自动化系统在水闸工程应用中的问题与解决方法

翟 哲

（安徽省茨淮新河工程管理局，安徽蚌埠 233416）

科技的不断发展，促使自动化技术得以完善并被应用于各领域中。水闸工程因其规模大、不利于管理等特点，更需注重自动化系统的打造与应用，以提高工程监管效率，减少工程监控人员日常工作量，并为工程稳定运行提供可靠监测数据支撑。对当前水闸工程中自动化系统应用情况进行分析，仍存在较多需完善的不足，对此，应采取科学处理措施，发挥自动化系统的监测、控制作用。

1 水闸工程自动化系统概述

水闸工程自动化系统就是依靠先进的自动化技术，打造出可用于全方位、远程、实时监测、控制水闸运行状态的可视化系统，可细分为两类即自动化控制系统与自动化监测系统。从另一层面对工程自动化进行分析，也可将其理解为以计算机为辅助设备的一种管理手段，所执行的一系列管理工作均需在计算机技术以及硬件设备的帮助下进行。为水闸工程的运行工作设计出针对性的自动化系统，可以实现对闸门开闭状态的远程操控，还能自动判定闸门开启与闭合状态，以保证水闸开合程度确定的及时性、高效性、准确性，极大程度地减少人工作业量。若站在宏观的角度研究水闸自动化系统，系统的建设与应用可大幅提升水闸管理质量与效率，确保水闸工程排涝、挡潮、泄洪功能的充分发挥。

2 自动化系统在水闸工程中应用的问题

2.1 系统运行稳定性较差

通过分析当前现有水闸工程运行情况，能够发现大多数自动化系统的正常运行年限较短，且随着运行时间的增加，系统故障越发频繁，为保证水闸工程不间断运作，便又采取人工形式执行水闸的开合工作。这一问题的存在，增大了水闸工程运行风险，且在稳定性大幅降低的情况下，自动化系统的设置与应用形同虚设。

2.2 系统运作实用性不高

大多数水闸工程建设在偏僻地区，且系统操作难度较大，对工作人员专业能力以及技术水平提出更为严苛的要求。当前，很多水闸工程中参与作业的管理人员、技术人员不具备较高的专业化水平以及紧急情况处理能力，无法有效、科学操作自动化系统，极大程度地影响水闸工程控制质量与效率。尤其是在系统故障时，忽视对其进行维修，致使自动化系统实用性受到制约。

2.3 监测数据缺乏精准性

尽管我国自动化技术不断完善与发展，并被应用于各领域中，但在水闸工程建设方面，仍有着较大的应用与发展空间，无法发挥出自动化技术优势。且受工程作业人员以及监测设备老化的影响，使得获取的监测数据不具备较高的精准性，在缺乏可靠数据的支撑下，会增大自动化系统错误判断水闸运行状态的概率，并以错误信息为依据，自动发出相应的控制指令，致使水闸开合操控失误。

自动化系统若没有准确的监测数据作为支持，也会使系统监管功能受到影响，间接导致水闸工程运行功能的削弱，若不能及时发现并加以有效处理，还极易引发一系列安全事故，影响水闸工程运行效率的同时，威胁作业人员生命安全。对现阶段水闸工程中自动化系统的应用情况进行研究，监测数据存在误差问题主要体现在闸门荷载、渗压、水位、水体流速等数据上。

3 解决水闸工程中自动化系统应用问题的可行措施

3.1 自动化系统不断完善

在水闸工程中运行自动化系统时，应依托系统运行要求以及工程监管实际需求，对系统功能进行相应的改良与优化，同时，还需不断完善泵站综合管理、监督调度体系，实现水闸工程内部现有资源的全面整合。系统运行期间，若因长期未维护而出现老化问题，影响系统运行稳定性，则要求操作人员根据电子设备具体特征，着手于系统的优化与完善工作，针对无法使用的辅助性设备则需立即更换。以往很多水闸系统线路连接时使用的是ISDN 技术，但其稳定性较差，极易发生掉线问题，因此，各水闸工程便开始应用SDH 技术，既能够保障自动化系统稳定性、可靠性运作，还可大幅增强监测数据准确性。此外，还需针对系统运行制定可行且科学的养护措施，也可设计自动养护系统，实现对运行故障的及时处理。

3.2 增强自动化系统实用性

为充分发挥自动化系统各项功能，使其实用性价值得以彰显，就需注重对系统操作人员专业素质与技能的培训，积极组织相应的培训活动，使其了解、掌握系统正确操作程序。还要细致讲解系统各类故障引发原因以及具体处理方法，以提高操作人员应急处理能力，确保系统连续性运作。采取资质审核模式，搭配科学的考核方式，设置合理考核标准，只有各项考核均合格的操作人员才能上岗，在丰富理论知识与高水平实践能力的支撑下，增强系统操作可靠性、系统运行实用性，规避系统故障问题的发生，以保证系统监测、管理功能全面发挥。

3.3 确保监测数据准确

为保证所获取的监测信息可靠与真实，能够为水闸工程管理以及自动化系统调控提供可借鉴信息，就需加大对系统管理与维护力度，确保系统应用问题的及时发现与解决。开展运维管理工作时，应安排专业人员细致、全方位分析自动化系统运行实际情况，明确系统运行需求，制定出可行的管理方案。同时，还需将监测工作贯穿于水闸工程运行全过程中，及时汇总、整理监测数据，并生成相应的报告文件，做好报告的上报、存储与备份工作，为各类应用问题根源的快速查找提供可靠保障。

对监测数据打造相应的数据库系统与报表系统，建立起自动化系统与各系统之间的联系，当自动化系统运行时，报表系统可以在线采集事件内容并在第一时间计算处理采集到的各项定时数据信息，再对所有运行数据、日志以及统计报表进行打印。自动化系统作业过程中，可以实时统计、处理水闸工程泄水量，反馈给数据库系统，再由其对不同时段的泄水量进行整理，并筛选出有价值信息进行保存。

在此期间，数据库系统可以对各类信息进行准确、实时记录，比如参数越限信息、故障信息、事故信息等，还能够全面、精细化统计水闸工程中所机械设备的运作信息，再将水闸开闸日期、操作信息、上游与下游水位信息、水体流速信息、水闸荷载信息等一同存储于报表系统中，实现对各类监测数据的统一管理，为自动化系统运行管理、维护以及工程管控人员作业执行提供大量可视化数据信息支持。

但需注意的是采集到的所有监测数据均需利用在线自动化系统进行计算与处理，最终生成相应的日志、报表内容，再打印输出。具体操作如下。

（1）统计泄水量数据时，可对时间段进行合理划分，比如每月、每年分别执行一次统计工作，以保证数据保存合理性。

（2）统计记录事件或故障问题时，也可按照每月、每年的节点进行，以此增强问题发生次数、具体情况等信息的直观性，并做好数据存储工作。

（3）对参数越限情况重点记录，借助自动化系统，以每月、每年为参数边界条件进行分析与记录，再上传至系统内部。

（4）可将水闸工程中各类设备运行时间视为运行条件、寿命与安全以及安全评估的依据，对数据库系统中存储的各类数据信息进行分析，主要包括水闸开启时间信息、上游和下游水位信息、露天排水信息、操作人员基本信息等，还需对日报表、月报表进行打印。

4 自动化系统在水闸工程中的实际运用

4.1 安全监测系统

水闸运行的安全性以及对周边建筑影响程度的控制均需在安全监测工作的保障下实现。由于水闸安全运行主要受闸墩、翼墙、消力池以及导流堤等位置的影响，因此，需将以上内容作为安全监测系统的重点，而监测对象分别为土压力、扬压力、水闸渗压等，对系统采集到的各项监测数据进行分析，以此判断水闸该位置的变化情况。而在设计水闸工程安全监测系统时，尽可能设计成分布式网络结构，并细分为多个单元，包括通信单元、传感单元、采集单元、管理单元等。

需配备多台数据服务器以及监测主机，并在不同监测位置科学布设土压计、扬压计、渗压计，再正确运行塔式服务器计算机，实现对不同仪器显示数据的实时采集、归类、处理与存储。在众多单元中，数据采集单元最为重要，在设计此单元时，需同时包含16个模块，还应为不同模块设置相应的通信窗口，以此有效连接监测主机。

选用软件系统时，保证系统的多样性，如采集软件、分析软件、整编软件，以此赋予自动化安全监测系统更多功能。其中，数据采集软件的功能是全过程采集单元中的通信数据，当系统运行时，则会自动根据水闸工程各设施具体位置以及重要性采用巡回测量、单点测量、定时测量等方式完成采集单元监测数据的收集，而系统运行人员只需对数据进行分析，明确闸墩、翼墙等是否有移位。

分析软件工作内容是对水闸所有监测部位的水平、竖向位移情况以及压力水位、渗流量数值进行分析，但在此期间，需打造相应的数字模型，以保证分析结论的准确性，工作结束时，系统能够自动生成报表。资料整编软件通常与采集软件联动运作，当资料收集完成后，由整编软件对各项数据进行统一编辑与维护，并自动生成数据报表与打印。

4.2 视频监测系统

视频监测系统的建设与应用可以将水闸工程现场运行情况以直观的方式呈现给系统操作人员，这一系统是水闸工程自动化监控系统最为重要的辅助性系统。系统硬件设备的主要构成有摄像机、录像机、视频服务器、监视器、切换机等。通过运行视频监测系统，可帮助工程管理人员实时了解水闸上、下游水位情况，还可对工程各类设备运行状态进行监控，如机房启闭、闸门开合等，当发现重要设备存在故障问题时，工作人员可分析视频监测系统获取到的可视化信息，对设备故障进行排除。

比如，将一体化摄像机安装于某水闸上，以全方位监测上下游是否存在在漂浮物与船只，若察觉其对水闸运行安全构成威胁，便可自动发出报警信号。此外，对于一些关键区域也需安装摄像机，如柴油机房、配电房、启闭机房等。当前，我国视频监测系统自动化功能仍有较大完善、优化空间，主要原因是不具备较强的软件开发技术水平。但为实现系统功能的充分发挥，就需注重视频监测技术的合理运用，并在多元现代化技术的支撑下，设计出集数据采集、分析、处理以及自动报警功能为一体的软件。

利用大数据技术，搭建可收集水闸安全运行信息的数据库，为视频监测系统的连续性运作提供可靠数据支撑。此外，对各类视频监测信息进行传输配置与网络调试，实现对视频信息显示、回放、录像的集中管理与控制，促使系统实用性、可靠性、高效性得以增强。

4.3 自动控制系统

控制系统主要有3项基本功能，即数据采集、数据处理与控制调节。

（1）数据采集。实时、全过程采集水闸工程开关量、模拟量以及脉冲量等数据信息，其中，开关量数据可直接使用，而模拟量需利用变送器进行处理，将其转换为标准4～20 mA 的电信号，再经过A/D 转换、标度变化后才能上传至控制系统中。

（2）数据处理。处理工作涉及到的内容有合理性校验、上下限比较模拟量；实时扫描开关量；精准记录并输出模拟量超限，若数值过大，系统会自动发出报警；全方位统计处理以往采集到的重要数据信息，为水闸工程运行与维护管理工作的执行提供指导。

（3）控制与调节。水闸工程控制通常有两种方式，即现场控制与主站控制，工程运作时需将控制模式调节为主站控制方式，这一工作的执行主体为中央控制室负责人。主站控制操作原理是将控制命令发送给现场控制单元，单元接收到相应的指令后，执行水闸工程主要设备及辅助性设备的控制工作。计算机控制系统可以自主更改对运行设备的控制方式，包括现场或远程控制、手动与自动控制。其中，远程控制系统组成有传感器、控制屏、执行元件等，而执行元件的命令主要来自调度控制中心即中央控制室。由控制室发出指令，控制闸门启动、闸门锁定机构解锁、闸门止水橡皮润滑水投入与切除、水泵运行与停止等内容。

此外，自动控制系统还可执行报表统计工作，了解水闸工程各机组运行管理实际需求，由系统自动完成不同机组运行记录表的设置工作。一般来说，报表统计内容包括机组开停机时间、机组流量、发电机电量与温度值等，系统操作人员只需在相应的模块中输入想要查询信息的起止时间，便可获取到该时段机组运行情况的详细数据，还能对所有机组历史运行数据进行实时调取。同时，自动控制系统还具备自动诊断与冗余管理功能。当系统或某单元发生运行故障时，自动诊断程序便可在第一时间对故障内容进行判断，并精准定位故障设备，为设备运维人员争取更多操作时间。若主服务器出现故障，可在冗余管理功能的帮助下自动将控制权切换至备用服务器。

5 结束语

将自动化系统应用于水闸工程监测与管控作业中，能够减少工作人员作业量，缓解其工作压力，还可确保管控工作的科学性、准确性，并大幅提高作业效率。但为发挥出自动化系统应用价值，就需深入分析系统运作期间存在的问题，并加以解决，注重对系统操作人员专业技能的培训，以此增强系统实用性，还需重视监控系统的优化与完善，赋予系统更多功能，以保证水闸工程良好运行。