闸门自动化控制的设计与应用分析

成耀文 葛洲坝集团机电建设有限公司

闸门是水利工程项目的关键，利用自动化技术进行监督与管理，通过闸门自动化监控系统的建设可检测闸门的启闭和开度、图像信息等，同时还能实现远程控制。闸门自动化监控系统包括中央控制系统和闸门现场控制系统，另外还包括传感部件、计算机网络等设施。因为组成多样，所以在实施监控时对技术提出了较高的要求。

一、闸门自动化控制设计的必要性

（1）如水库地处暴雨区域，集雨面积较大，库容相对较小，汛期闸门启闭频繁；管理处与闸房相距一般相距较远，对闸门控制不方便、不安全，不能满足目前水库防洪调度快速反应的要求，因此设计闸门监控系统非常必要。（2）运用信息技术能及时、快捷、准确、可靠地传递水、雨情，有效地提高洪水预报精度和延长洪水预见期，为制定防洪调度方案提供科学、快速、准确的依据和手段，进一步提高水库防洪减灾能力，对保护下游人民生命财产安全起着重要作用。（3）系统具有信息资源共享，网络在线监视，实时动态查询功能。通过分析水雨情资料、水位流量关系，有助于修正优化防洪兴利调度计划，为水库防汛、供水管理决策提供科学依据，充分利用水资源，最大限度地发挥防洪及供水等方面的效益。（4）对水库有关数据进行监测，分析变化趋势，为管理部门及时、准确地掌握水库的运行状况提供科学依据，极大地提高对水库工程的科学管理水平。

二、闸门自动化控制设计原则

（一）实用性与先进性

采用成熟的计算机技术、自动控制技术、安全防范技术、网络技术、通信技术，保证系统实用，随机信息采样周期及操作响时间短，应实时性好。在开放性与标准化方面，采用开放的网络结构，便于系统的升级、扩展和互联。

（二）可靠性与安全性

主要考虑两个方面：一是充分利用现有的高可靠性络计算机网资源和设备，使整个网络安全可靠；二是采用成熟的采集设备、控制设备、传输设备等，采取必要的防护措施保证系统有较高的抗干扰能力和纠错能力，并设置系统的用户表及口令限制，确保系统能长期可靠地运行。

（三）经济性和可扩展性

在满足工程需要的前提下，选用性能价格比高的设备；采用的设备充分考虑易扩展、易升级换代，并且在扩展或升级时可以最大限度地保护原有的硬件设备和软件投资。

（四）集成性和可维护性

系统采用功能模块集成且相对独立，一个功能模块故障不影响其它功能模块的工作；监控主机具有自动诊断功能，能判定故障位置，便于维护。

（五）统一规划和分步实施

对整个系统进行统一规划设计、分步实施；系统应留有扩展的余地和接口，使系统易于规模扩展和功能扩展；为以后大坝沉陷、位移、渗漏监测系统及水质监测系统的续建提供平台，避免重复建设。

三、闸门自动化监控子系统的应用

（1）时钟同步。能够使系统中的智能电子设备获得统一的时间基准，这对于系统的实时监控、管理和安全保护具有重要的意义。（2）数据通信。现地控制层能接收各传感器的测量数据及故障信息，并发送到管理处中心控制层；且接收管理处监控中心下达的各种控制指令。（3）实时监测。通过传感器采集闸门运行状态及开度等各种实时运行参数，并将这些数据保存在数据库中，以供查询，准确反映各设备的动作情况。（4）可视化管理功能。通过分别装在溢洪道闸门上下游附近的二个彩色球形摄像机与闸门联动对闸门工况进行监视，查看闸门上下游侧水位、泄洪水流的形态。（5）计算统计。根据上下游水位、闸门开度确定泄洪流态，计算泄洪流量及泄洪水量；或根据水库水位变化情况及库容曲线确定上游来水量，并根据上下游水位、下泄流量、闸门的流量关系曲线等计算出开启的闸门数和开度，自动控制闸门启闭实现控制水位和控制流量平衡。（6）控制与调节。操作人员在监控中心主机或现地控制单元通过密码登录方式进入监控系统，系统则根据预定原则由操作人员输入指令，完成对闸门的控制、调节，发生故障立即自动停止闸门的动作。（7）越限报警。根据实际情况对要采集的参数项目设置上、下限值，当系统检测到越限等异常状态，就会发出报警且将异常状态信号显示于显示屏上，并在数据库中记录下来，以供查询。（8）自诊断、故障报警。系统能对运行参数的变化趋势进行分析，能对硬件设备、系统软件、应用软件的故障进行自检，发现故障征兆或故障，立即停止该部分设备的运行（闭锁相应的控制输出），报警、并自动显示和记录。（9）记录。对所采集的参数各按设定每隔一段时间保持一次，对闸门启闭过程及前后状态进行记录，以供查询。（10）历史数据储存与查询。中心站主计算机数据库能存储本系统所采集的数据，触摸屏只能存储少量的报警及过程数据；它们都提供查询接口。（11）打印功能。对能在显示器中显示的采集数据、汇总报表及视频图像都能通过设定的打印机打印出来。

四、闸门自动化监控系统未来发展方向

（一）自动故障诊断

电气自动化技术的引入使得闸门故障的诊断和排除更为便捷和准确。一个成熟的闸门自动化监控系统可以实现故障的自动分类；影响系统运行甚至可能造成安全隐患的状况可以立即报警并自动采取应急措施，保证闸门系统的安全、稳定运行。

（二）人工智能的应用

伴随电气自动化技术的不断成熟、电气系统的不断优化，现在的电气系统已经可以较为安全、稳定地运行。因此可以引入人工智能技术，人工智能技术的引入可以自动识别异常数据和故障，并且自动对故障进行排查、分类和处理。

五、结束语

综上所述，水利工程在我国基础建设方面占据十分重要的位置。通过引入闸门自动化监控弄系统可以实现对水利工程施工现场的监督控制，提高了闸门自动化水平和管理效率，极大地改善了劳动环境；对保障水库安全运行，进一步提高水库防洪减灾、调度运行技术水平起着重要作用；促进水库发挥更好的经济效益和社会效益。