水利工程中闸门自动化监控系统的研究

张俸俊

近年来，随着我国科学技术的不断发展，我国水利工程建设的相关技术水平也得到了很大的提高，尤其是闸门的建设。闸门在水利工程建设中起着至关重要的作用，如果没有闸门，所有的防洪和抗灾活动都犹如纸上谈兵。世界上许多国家在水利工程的闸门自动监控系统方面取得了很大的成就，我国在引进西方国家设备的同时，还根据我们的基本国情研发出具有国家特色的闸门自动化监控系统，并得到了广大水利工作者的认可。但是值得注意的是，虽然我国在水利工程闸门自动化监控系统方面取得了很大的成就，但是该系统在使用过程中仍然存在着一些问题，需要我们继续去探讨和改进。

一、闸门自动化监控系统的设计原则

为了确保闸门自动监控系统能够得以正常运行，在进行闸门自动化系统设计时，我们应该遵循以下原则：首先，我们应该把其基本功能作为设计的前提，进而增加设备的实用性和可靠性。其次，该系统必须具备抵抗恶劣环境的能力，从而避免强电和雷电的干扰[1]。再次，我们应该实行参数应答式的工作机制。最后，在设计时，我们应该让该操作简单、容易，便于以后维修工作的开展，同时，还应该让闸群控制组网比较灵活和便于操作。

二、闸门自动化监控系统的设计目标

（一）先进性

在设计闸门自动化监控系统时，设计人员的思想应该前卫一些，在保障系统安全稳定的基础上，使用比较先进的设备和技术，从而适应发展的趋势，满足未来的发展需求。

（二）可靠性

闸门自动化监控系统要具备一定的可靠性，使其具有一定的抗干扰性，且故障率低、接收灵敏度高，室外安装防风雨老化性强，同时要有很强的抗高低温能力，保证设备可以稳定地工作。另外，为了保证在出现故障时系统具有一定的一定的可靠性，应该提前准备一定的解决方案。

（三）故障预警

闸门自动化监控系统应该具有一定的故障检测和分析功能，当监控系统中最重要的参数出现异常时，我们可以根据数据库中的信息来进行分析，从而帮助维护人员快速确定故障发生的位置和引起故障的原因。另外，闸门自动化监控系统还应该具备修复故障的功能，从而确保系统的安全与稳定。

（四）开放性

闸门自动化监控系统应该保持一定的开放性，为了让日后开发出的新软件系统与目前所有的设备能够关联在一起，确保子系统之间留有一定的通信接口，我们应该采用模块化设计，从而确保整个系统能够相互协调，为今后的更新换代提供一定的可能性。

（五）安全性

闸门自动化监控系统应该对数据的访问和存储以及更新具有一定的安全保护措施，从而保证其数据不被修改、盗窃或者遭到破坏。

三、闸门自动化监控系统的主要组件

（一）传感部件

在整个闸门自动化监控系统中，传感部件具有非常重要的作用，是不可或缺的组件之一。闸门自动化监控系统中的传感部件主要包括了水位传感器和闸位传感器。而在这些传感部件中，最常见的传感器就是闸门开度传感器，根据输出信号类型的不同，我们可以将闸门传感器分为两种，即模拟型的闸门开度传感器以及数字型的闸门开度传感器，这两种类型的传感器都有各自的优缺点，在实际应用过程中，我们根据实际需求来选择合适的传感器。与模拟型的闸门开度传感器相比较，数字型的闸门开度传感器在实际中的应用更为广泛，而数字型的闸门开度传感器又可以分为计数式的闸门开度传感器以及编码式的闸门开度传感器。相对于编码式的闸门传感器，基数式的闸门传感器在实际生活中应用更广泛，它的主要工作原理就是利用数据化的技术来计算出对数脉冲对位的具体角度，然后再输出所有的具体数据。

（二）信道

对于闸门自动化监控系统，确保其平稳持续运转是至关重要的，而决定这一监控系统能否平稳运转的一个重要因素就是信道，信道在闸门自动化监控系统中的重要地位是其他一些组件无法取代的。另外，在整个闸门自动化监控系统中，信道也是耗损资金最为严重的系统组件之一。对于信道而言，它的主要功能就是做好中心站与闸控站之间的通信工作，它可以通过一些微波、短波，甚至是电缆等不同方式来收集一些数据，进而通过这些数据来了解系统的运行情况，因此，也经常将信道比喻为信息传送的中枢。

（三）远程控制单元

闸门自动化监控系统在水利工程中的核心技术就是远程控制单元，它能够进行远程管理和控制，使其在黑夜也可以进行自动化操作，并能够做到“无人值守”。而对于闸门自动化监控系统而言，其之所以可以实现这一功能，主要依靠的就是远程控制单元。在整个闸门自动化监控系统中，远程控制单元的地位是不可动摇的，与其他的部件相比较，它具有良好的稳定性以及可靠性[2]。另外，远程控制单元作为一个单独的运转工作站，它可以直接通过远程数据采集或者本地控制来对数据进行监控和传输，并及时将数据的具体情况显示出来，甚至利用Visual C++等语言程序来进行编程，确保整个闸门自动化监控系统的正常运行。

四、闸门系统中运用电气自动化技术的优势

（一）节省了人力成本

将电气自动化技术应用到闸门系统中的优势非常多，而其中比较显著的一个优势就是其可以节省大量的人力和物力成本。在传统的闸门系统中，为了确保闸门系统可以正常高效的运行，就需要工作人员每隔一段时间对闸门系统进行一次详细、全面的检查，在检查的过程中，工作人员需要手动进行闸门的开合操作[3]。但是，如果闸门系统出现了紧急情况，而此时工作人员不在闸门控制开关旁边的时候，就可能会导致一些安全事故的发生。但是，如果将电气自动化技术应用到了闸门系统中，工作人员就可以时刻了解整个闸门系统的运行情况，也可以直接对闸门系统进行检查，这样就会大大减少了工作人员的工作量，在降低工作难度的同时也大大节约了人力开支。

（二）安全得以保障

保证闸门系统的安全和稳定是闸门自动化监控系统最重要的工作之一，以前的闸门系统根本不能进行实时动态监控，经常都是在出现问题之后才开始找出问题所在并寻求解决办法。电气自动化技术的引进，不仅可以对闸门进行快速开关，同时当系统中重要的数据出现不正常时可以尽快判断出故障发生的位置以及故障的类型，并快速做出处理，从而避免了故障的发生。这样也大大减少了人为因素导致的失误，从而保证了闸门系统的安全性和可靠性。

五、闸门自动化监控系统的功能

（一）闸门的控制功能

闸门自动化监控系统能够对闸门的开关进行远程控制，并且可以在紧急关头自动关闭闸门。

（二）自动判断功能

对于闸门自动化监控系统而言，其具备的一个重要功能就是自动判断功能。在闸门自动化监控系统正常运行过程中，它可以通过传感器获得对应的数据，然后将获得的这些数据与标准值进行比较，通过比较结果可以判断出闸门自动化监控系统是否处于正常运行的状态。在实际监测过程中，如果所获取的数据存在不正常的现象，闸门自动化监控系统也可以自行对存在的故障进行分析，如果系统存在的故障比较简单，那么闸门自动化监控系统也可以进行自行纠正，如果监测结果为较为重大的故障，这时候闸门自动化监控系统就可以及时发出警报，工作人员在收到警报之后可以及时采取对应的解决对策。

（三）闸门关键参数的采集和处理

除了具备自动判断功能，闸门自动化监控系统还可以及时对系统的关键参数进行采集和处理。例如，在实际运行过程中，闸门自动化监控系统可以自动采集水位、电机运行状态以及闸门移动状态的相关数据。系统采集的水位数据主要包括了水位的具体数据、闸门前后的水位数据等[4]。而电机运行状态数据主要包含了电机线圈的具体温度、电压以及电流相关数据等。最为复杂的数据为闸门移动状态数据，其包含了闸门的实际运行方向、闸门的下滑、飞车以及卡停等。在闸门自动化监控系统实际运行过程中，其涉及的所有重要参数都会时刻被自动记入监控系统的数据库中，这样在后续的工作中，工作人员就可以随时随地查看这些参数，以此为依据来确定闸门自动化监控系统是否处于正常运行的状态。

（四）系统的保护功能

最后，对于闸门自动化监控系统而言，还有一个重要的功能就是系统的保护功能。在闸门自动化监控系统运行的过程中，如果系统由于受到外部因素影响出现卡停情况时，就应该及时调整闸门的运行速度，或者情况比较危急的时候也可以停止系统的运行，闸门控制系统就会在第一时间切断电源，使得闸门停止运动，并且及时发出警报，以便于工作人员可以及时解决系统故障。另外，如果飞车闸门在处于上升阶段或者已经处于最高位置，由于受到某些原因而出现失控并且下降的时候，监控系统也可以在第一时间监测到闸门位移数据的变化情况，与此同时，监控系统也可以快速切断电源的回路，并且采取一些紧急对策来阻止闸门飞车，监控系统也可以及时发出警报。最后，当系统在运行过程中出现拦污栅前后的水位超过其运行标准值的时候，就可以判断出此时拦污栅已经堵塞，会严重影响水流的通过，进而严重影响了系统的正常运行。这个时候，监控系统也可以感应到异常，然后及时发出对应的命令，并且让拦污栅清理机构在第一时间之内进行垃圾的自动处理，并且将这一故障记录下来。

六、建立闸门自动化监控系统对于水利工程的必要性

（一）建立闸门监控系统可以满足我国实现现代化水利工程的需求

建立闸门监控系统的优势特别多，而其中比较显著的一个优势就是其可以更好地满足我国现代化水利工程的实际需求。众所周知，我国整体的地势情况比较复杂，再加上分布比较广泛且复杂的湖泊以及河流，严重阻碍了水利工程的进展。而通过建立闸门自动化监控系统则可以很好的改变这一现状，同时，还可以更好地提高水资源的利用率，节约水资源。因此，我们必须要紧跟时代发展的步伐，积极引进并且应用现代新型的技术，利用现代新型技术尽快建立闸门自动化监控系统，利用这一系统合理的开发并且利用水资源，不断提高水资源的利用率。

（二）建立闸门监控系统可以更好的实现水利资源共享

水资源的有效利用对于一个国家的发展至关重要，其直接关系到一个国家经济的发展和进步，但是，由于受到诸多因素的制约，我国水资源开发程度和利用效率比较低，而闸门自动化监控系统则可以改变这一现状，利用这一系统可以更加全面准确地采集水资源信息，然后根据所采集到的数据合理开发和利用水资源。另外，闸门监控系统还可以增加各个水资源监测网络之间的交集，实现部门之间的数据共享。

七、闸门自动化监控系统在水利工程中的应用

（一）实现远程控制

闸门自动化监控系统的出现以及应用对于促进水利工程的发展至关重要。众所周知，对于闸门自动化监控系统而言，其最重要的组件之一就是远程控制，而远程控制的核心就是PLC。对于PLC的运行而言，其可以自动设定一些程序指令，然后利用这一程序指令对整个闸门自动化进行实时监控，在这个监控过程中，工作人员可以不进行手动操作，这样不仅仅可以减轻工作人员的工作负担，同时，还可以提高整个系统的工作效率。另外，PLC的应用还可以防止意外故障的出现，我们也可以将闸门自动化监控系统设置成为手动控制模式，然后管理人员也可以根据实际情况来合理切换手动和自动模式。

（二）状态监测和自我控制

闸门自动化监控系统中的许多设备的使用时间都比较长，随着系统长年累月地运行，这些设备会出现各种材料老化的现象，进而导致系统在运行过程中会出现比较多的故障。这些故障的出现不仅仅会影响系统的正常运行，而且还会威胁到工作人员的生命安全，造成比较大的经济损失。而为了避免这些故障的发生，就应该确保闸门自动化监控系统具备一定的状态监测和自我控制功能[5]。状态监测是一种实时监测模式，PLC将实时采集到的参数和数据库中的标准数值进行对比，一旦发现实际测量值不在标准数值的范围之内，就可以说明闸门设备出现了异常并同时发出警告。自我诊视和判断就是每间隔一段时间就对闸门自动化监控系统进行一次全方位的检查，一旦发现异常，则进行更进一步的诊视和判断，从而及早查找出系统中软件和硬件出现的问题，将损失降到最低。

八、闸门自动化监控系统存在的问题

闸门自动化监控系统中有很多的传感器和电力设备，传感器的精确程度直接影响着闸门自动化监控系统的运行好坏，同时闸门自动化监控系统能否开始正常运行完全取决于电力供应，如果电力供应一旦出现故障，闸门自动化监控系统就无法正常运作[6]。所以，闸门自动化监控系统应该准备电力发电机以防备用，当电力供应出现问题时，操作人员有充足的时间来进行对闸门的控制。另外，传感器的传输线缆通常都被埋在地底下，这样当故障发生时，则不容易对其进行修理。

结束语

众所周知，水利工程建设项目是我国经济得以发展的根本行业，它关系着人民的生活，对社会发展起着至关重要的作用。闸门在水利工程建设项目中担当着不可替代的重大责任，把闸门自动化监控系统推广到水利工程建设项目中是社会发展的必然要求。但是由于闸门自动化控制系统的组成比较多样化，并且其技术的实施也有着非常高的要求，一定要明确了解该系统的重要核心部分，并将其合理地应用到水利工程中，为水利工程建设项目水平的提高提供一定的基础。