水利工程中闸门自动监控系统的应用

刘玉春

摘 要：在水利工程建设实施的项目中，闸门是其自动化监控系统设计中一个非常重要的部分。因此，本文主要通过对水库闸门自动化监控系统的研究，进一步探讨水闸其自动化监测系统的组件及其设计。

关键词：水利工程 闸门 自动监控

如今，随着科学技术的快速发展，水工建筑物的实施建设在我国已经有了长足发展，并且其整体建设技术也不可同日而语，但是对于水闸的实施却从来没有一点的松懈。究其原因在于水闸在整个水工建筑物中发挥着重要作用，对于水工建筑物来说，如果没有了坚实可靠的水闸，一切都是纸上谈兵，防洪、救灾必然失败。过去通常使用相对简单的方法，然而传统的手工管理缺点很多，严重的限制了水闸所扮演的角色，这不可避免的造成了很大的浪费，例如使用过多人力、浪费过多物力和财力，因此自动控制的实现在未来是水闸管理的必然发展趋势。

1.水闸自动监控系统的主要组件

1. 1传感部件

水闸自动监测系统的过程中经常用传感器来测量，这主要包括水位传感器、制动位置传感器和一些野外测量工作。模拟开度式传感器绕过精密的多圈线的电位器作为主要的传感器，阀门通过滚筒的转动齿轮传送到旋转轴电位器上，在闸门关闭与开启的过程中，电位器跟着旋转轴不停的旋转，然后使电位器的动臂和固定电阻之间发生不同的变化。两个固定臂之间加上电压时，可以从一个移动手臂取走一个点位数值。一般来说，数字类型的传感器可分为编码类型和计数制两种，一般使用计数器类型，其主要原理是数字化的位移角，最终的输出的数据格式通常有格雷码、BCD或二进制代码。

1.2信道

通信的可靠性，稳定性是至关重要的，会影响整个系统能否有序运转，它往往是整个系统中花费成本最大的一部分。系统通信网络的作用主要是用于制动控制和中心站通信，还包括制动控制站之间的通信，两者之间可以通过有线或无线通信连接，其交流的方式应该是应警方式。

1.3远程控制单元

为了满足远程控制的需要，一些主要的国内外研究部门和制造商通常会把控制单元远程终端安装在一起，这就是常说的远程控制单元，即RTU，其运行较可靠，性能稳定，功能相对完整。经过长时间的发展，已经有了很多的定型。这个单位可以更好地完成连锁控制，包括前馈和反馈。数据收集的时候，其扮演的角色是远程数据通信，它连接到站点和操作之间的中央站，远程控制单元模块主要由CPU单元构成，可以存储、发送和接收天线。

2.闸门自动监控系统工作体制选择

2.l 可编程控制器（即 PLC 系统）

现场的PLC系统适用于测量控制，它的现场测量和控制功能比较强，性能也比较稳定，因为这些其被广泛的使用，但是目前的它还仅仅局限在通信的领域。

2.2分布式数据采集和监控系统（即SCADA系统）

SCADA系统属于中小尺寸测量和控制的系统，该系统主要是有三个主要的部分构成：远程控制单元也就是RTU、通信网络以及控制中心。其有很多的特点，例如可以现场测量与控制，还可以实现资源之间的共享。在这个系统中，既可以配备有线的通信系统，同时也可以配备无线的通信系统。

SCADA系统主要用在石油、电力以及水利等行业中，在那些地理环境相对恶劣的情况下，特别适合使用远程监控设备。如今，在多个领域中中小型水闸自动控制系统逐渐被推广和使用，其前景广阔。

3.应用实例分析

水库制动控制自动化系统主要有水情遥测子系统、自动闸门监控子系统和超声波流量测量子系统等构成，在整个系统中主要含有三个对降雨量进行测量的遥测站，有一个对雨量或者是水量进行测试的遥测站，一个有着三孔闸门的自动监测站以及一个闸门测控中心和一个超声波其流量的测试站。在水通道的入口处，有一个控制进水的闸门，它主要通过人工进行控制。当整个系统进行发电的时候，车间里的工作人员便会通过电话联系到闸站那边的值班员，然后通过闸站的值班员手动调整闸门。在这种情况下其一方面工作强度比较大，同时工作的效率也不是很高，浪费了很大的劳动力成本，同时因为人为控制水库中水位变化具有严重的滞后效应，这对水库的长远发展来说有害。本文立足于现有的基础设施，对水电站的控制系统进行了优化，主要利用计算机自动监控系统代替原来的手动控制系统。

3. 1闸门控制方式

在闸门控制装置中，一般的操作主要使用机械和电气系统或者是通过可编程的电子控制器。通过相关数据发现在区域控制门的领域主要的技术包括：手动控制，继电器接触器控制或者是由PLC进行控制。

（1）手动控制模式

电动阀进行控制的方法相对来说简单，通过一把闸刀或者一个转换手柄便可以轻松控制。在具体的操作过程中，对于闸门开启的高度一般是借助人眼进行估计的。通过这种方式有较大的误差，既不利于电动机本身的保护，也很容易因为不同工作人员的误差而导致没有实现预期的目标。

（2）PLC闸门控制方式

转换的继电器主要通过逻辑控制的方式自动的启动或者切换到所要求的工作状态中，最终完成对闸门的具体操作。但是如果在逻辑电路中添加一个或者多个相对类似的部分继电器，那么整个设备将会因为继电器的复杂而导致其整个控制系统可靠性的不断下降。除此之外，对于闸门这样的一些控制方式简单的顺序动作，应该首先综合性考虑机电的控制系统，主要原因在于它不仅可以长时间的不断运行，更重要的是其故障的排除不需要较高的技能。

一些遵循运动序列的闸门在升降中会暂时停顿，对于这样的一个控制系统，完全可以通过修改开启和关闭的时间以及间歇的周期，并且预设的水位也完全可以借助设置来实现。如果电气控制的方式不能解决，我们还可以借助PLC控制来处理上述问题。

3.2整体方案设计

闸门监控系统结构框图如图1所示，它由以下两部分组成：endprint

（1）闸门监控中心

闸门控制主要是通过计算机监控中心，人机界面和相关的外围设备。

（2）现场控制单元

根据现有情况，要把三个水位传感器安装在进水闸门的前面或者是后面，在闸门的监控系统现场设备控制单元中还需要打开微处理器。现场监测单元在整个系统中普遍采用现场总线技术，闸门的打开体现了微处理器在数字通信和计算方面的能力，越来越多的智能微处理器使用现场总线集成在一起，形成一个网络系统。

3.3微处理器的选择

闸门控制系统所在的环境是非常糟糕的，尤其是那些现场控制单元其所在的环境电磁干扰大、湿度大。于是，选用哪一种微型控制器便显得至关重要。如今，能够用来测量和控制的主要装置有以下几种：工业控制计算机、PLC以及单片机。工业控制计算机相对来说，有着比较强大的功能，在沟通和人机接口方面优点突出，因此得到广泛的使用，但是缺点很多，例如体积大、价格昂贵，并且不容易被移动。PLC在工业控制中相对广泛，体积小、容易便携，并且可靠性较高、功能也比较强大，但是也有价格昂贵、灵活性差等特点。

4.结语

总之，鉴于水资源对国民经济和人民生活的重要性，加强对闸门的管理，实现其全天候监视是必要的。首先，要及时的跟踪和监控河流中水位的变化，并且准确的记录水位数据，合理控制闸门，进而为水资源的合理调度准备充足的一手资料。通过闸门其自动化的监控系统能够准确、及时的把握好开闸放水的时间，进而为水资源的总体调度准备一手材料。第二，自动化闸门监控系统抗洪救灾、水利发电等方面有着极其重要的地位。闸门是水利工程建设中最为基础的一部分，其扮演的角色主要有防汛救灾，但是它对于工农业生产以及环境保护有着更为重要的积极作用。为了更好的加强对水电站的综合利用，发挥其更大的功效，减少洪水灾害对于人民生命财产的危害，不断提高水电站调度的管理水平，建立闸门综合自动化监控系统势在必行。在过去的调动中，手动操作的方式不断费时、费力，还难以起到应有的效果。借助微机监控，可以在远离现场的控制间内便可以对闸门进行细致、全面的监控。

参考文献：

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