水利工程中闸门自动化监控系统研究

水利工程中闸门自动化监控系统研究

姚培培 张志锐 高定能

南水北调东线总公司， 100070

张志锐 北京市房山区农业农村局，102488

高定能 南水北调东线总公司，100070

摘要：闸门是水利工程的关键项目之一，利用自动化技术进行监督与管理，利用闸门自动化监控系统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。因为组成复杂，所以在实施监控时对技术提出了较高的要求。

关键词：水利工程；闸门监控系统；自动化

引言

闸门是水利工程的重要组成部分，依托传感设备、PLC控制终端、无线通信模块等构建闸门自动化监控系统，可以帮助管理人员远程监测和控制闸门。相比以往的手动操控，水利工程引进闸门自动化监控系统后，减轻了工作人员的劳动强度和工作压力，也显著提高了工程安全性。在了解该系统的应用优势和结构组成的基础上，管理人员还要熟练掌握闸门自动化监控系统的操作要点，才能真正发挥其应用价值。

1闸门自动化监控系统的主要功能

首先，具有完善的控制功能，能实现对整个水利工程所有闸门的精准控制，比如对所有闸门的启闭、应急处理等进行控制。其次，还能及时采集闸门运行参数和状态信号，完善的闸门检测系统必须要做好对闸门运行与状态的及时监控，控制闸门开度，采集电度量，及时采集和控制闸门运行参数和状态信号。再次，该系统具有人机联系的功能，操作人员可通过人机界面获取各个闸门工作状态等关键信息，且操作简单。最后，具有自我诊断、检测的功能，即该系统在日常工作中可以对常见的问题进行自我诊断，判断具体故障出现的位置并发出相应报警信号。同时自我诊断还能实现对闸门系统各个软件的实时监控，可将起不到功能的软件自动切换到其他备用软件。

2水利工程中闸门自动化监控系统

2.1PLC控制单元

PLC控制单元除了可以精准获取传感器传输的信息，计算闸门的位置和水位定相关信息，通过操控电动机来控制闸门的开合。PLC控制单元可以将获取的信息传输给控制系统，可以将闸门的实时状态通过显示器显示出来。借助PLC控制单元可以实现闸门系统的远程操作。PLC控制单元中还可以设置预定参数，传感器获取的信息可以与预定参数进行比较并进行自动控制。PLC控制单元具备较高的稳定性，出现问题时可以自动分析并报警。

2.2改善水利运行状况

径流闸门自动化控制系统建成后，优化了水利工程的运行状况，减少了水利工程中小问题的发生，提高了水利工程设备的运行效率。测配水管理得到进一步优化，其运作效果得到明显的提高。在未建成径流闸门自动化控制系统之前，各项设备运行效率低，值班人员工作量繁重，无法抽出时间对水情做到全面的了解。由于工程设置在高水位处，很难对水情做到全方位的掌握，因此导致许多不安全因素出现。该自动控制系统建成之后，实现了对水情的全面实时监控，全面改善水利运行状况。

2.3自动故障诊断

在一个完整的闸门自动化监控系统中，闸门难免会出现各种故障，传统的检修方法是去现场进行检修、排查，确定故障的类型和故障位置。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。引入电气自动化技术的闸门自动化监控系统可以通过监控系统实时检查系统的状态，在出现问题时，不但可以判断故障位置，还可以根据传感器获取的异常数据，分析判断产生故障的根本原因，然后安排专业技术人员进行维修。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，不影响系统正常运行的小问题可以自行处理或暂时挂起等候处理，等待设计维修人员集中统一解决，提高工作效率；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，值班人员应该立即查看设备状态并进行检修，保证闸门系统的安全、稳定运行。

2.4使用通信传输装置完成信息传输

前端传感器采集到的信息需要借助通信传输模块，将其发送至PLC控制中心。因此，在闸门自动化监测系统中，通信传输模块非常重要。早期的通信方式主要采用有线传输，但是由于闸门自动化监控系统中包含的各类电气设备种类和数量较多，线路比较复杂。随着5G技术逐渐成熟，无线传输的优势逐渐体现出来，其不仅具有更快的信号传输速率，实现了闸门状态参数的同步传递，还可以提高抗干扰能力，增强了该系统在复杂、恶劣环境下的使用效果。

2.5人工智能的应用

设计、维修人员在维护闸门系统的设备时，需要投入大量的精力对系统进行检查。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。在闸门自动化控制领域设计人员已经积累了一定的实践经验，对于常规的异常现象可以大致判断出系统在哪些位置出现了什么问题。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闸门系统中的异常数据和故障，并且自动对故障进行排查、分类和处理。这样可以减少工作人员的工作量，降低系统运营、维护成本。

2.6闸门关键相关参数的采集和处理

监控系统可以自动采集水位、闸门移动状态以及电机的运行状态相关数据。水位数据包括闸门前后的水位、拦污栅的堵塞情况以及水位数据。闸门移动状态包括闸门的位移数量、闸门的运行方向、闸门的卡停、飞车、下滑等状态。电机运行状态的数据包括电流、电压以及电机线圈温度的数据。闸门的所有重要参数会自动记入监控系统的数据库，便于操作人员随时查询。

结语

综上所述，闸门自动化控制系统的建成，为水利工程避免了许多问题，提高了工程质量，对水利工程的发展起到了至关重要的作用。它能够节省工作人员的劳动力，从而结余出充分的时间对水情进行全面的把控和了解，有效地改善水利运行状况。同时，自动化控制系统能够迅速反馈运行中出现的问题并进行自动化处理，从而快速有效地解决紧急水情。另外，由于闸门自动化控制系统的建成，保证了水利工程的运行效率，从而提高了灌区的经济效益。为了保障系统的顺利运作，工程人员增设了大量的保护措施，以提高工程的安全系数，进而提高了配水的稳定性和准确率。根据实际经验，文章提出相关建议：首先，闸门自动化控制系统的建立，任重而道远。其系统运行模式有待进一步提高，水资源的管理是一个漫长而曲折的过程；其次，闸门自动化控制系统的建设是一项技术含量很高的工程，其涵盖的专业技术面也很广，包括网络技术、计算机数据处理技术以及智能控制技术，因此需要工程单位与相关技术单位建立密切合作，从而科学高效地解决系统建设过程中出现的问题；再次，还需要培养相关的技术人才，从实际工作出发，对系统进行合理的操作和把控；最后，需要相关单位加大投入，在系统建立的同时，加强日常维护工作，从而减少问题的发生，提高工程运行的效率。

参考文献

［1］王岩，尚振兰，周威.闸门自动化监控系统在水利工程中的实际应用［J］.智能城市，2020，6(03):187－188.

［2］王秀玉，梅桂生.水工闸门自动化监控系统的开发与应用研究［J］.山东工业技术，2014(20):141.

［3］肖玉.闸门自动化监控系统在水利工程中的实际应用［J］.科技致富向导，2011(21):252.

［4］王维明.浅析闸门自动化监控系统在金鸡拦河闸工程中的应用［J］.水利建设与管理，2014，34(04):46－49.

［5］边党伟.水工闸门自动化监控系统的开发与应用研究［D］.兰州:兰州理工大学，2007.