劉玉春

摘 要：在水利工程建設(shè)實(shí)施的項(xiàng)目中，閘門(mén)是其自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的部分。因此，本文主要通過(guò)對(duì)水庫(kù)閘門(mén)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步探討水閘其自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組件及其設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：水利工程 閘門(mén) 自動(dòng)監(jiān)控

如今，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，水工建筑物的實(shí)施建設(shè)在我國(guó)已經(jīng)有了長(zhǎng)足發(fā)展，并且其整體建設(shè)技術(shù)也不可同日而語(yǔ)，但是對(duì)于水閘的實(shí)施卻從來(lái)沒(méi)有一點(diǎn)的松懈。究其原因在于水閘在整個(gè)水工建筑物中發(fā)揮著重要作用，對(duì)于水工建筑物來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有了堅(jiān)實(shí)可靠的水閘，一切都是紙上談兵，防洪、救災(zāi)必然失敗。過(guò)去通常使用相對(duì)簡(jiǎn)單的方法，然而傳統(tǒng)的手工管理缺點(diǎn)很多，嚴(yán)重的限制了水閘所扮演的角色，這不可避免的造成了很大的浪費(fèi)，例如使用過(guò)多人力、浪費(fèi)過(guò)多物力和財(cái)力，因此自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)在未來(lái)是水閘管理的必然發(fā)展趨勢(shì)。

1.水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要組件

1. 1傳感部件

水閘自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程中經(jīng)常用傳感器來(lái)測(cè)量，這主要包括水位傳感器、制動(dòng)位置傳感器和一些野外測(cè)量工作。模擬開(kāi)度式傳感器繞過(guò)精密的多圈線的電位器作為主要的傳感器，閥門(mén)通過(guò)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪傳送到旋轉(zhuǎn)軸電位器上，在閘門(mén)關(guān)閉與開(kāi)啟的過(guò)程中，電位器跟著旋轉(zhuǎn)軸不停的旋轉(zhuǎn)，然后使電位器的動(dòng)臂和固定電阻之間發(fā)生不同的變化。兩個(gè)固定臂之間加上電壓時(shí)，可以從一個(gè)移動(dòng)手臂取走一個(gè)點(diǎn)位數(shù)值。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字類(lèi)型的傳感器可分為編碼類(lèi)型和計(jì)數(shù)制兩種，一般使用計(jì)數(shù)器類(lèi)型，其主要原理是數(shù)字化的位移角，最終的輸出的數(shù)據(jù)格式通常有格雷碼、BCD或二進(jìn)制代碼。

1.2信道

通信的可靠性，穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)能否有序運(yùn)轉(zhuǎn)，它往往是整個(gè)系統(tǒng)中花費(fèi)成本最大的一部分。系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的作用主要是用于制動(dòng)控制和中心站通信，還包括制動(dòng)控制站之間的通信，兩者之間可以通過(guò)有線或無(wú)線通信連接，其交流的方式應(yīng)該是應(yīng)警方式。

1.3遠(yuǎn)程控制單元

為了滿足遠(yuǎn)程控制的需要，一些主要的國(guó)內(nèi)外研究部門(mén)和制造商通常會(huì)把控制單元遠(yuǎn)程終端安裝在一起，這就是常說(shuō)的遠(yuǎn)程控制單元，即RTU，其運(yùn)行較可靠，性能穩(wěn)定，功能相對(duì)完整。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，已經(jīng)有了很多的定型。這個(gè)單位可以更好地完成連鎖控制，包括前饋和反饋。數(shù)據(jù)收集的時(shí)候，其扮演的角色是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，它連接到站點(diǎn)和操作之間的中央站，遠(yuǎn)程控制單元模塊主要由CPU單元構(gòu)成，可以存儲(chǔ)、發(fā)送和接收天線。

2.閘門(mén)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)工作體制選擇

2.l 可編程控制器（即 PLC 系統(tǒng)）

現(xiàn)場(chǎng)的PLC系統(tǒng)適用于測(cè)量控制，它的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和控制功能比較強(qiáng)，性能也比較穩(wěn)定，因?yàn)檫@些其被廣泛的使用，但是目前的它還僅僅局限在通信的領(lǐng)域。

2.2分布式數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（即SCADA系統(tǒng)）

SCADA系統(tǒng)屬于中小尺寸測(cè)量和控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是有三個(gè)主要的部分構(gòu)成：遠(yuǎn)程控制單元也就是RTU、通信網(wǎng)絡(luò)以及控制中心。其有很多的特點(diǎn)，例如可以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與控制，還可以實(shí)現(xiàn)資源之間的共享。在這個(gè)系統(tǒng)中，既可以配備有線的通信系統(tǒng)，同時(shí)也可以配備無(wú)線的通信系統(tǒng)。

SCADA系統(tǒng)主要用在石油、電力以及水利等行業(yè)中，在那些地理環(huán)境相對(duì)惡劣的情況下，特別適合使用遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備。如今，在多個(gè)領(lǐng)域中中小型水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)逐漸被推廣和使用，其前景廣闊。

3.應(yīng)用實(shí)例分析

水庫(kù)制動(dòng)控制自動(dòng)化系統(tǒng)主要有水情遙測(cè)子系統(tǒng)、自動(dòng)閘門(mén)監(jiān)控子系統(tǒng)和超聲波流量測(cè)量子系統(tǒng)等構(gòu)成，在整個(gè)系統(tǒng)中主要含有三個(gè)對(duì)降雨量進(jìn)行測(cè)量的遙測(cè)站，有一個(gè)對(duì)雨量或者是水量進(jìn)行測(cè)試的遙測(cè)站，一個(gè)有著三孔閘門(mén)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站以及一個(gè)閘門(mén)測(cè)控中心和一個(gè)超聲波其流量的測(cè)試站。在水通道的入口處，有一個(gè)控制進(jìn)水的閘門(mén)，它主要通過(guò)人工進(jìn)行控制。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電的時(shí)候，車(chē)間里的工作人員便會(huì)通過(guò)電話聯(lián)系到閘站那邊的值班員，然后通過(guò)閘站的值班員手動(dòng)調(diào)整閘門(mén)。在這種情況下其一方面工作強(qiáng)度比較大，同時(shí)工作的效率也不是很高，浪費(fèi)了很大的勞動(dòng)力成本，同時(shí)因?yàn)槿藶榭刂扑畮?kù)中水位變化具有嚴(yán)重的滯后效應(yīng)，這對(duì)水庫(kù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)說(shuō)有害。本文立足于現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)水電站的控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，主要利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)代替原來(lái)的手動(dòng)控制系統(tǒng)。

3. 1閘門(mén)控制方式

在閘門(mén)控制裝置中，一般的操作主要使用機(jī)械和電氣系統(tǒng)或者是通過(guò)可編程的電子控制器。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在區(qū)域控制門(mén)的領(lǐng)域主要的技術(shù)包括：手動(dòng)控制，繼電器接觸器控制或者是由PLC進(jìn)行控制。

（1）手動(dòng)控制模式

電動(dòng)閥進(jìn)行控制的方法相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單，通過(guò)一把閘刀或者一個(gè)轉(zhuǎn)換手柄便可以輕松控制。在具體的操作過(guò)程中，對(duì)于閘門(mén)開(kāi)啟的高度一般是借助人眼進(jìn)行估計(jì)的。通過(guò)這種方式有較大的誤差，既不利于電動(dòng)機(jī)本身的保護(hù)，也很容易因?yàn)椴煌ぷ魅藛T的誤差而導(dǎo)致沒(méi)有實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。

（2）PLC閘門(mén)控制方式

轉(zhuǎn)換的繼電器主要通過(guò)邏輯控制的方式自動(dòng)的啟動(dòng)或者切換到所要求的工作狀態(tài)中，最終完成對(duì)閘門(mén)的具體操作。但是如果在邏輯電路中添加一個(gè)或者多個(gè)相對(duì)類(lèi)似的部分繼電器，那么整個(gè)設(shè)備將會(huì)因?yàn)槔^電器的復(fù)雜而導(dǎo)致其整個(gè)控制系統(tǒng)可靠性的不斷下降。除此之外，對(duì)于閘門(mén)這樣的一些控制方式簡(jiǎn)單的順序動(dòng)作，應(yīng)該首先綜合性考慮機(jī)電的控制系統(tǒng)，主要原因在于它不僅可以長(zhǎng)時(shí)間的不斷運(yùn)行，更重要的是其故障的排除不需要較高的技能。

一些遵循運(yùn)動(dòng)序列的閘門(mén)在升降中會(huì)暫時(shí)停頓，對(duì)于這樣的一個(gè)控制系統(tǒng)，完全可以通過(guò)修改開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間以及間歇的周期，并且預(yù)設(shè)的水位也完全可以借助設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果電氣控制的方式不能解決，我們還可以借助PLC控制來(lái)處理上述問(wèn)題。

3.2整體方案設(shè)計(jì)

閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它由以下兩部分組成：endprint

（1）閘門(mén)監(jiān)控中心

閘門(mén)控制主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心，人機(jī)界面和相關(guān)的外圍設(shè)備。

（2）現(xiàn)場(chǎng)控制單元

根據(jù)現(xiàn)有情況，要把三個(gè)水位傳感器安裝在進(jìn)水閘門(mén)的前面或者是后面，在閘門(mén)的監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制單元中還需要打開(kāi)微處理器?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元在整個(gè)系統(tǒng)中普遍采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，閘門(mén)的打開(kāi)體現(xiàn)了微處理器在數(shù)字通信和計(jì)算方面的能力，越來(lái)越多的智能微處理器使用現(xiàn)場(chǎng)總線集成在一起，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3.3微處理器的選擇

閘門(mén)控制系統(tǒng)所在的環(huán)境是非常糟糕的，尤其是那些現(xiàn)場(chǎng)控制單元其所在的環(huán)境電磁干擾大、濕度大。于是，選用哪一種微型控制器便顯得至關(guān)重要。如今，能夠用來(lái)測(cè)量和控制的主要裝置有以下幾種：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC以及單片機(jī)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相對(duì)來(lái)說(shuō)，有著比較強(qiáng)大的功能，在溝通和人機(jī)接口方面優(yōu)點(diǎn)突出，因此得到廣泛的使用，但是缺點(diǎn)很多，例如體積大、價(jià)格昂貴，并且不容易被移動(dòng)。PLC在工業(yè)控制中相對(duì)廣泛，體積小、容易便攜，并且可靠性較高、功能也比較強(qiáng)大，但是也有價(jià)格昂貴、靈活性差等特點(diǎn)。

4.結(jié)語(yǔ)

總之，鑒于水資源對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的重要性，加強(qiáng)對(duì)閘門(mén)的管理，實(shí)現(xiàn)其全天候監(jiān)視是必要的。首先，要及時(shí)的跟蹤和監(jiān)控河流中水位的變化，并且準(zhǔn)確的記錄水位數(shù)據(jù)，合理控制閘門(mén)，進(jìn)而為水資源的合理調(diào)度準(zhǔn)備充足的一手資料。通過(guò)閘門(mén)其自動(dòng)化的監(jiān)控系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)的把握好開(kāi)閘放水的時(shí)間，進(jìn)而為水資源的總體調(diào)度準(zhǔn)備一手材料。第二，自動(dòng)化閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)抗洪救災(zāi)、水利發(fā)電等方面有著極其重要的地位。閘門(mén)是水利工程建設(shè)中最為基礎(chǔ)的一部分，其扮演的角色主要有防汛救災(zāi)，但是它對(duì)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)有著更為重要的積極作用。為了更好的加強(qiáng)對(duì)水電站的綜合利用，發(fā)揮其更大的功效，減少洪水災(zāi)害對(duì)于人民生命財(cái)產(chǎn)的危害，不斷提高水電站調(diào)度的管理水平，建立閘門(mén)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)勢(shì)在必行。在過(guò)去的調(diào)動(dòng)中，手動(dòng)操作的方式不斷費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，還難以起到應(yīng)有的效果。借助微機(jī)監(jiān)控，可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制間內(nèi)便可以對(duì)閘門(mén)進(jìn)行細(xì)致、全面的監(jiān)控。

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