黃小明

(常州市武進水利工程有限公司，江蘇 常州 213000)

1 電氣自動化技術的運用優(yōu)勢以及重要性

電氣自動化技術是一種可靠、效率高的控制技術，可以運用在水利工程中。電氣自動化技術就是通過傳感器、控制器等自動控制原件的引入，實現(xiàn)對閘門系統(tǒng)的狀態(tài)進行實時的監(jiān)測和調(diào)整。系統(tǒng)的電信號作為輸入信號經(jīng)過采集和處理后傳輸?shù)娇刂婆_，控制臺對采集到的信息分析后形成指令輸送到閘門控制設備，從而實現(xiàn)對整個閘門系統(tǒng)的自動控制。

通過電氣自動化技術的介入，大大降低了人的工作內(nèi)容，簡化了操作步驟，節(jié)省了大量的人力物力成本，大幅提高了工作效率，并且為電力系統(tǒng)提供實時的監(jiān)測基礎，便于工作人員隨時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。

1.1 節(jié)省人力成本

傳統(tǒng)的閘門系統(tǒng)需要工作人員定期對系統(tǒng)進行檢查以及實施閘門的開合操作，在有緊急需求時，如果閘門控制開關附近沒有人駐守則可能存在安全隱患。因此在運用電氣自動化技術之后，工作人員不需要定期對閘門進行檢查，隨時可以通過監(jiān)控系統(tǒng)對整個閘門系統(tǒng)狀態(tài)進行控制和檢查，降低了工作難度。

1.2 提高工作效率

由于電氣自動化技術的介入，不再需要工作人員親自到閘門開關處進行操作，可以隨時通過控制系統(tǒng)遠程控制閘門開關，并查看閘門狀態(tài)，用電氣設備來替代人工操作，因此大幅提高了自動化水平進而提高了工作效率。

1.3 實現(xiàn)安全保障

閘門系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性是重中之重，傳統(tǒng)的閘門系統(tǒng)無法實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控，大多是出現(xiàn)問題后盡快發(fā)現(xiàn)和解決問題。通過電氣自動化技術的引入不但可以快速實施閘門的開合，同時可以通過系統(tǒng)設置，在關鍵數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時提前判斷故障的發(fā)生以及故障類型，并及時處理，以免出現(xiàn)問題。整個系統(tǒng)減少了人為失誤的可能，保證了閘門系統(tǒng)的安全、可靠。

2 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計目標

2.1 先進性

在設計閘門系統(tǒng)時應該具備一定的超前意識，在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下，采用較為先進的設備的和技術，滿足日后的發(fā)展需求。

2.2 開放性

閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)應該具備較高的開放性，可以采用模塊化設計來保證未來研發(fā)出更新的軟件系統(tǒng)后可以與現(xiàn)有設備進行互聯(lián)，子系統(tǒng)之間保留有標準通信接口，保證整個系統(tǒng)的兼容性，為未來的更新?lián)Q代保留可能性。

2.3 可靠性

監(jiān)控系統(tǒng)應該具有較高的可靠性，設備可以穩(wěn)定工作，監(jiān)控系統(tǒng)可以通過傳感器和控制器來獲取相關的參數(shù)并可靠控制閘門的開合。系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時應有備用方案保證系統(tǒng)的可靠。

2.4 安全性

監(jiān)控系統(tǒng)應該對數(shù)據(jù)的訪問和存儲以及更改具有一定的安全措施，防止數(shù)據(jù)被修改、盜竊以及破壞。

2.5 故障預警

具備故障檢測和分析功能，在監(jiān)控系統(tǒng)關鍵參數(shù)出現(xiàn)異常時，能夠快速根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的信息進行分析幫助維修人員快速確定故障處以及故障原因，并具備一定的故障修復功能，保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

3 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能

3.1 閘門的控制功能

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)閘門的開合、在緊急情況下可以自動關閉閘門

3.2 閘門關鍵相關參數(shù)的采集和處理

監(jiān)控系統(tǒng)可以自動采集水位、閘門移動狀態(tài)以及電機的運行狀態(tài)相關數(shù)據(jù)。

水位數(shù)據(jù)包括閘門前后的水位、攔污柵的堵塞情況以及水位數(shù)據(jù)。

閘門移動狀態(tài)包括閘門的位移數(shù)量、閘門的運行方向、閘門的卡停、飛車、下滑等狀態(tài)。

電機運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)包括電流、電壓以及電機線圈溫度的數(shù)據(jù)。

閘門的所有重要參數(shù)會自動記入監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，便于操作人員隨時查詢。

3.3 自動判斷功能

閘門監(jiān)控系統(tǒng)可以將傳感器獲取的相關參數(shù)與標定值進行比較，并判斷閘門系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否安全、平穩(wěn)。在監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)時應該能夠分析故障類型，簡單故障可以自行糾錯；出現(xiàn)重大故障時應該及時發(fā)出警報，提醒工作人員進行緊急處理。

3.4 系統(tǒng)的保護功能

3.4.1 卡停

當閘門因外部異物或其他原因?qū)е麻l門卡停時，應該減小閘門的運行速度或停止閘門運動。閘門控制系統(tǒng)應該及時切斷電源回路，停止閘門運動，并發(fā)出警報。

3.4.2 飛車

閘門在上升過程中或處于高位時突然失去控制向下落下時，監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)測到閘門位移的相關數(shù)據(jù)快速變化，此時監(jiān)控系統(tǒng)應該自動切斷電源回路，采取緊急制動措施停止閘門飛車，并發(fā)出警報。

3.4.3 下滑

閘門在處于高位時應該保持在某一位置上時候如果監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到閘門位移發(fā)生變化，應該自動將閘門位置移回設定的位置。

3.4.4 越限

閘門達到最高點或最低點時如果還存在位移變化，閘門系統(tǒng)應該自動切斷電源回路，停止閘門的運動，并發(fā)出報警。

3.4.5 阻塞

當攔污柵前后水位差超過標定值時說明攔污柵被堵，影響水流通過。此時監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)出指令讓攔污柵清理機構自動清理，并在系統(tǒng)中記錄。

4 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的組成

水利工程的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要包含3個部分，即傳感器、PLC控制器以及閘門動力系統(tǒng)。傳感器可以獲取閘門前后的水位信息、閘門的開合程度、上下游水位等參數(shù)。PLC控制器用于獲取傳感器穿來的數(shù)據(jù)并接受控制系統(tǒng)傳來的指令。

4.1 傳感器

傳感器可以采用精度較高的旋轉(zhuǎn)時編碼器，該編碼器可以通過旋轉(zhuǎn)的位置對應閘門的開合程度，可以實現(xiàn)對相關參數(shù)的精準獲取。數(shù)字閘門傳感器包括編碼和計算兩種方式。

4.2 PLC控制單元

PLC控制單元除了可以精準獲取傳感器傳輸?shù)男畔?，計算閘門的位置和水位定相關信息，通過操控電動機來控制閘門的開合。PLC控制單元可以將獲取的信息傳輸給控制系統(tǒng)，可以將閘門的實時狀態(tài)通過顯示器顯示出來。借助PLC控制單元可以實現(xiàn)閘門系統(tǒng)的遠程操作。PLC控制單元中還可以設置預定參數(shù)，傳感器獲取的信息可以與預定參數(shù)進行比較并進行自動控制。PLC控制單元具備較高的穩(wěn)定性，出現(xiàn)問題時可以自動分析并報警。

5 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題

電氣自動化系統(tǒng)具備較高的穩(wěn)定性，不容易出現(xiàn)問題。但是閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中包含較多的傳感器以及電力設備。在使用過程中傳感器的精度和準確度會對控制系統(tǒng)有很大的影響；同時自動化監(jiān)控系統(tǒng)對于電力的依賴程度較高，一旦電力供應出現(xiàn)問題，監(jiān)控系統(tǒng)將無法實現(xiàn)應有的功能，因此閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)應該配有備用供電系統(tǒng)，確保電力供應出現(xiàn)問題時，操作人員有時間介入，接手控制閘門狀態(tài)；傳感器的傳輸線纜一般預埋于地下，因此在出現(xiàn)故障時不便于維修。

6 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)未來發(fā)展方向

6.1 自動故障診斷

在一個完整的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，閘門難免會出現(xiàn)各種故障，傳統(tǒng)的檢修方法是去現(xiàn)場進行檢修、排查，確定故障的類型和故障位置。電氣自動化技術的引入使得閘門故障的診斷和排除更為便捷和準確。引入電氣自動化技術的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以通過監(jiān)控系統(tǒng)實時檢查系統(tǒng)的狀態(tài)，在出現(xiàn)問題時，不但可以判斷故障位置，還可以根據(jù)傳感器獲取的異常數(shù)據(jù)，分析判斷產(chǎn)生故障的根本原因，然后安排專業(yè)技術人員進行維修。一個成熟的閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)故障的自動分類，不影響系統(tǒng)正常運行的小問題可以自行處理或暫時掛起等候處理，等待設計維修人員集中統(tǒng)一解決，提高工作效率；影響系統(tǒng)運行甚至可能造成安全隱患的狀況可以立即報警并自動采取應急措施，值班人員應該立即查看設備狀態(tài)并進行檢修，保證閘門系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

6.2 人工智能的應用

設計、維修人員在維護閘門系統(tǒng)的設備時，需要投入大量的精力對系統(tǒng)進行檢查。伴隨電氣自動化技術的不斷成熟、電氣系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，現(xiàn)在的電氣系統(tǒng)已經(jīng)可以較為安全、穩(wěn)定地運行。在閘門自動化控制領域設計人員已經(jīng)積累了一定的實踐經(jīng)驗，對于常規(guī)的異?，F(xiàn)象可以大致判斷出系統(tǒng)在哪些位置出現(xiàn)了什么問題。因此可以引入人工智能技術，人工智能技術的引入可以自動識別閘門系統(tǒng)中的異常數(shù)據(jù)和故障，并且自動對故障進行排查、分類和處理。這樣可以減少工作人員的工作量，降低系統(tǒng)運營、維護成本。

7 結 語

綜上所述，水利工程在我國基礎建設方面占據(jù)十分重要的位置。通過引入閘門自動化監(jiān)控弄系統(tǒng)可以實現(xiàn)對水利工程施工現(xiàn)場的監(jiān)督控制，及時發(fā)現(xiàn)水利工程建設和運行中存在的問題并進行改正。相關單位應該強化對系統(tǒng)各部件的了解，有效利用相關設備設施，充分發(fā)揮系統(tǒng)實時性、可靠性、可維護性和安全性等優(yōu)勢。在未來還需要加強對該系統(tǒng)有關設備技術的創(chuàng)新，進一步提升閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程建設中的應用效果。