停时，应该减小闸门的运行速度或停止闸门运动。闸门控制系统应该及时切断电源回路，停止闸门运动，并发出警报。

3.4.2 飞车

闸门在上升过程中或处于高位时突然失去控制向下落下时，监控系统可以监测到闸门位移的相关数据快速变化，此时监控系统应该自动切断电源回路，采取紧急制动措施停止闸门飞车，并发出警报。

3.4.3 下滑

闸门在处于高位时应该保持在某一位置上时候如果监控系统监测到闸门位移发生变化，应该自动将闸门位置移回设定的位置。

3.4.4 越限

闸门达到最高点或最低点时如果还存在位移变化，闸门系统应该自动切断电源回路，停止闸门的运动，并发出报警。

3.4.5 阻塞

当拦污栅前后水位差超过标定值时说明拦污栅被堵，影响水流通过。此时监控系统可以发出指令让拦污栅清理机构自动清理，并在系统中记录。

4 闸门自动化监控系统的组成

水利工程的闸门自动化监控系统主要包含三个部分，即传感器、PLC控制器以及闸门动力系统。传感器可以获取闸门前后的水位信息、闸门的开合程度、上下游水位等参数。PLC控制器用于获取传感器穿来的数据并接受控制系统传来的指令。

4.1 传感器

传感器可以采用精度较高的旋转时编码器，该编码器可以通过旋转的位置对应闸门的开合程度，可以实现对相关参数的精准获取。数字闸门传感器包括编码和计算两种方式。

4.2 PLC控制单元

PLC控制单元除了可以精准获取传感器传输的信息，计算闸门的位置和水位定相关信息，通过操控电动机来控制闸门的开合。PLC控制单元可以将获取的信息传输给控制系统，可以将闸门的实时状态通过显示器显示出来。借助PLC控制单元可以实现闸门系统的远程操作。PLC控制单元中还可以设置预定参数，传感器获取的信息可以与预定参数进行比较并进行自动控制。PLC控制单元具备较高的稳定性，出现问题时可以自动分析并报警。

5 闸门自动化监控系统中存在的问题

电气自动化系统具备较高的稳定性，不容易出现问题。但是闸门自动化监控系统中包含较多的传感器以及电力设备。在使用过程中传感器的精度和准确度会对控制系统有很大的影响；同时自动化监控系统对于电力的依赖程度较高，一旦电力供应出现问题，监控系统将无法实现应有的功能，因此闸门自动化监控系统应该配有备用供电系统，确保电力供应出现问题时，操作人员有时间介入，接手控制闸门状态；传感器的传输线缆一般预埋于地下，因此在出现故障时不便于维修。

6 闸门自动化监控系统未来发展方向

6.1 自动故障诊断

在一个完整的闸门自动化监控系统中，闸门难免会出现各种故障，传统的检修方法是去现场进行检修、排查，确定故障的类型和故障位置。电气自动化技术的引入使得闸门故障的诊断和排除更为便捷和准确。引入电气自动化技术的闸门自动化监控系统可以通过监控系统实时检查系统的状态，在出现问题时，不但可以判断故障位置，还可以根据传感器获取的异常数据，分析判断产生故障的根本原因，然后安排专业技术人员进行维修。一个成熟的闸门自动化监控系统可以实现故障的自动分类，不影响系统正常运行的小问题可以自行处理或暂时挂起等候处理，等待设计维修人员集中统一解决，提高工作效率；影响系统运行甚至可能造成安全隐患的状况可以立即报警并自动采取应急措施，值班人员应该立即查看设备状态并进行检修，保证闸门系统的安全、稳定运行。

6.2 人工智能的应用

设计、维修人员在维护闸门系统的设备时，需要投入大量的精力对系统进行检查。伴随电气自动化技术的不断成熟、电气系统的不断优化，现在的电气系统已经可以较为安全、稳定地运行。在闸门自动化控制领域设计人员已经积累了一定的实践经验，对于常规的异常现象可以大致判断出系统在哪些位置出现了什么问题。因此可以引入人工智能技术，人工智能技术的引入可以自动识别闸门系统中的异常数据和故障，并且自动对故障进行排查、分类和处理。这样可以减少工作人员的工作量，降低系统运营、维护成本。

7 结 语

综上所述，水利工程在我国基础建设方面占据十分重要的位置。通过引入闸门自动化监控弄系统可以实现对水利工程施工现场的监督控制，及时发现水利工程建设和运行中存在的问题并进行改正。相关单位应该强化对系统各部件的了解，有效利用相关设备设施，充分发挥系统实时性、可靠性、可维护性和安全性等优势。在未来还需要加强对该系统有关设备技术的创新，进一步提升闸门自动化监控系统在水利工程建设中的应用效果。