智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水閘中的應(yīng)用概述

智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水閘中的應(yīng)用概述

Summary：隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)技的不斷進(jìn)步，人民生活水平的不斷提高，當(dāng)前社會(huì)對(duì)于水資源的利用要求不斷提高，自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高，將智能自動(dòng)化控制技術(shù)運(yùn)用到水閘中，能夠提高控制效果，滿(mǎn)足當(dāng)前的實(shí)際需要。本文是針對(duì)智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水閘中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能夠建立更穩(wěn)定、更智能、更安全、更可靠的水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使水閘運(yùn)行逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，降低水閘運(yùn)行管理費(fèi)用，節(jié)約人力資源。Keys：智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)；水閘；運(yùn)行管理；概述將智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用到水閘的控制系統(tǒng)中，能充分滿(mǎn)足防洪調(diào)度、抗旱興利等功能的控制要求。在信息化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，需要充分地考慮智能化、自動(dòng)化、無(wú)人值守等要求，逐步實(shí)現(xiàn)有限水資源的無(wú)限功能最大化。在實(shí)際運(yùn)行管理中需要科學(xué)地、合理地建立適應(yīng)當(dāng)?shù)胤篮楣喔纫蟮乃l自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高水閘調(diào)度運(yùn)行效率，并且還應(yīng)結(jié)合運(yùn)行管理的成本要求、資源利用率等進(jìn)行分析，提高應(yīng)用價(jià)值。一、水閘電氣設(shè)備概述（一）工作原理水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行原理是將現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)傳感器探測(cè)到的本地信息，經(jīng)采集、數(shù)據(jù)化處理后傳遞給調(diào)度中心，調(diào)度中心結(jié)合各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，分類(lèi)綜合、實(shí)時(shí)發(fā)出防洪調(diào)度命令，本地控制室在接受調(diào)度命令后，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，變成系統(tǒng)執(zhí)行的開(kāi)關(guān)命令，而執(zhí)行命令后的完成情況，也能實(shí)時(shí)的反饋回調(diào)度中心，解決當(dāng)前水閘運(yùn)行中存在的問(wèn)題、隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘的有效控制。通過(guò)智能自動(dòng)化控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘閘門(mén)啟閉的操作，達(dá)到完全執(zhí)行調(diào)度命令的運(yùn)行目的。

水閘智能自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、本地控制室、就地操作平臺(tái)來(lái)等實(shí)現(xiàn)對(duì)防洪水閘的智能化運(yùn)行管理。水閘遠(yuǎn)程監(jiān)控中心是系統(tǒng)的大腦，由計(jì)算機(jī)、顯示設(shè)施、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等組成，為防汛、調(diào)度等工作人員實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)布防汛調(diào)度指令提供依據(jù)。水閘的本地控制室位于水閘管理現(xiàn)場(chǎng)，負(fù)責(zé)將本地水閘的設(shè)備運(yùn)行信息、管理庫(kù)區(qū)水位信息、閘門(mén)啟閉情況進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心傳輸，并接收監(jiān)控中心的調(diào)度命令，迅速反應(yīng)，有效地執(zhí)行相關(guān)指令，并實(shí)時(shí)向監(jiān)控中心反饋指令執(zhí)行情況。水閘就地操作平臺(tái)是防汛指令的最終執(zhí)行者，負(fù)責(zé)指令執(zhí)行、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備運(yùn)行，分就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng)三種操作狀態(tài)。如圖（1）所示。（二）水閘設(shè)備的設(shè)計(jì)要求水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足一定的應(yīng)用要求：第一，需要符合遠(yuǎn)程操作和控制要求，遠(yuǎn)程操作信息執(zhí)行、運(yùn)行結(jié)果的信息應(yīng)實(shí)時(shí)反饋到監(jiān)控中心的監(jiān)控屏幕。第二，水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要具有水位信息探測(cè)、各類(lèi)功能設(shè)備均具有數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)報(bào)警等綜合功能，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的有效控制，滿(mǎn)足防洪水閘運(yùn)行要求，同時(shí)應(yīng)提高系統(tǒng)整體性能，滿(mǎn)足系統(tǒng)的質(zhì)量要求，充分保障防汛調(diào)度命令的執(zhí)行、落實(shí)。第三，水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行需要保證可靠性和穩(wěn)定性，水閘需要長(zhǎng)期運(yùn)行，一旦建成投入運(yùn)行，需要可靠穩(wěn)定的發(fā)揮水閘的防洪、調(diào)度及興利要求，若是出現(xiàn)異常將會(huì)給水閘上下游造成不可估量的損失。因此，預(yù)警系統(tǒng)和必要的值班人員是不可或缺的。第四，水閘智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝必需具備適用性強(qiáng)、操作程序簡(jiǎn)單、維修方便。第五，水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)需要有多種電源應(yīng)急備用，直流電源、柴油發(fā)電機(jī)等，以備不時(shí)之需。如圖（2）所示.（三）水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)概述1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)功能強(qiáng)大，其規(guī)模龐大，節(jié)省運(yùn)行管理資金，節(jié)約人力資源，在水閘防汛調(diào)度、抗旱興利過(guò)程中有極具應(yīng)用價(jià)值。防洪水閘自動(dòng)化系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全預(yù)警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)、互補(bǔ)合作，以實(shí)現(xiàn)防洪調(diào)度、抗旱興利等功能。(1)控制系統(tǒng)由高低壓供配電系統(tǒng)、多級(jí)執(zhí)行按鈕、傳感元件組成，在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、本地控制室、就地操作平臺(tái)均能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)閘門(mén)的操作控制。其圖（2）

防洪水閘自動(dòng)化系統(tǒng)圖中供配電系統(tǒng)由高低壓配電設(shè)備、各級(jí)開(kāi)關(guān)模塊、PLC編程器、動(dòng)作電機(jī)、傳感設(shè)施組成。多級(jí)執(zhí)行按鈕為遠(yuǎn)程操作開(kāi)關(guān)、本地操作開(kāi)關(guān)、就地操作開(kāi)關(guān)組成，方便各級(jí)操作，又以就地操作指令優(yōu)先于本地操作指令，本地操作指令優(yōu)先于遠(yuǎn)程操作指令。傳感元件以水位探測(cè)器監(jiān)測(cè)為主，以寧鄉(xiāng)市立新水閘為例說(shuō)明：立新水閘為我市中型水閘，共有9套卷?yè)P(yáng)式平板閘門(mén)和一個(gè)滾水壩。此處設(shè)定興利水位，以興利水位為正常運(yùn)行點(diǎn)，同時(shí)設(shè)置高低報(bào)警水位，正常運(yùn)行以上設(shè)置三至五個(gè)探測(cè)點(diǎn)，每10CM設(shè)置一個(gè)（具體數(shù)量根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要確定，有必要時(shí)可加設(shè)備用探測(cè)設(shè)備，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性），水位以下設(shè)置兩個(gè)探測(cè)點(diǎn)（每10CM設(shè)置一個(gè)），最高探測(cè)點(diǎn)為上限報(bào)警水位，最低探測(cè)點(diǎn)為下限報(bào)警水位。（2）監(jiān)控中心應(yīng)能實(shí)時(shí)了解各系統(tǒng)運(yùn)行情況，并以實(shí)時(shí)的水位信息發(fā)布防洪調(diào)度指令。監(jiān)控中心設(shè)備主要為計(jì)算機(jī)、傳輸設(shè)備、電源存儲(chǔ)設(shè)備、電視屏幕等，方便各類(lèi)信息的分類(lèi)識(shí)別、綜合處理、實(shí)時(shí)反應(yīng)。所有防洪水閘的設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)和上下游水位都能在電視屏幕上顯示，方便防汛調(diào)度工作人員分析數(shù)據(jù)，綜合處理，及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)出調(diào)度指令，調(diào)度指令的執(zhí)行情況又必須實(shí)時(shí)向調(diào)度中心反饋，以方便事中監(jiān)控、管理和以及事后調(diào)查。（3）監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要為攝像頭、存儲(chǔ)設(shè)備、視頻顯示器、聲光報(bào)警輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)打印設(shè)備等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及水閘上下游水位信息進(jìn)行全天候、全過(guò)程的監(jiān)督處理，24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、打印全部數(shù)據(jù)。對(duì)發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障、異常信息實(shí)時(shí)報(bào)警，及時(shí)處理，確保系統(tǒng)和設(shè)備安全運(yùn)行，有效避免事故的發(fā)生。（4）安全預(yù)警系統(tǒng)有聲光預(yù)警、安防探頭、控制中心及機(jī)器人信息提示等。隨著人民生活水平的提高，各類(lèi)休閑方式的不斷涌現(xiàn)，在水閘管理范圍內(nèi)釣魚(yú)的現(xiàn)象有增無(wú)減。因此，每次在水閘閘門(mén)開(kāi)啟之前，預(yù)警設(shè)備的運(yùn)行也就不可或缺。預(yù)警設(shè)備包括聲光報(bào)警設(shè)備、機(jī)器人信息提示發(fā)送給相關(guān)管理人員群體。特別在無(wú)人值守的模式下，系統(tǒng)建成后，必須有一個(gè)試運(yùn)行階段。在試運(yùn)行階段，輔以人工喊話、人工操作，預(yù)警時(shí)間不少于10分鐘；發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)暫停閘門(mén)提升設(shè)備的運(yùn)行，使水閘周?chē)嗣袢罕娛煜ぶ悄茏詣?dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序，避免發(fā)生各類(lèi)安全事故，確保人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

（5）照明系統(tǒng)分為照明燈具和照明控制系統(tǒng)，為在夜間操作和周?chē)罕姷纳畋憷瑢?shí)時(shí)開(kāi)啟照明燈具，啟動(dòng)照明系統(tǒng)，保證運(yùn)行管理、操作安全，過(guò)往群眾的交通安全。同時(shí)可以保證視頻攝像頭具有一定的工作條件，滿(mǎn)足照明要求。2.自動(dòng)化流程水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行可以按照既定參數(shù)、開(kāi)機(jī)自檢、全自動(dòng)模式下進(jìn)行操作，以寧鄉(xiāng)市立新水閘為例說(shuō)明：在正常運(yùn)行點(diǎn)水位是，此時(shí)水閘閘門(mén)全關(guān)，另有滾水壩保持下游生態(tài)流量；在所有設(shè)備均位于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，如水閘上游庫(kù)區(qū)水位上升（設(shè)定每10CM為一個(gè)傳感器探測(cè)點(diǎn)、3個(gè)探測(cè)點(diǎn)為例）上漲一個(gè)探測(cè)點(diǎn)即開(kāi)啟5號(hào)閘門(mén)50CM開(kāi)度向下游泄水；如水位繼續(xù)上漲，則可同時(shí)開(kāi)啟4、6號(hào)閘門(mén)以50CM開(kāi)度泄水；如水位繼續(xù)水位繼續(xù)上漲，則可所有閘門(mén)全開(kāi)（為防止水閘下游水位提高過(guò)快，閘門(mén)開(kāi)啟過(guò)程每100CM應(yīng)稍微停頓5至10分鐘，避免河床過(guò)度沖刷、為在河中活動(dòng)的相關(guān)人員上岸創(chuàng)造條件）；如遇有閘門(mén)開(kāi)啟，水位下降至正常運(yùn)行點(diǎn)以下，則可關(guān)閉閘門(mén)蓄水興利。遇啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)的特殊情況，視調(diào)度命令亦可遠(yuǎn)程或就地開(kāi)啟閘門(mén)設(shè)置開(kāi)啟閘門(mén)的孔數(shù)、開(kāi)啟閘門(mén)的開(kāi)度。系統(tǒng)整體運(yùn)行的過(guò)程中，可能會(huì)有設(shè)備發(fā)生故障（必要時(shí)探測(cè)設(shè)施、動(dòng)作頻率高的提升設(shè)備可增置備用運(yùn)行裝置，以備不時(shí)之需），應(yīng)實(shí)時(shí)將設(shè)備的運(yùn)行情況反饋至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、本地控制室，并設(shè)置故障提示，這樣能夠?qū)崟r(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)處理。3.控制模式水閘智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行管理可以通過(guò)就地操作平臺(tái)操作、本地控制室控制、遠(yuǎn)程控制中心操作等方式實(shí)現(xiàn)，因有特殊情況的發(fā)生，如設(shè)備故障、周?chē)h(huán)境異常，需現(xiàn)場(chǎng)處理，應(yīng)設(shè)定操作優(yōu)先級(jí)別，就地控制優(yōu)先于本地控制，本地控制優(yōu)先于遠(yuǎn)程控制。二、智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)在防洪水閘中運(yùn)用價(jià)值（一）加強(qiáng)安全管理水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)能夠提高安全管理質(zhì)量，在實(shí)際操作的過(guò)程中可能會(huì)在可能存在極端環(huán)境下的操作，而相關(guān)人員現(xiàn)場(chǎng)操作安全隱患比較多，可能導(dǎo)致安全事故。防洪水閘的設(shè)備多、造價(jià)高、規(guī)模大；參與河道相關(guān)作業(yè)活動(dòng)多、人員復(fù)雜、情況變化快；涉及地域廣泛，河流流域內(nèi)信息溝通有一定的局限性，導(dǎo)致在實(shí)際處理中可能難以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方式確定水閘運(yùn)行情況，得到相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且操作人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程發(fā)布指令方式進(jìn)行控制，能夠滿(mǎn)足控制要求，解決具體問(wèn)題。在運(yùn)行過(guò)程中，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)發(fā)出故障提醒，及時(shí)解決故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘的有效控制，降低風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約資源。（二）完善監(jiān)控工作在現(xiàn)場(chǎng)操作中要充分地考慮自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值，分析實(shí)際操作具體問(wèn)題，還應(yīng)該間隔一段時(shí)間進(jìn)行信息處理，分析運(yùn)行情況，將所有數(shù)據(jù)記錄并打印出來(lái)，為運(yùn)行管理提供依據(jù)。傳統(tǒng)采用人工記錄方式工作量比較大，并且還可能會(huì)出現(xiàn)記錄不規(guī)范、遺漏或是失誤等情況，影響工作效率。智能自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每臺(tái)設(shè)備的跟蹤管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)解決故障。水閘自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)后可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備的有效控制，全過(guò)程跟蹤指令和管理，記錄相關(guān)信息，將所有數(shù)據(jù)匯總，這樣能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患等問(wèn)題，及早排查解決故障問(wèn)題，保證防洪水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效率運(yùn)行。（三）縮短操作時(shí)間水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)能夠提高操作便捷性，縮短操作時(shí)間，這種操作方式反應(yīng)比較靈敏，傳統(tǒng)操作方式需要兩個(gè)人一組，逐一開(kāi)啟，水閘閘門(mén)等全部開(kāi)啟需要的時(shí)間比較長(zhǎng)。而將自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)用到水閘管理中，只需要一人操作就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘的有效控制，并且水閘基本可以采取無(wú)人值守方式，可以通過(guò)控制中心運(yùn)行指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘的有效控制，值班人員只需要通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)就能夠?qū)λl操作設(shè)備有效控制，提高設(shè)備應(yīng)用價(jià)值。（四）優(yōu)化管理模式水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)能夠優(yōu)化管理，有效降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，只需要合理的安排人員在數(shù)個(gè)水閘之間巡邏，就能夠保證所有工作的順利完成，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，最大限度的實(shí)現(xiàn)管理模式的有限優(yōu)化。三、智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水閘中應(yīng)用（一）開(kāi)放化應(yīng)用水閘的智能自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)中要充分地考慮開(kāi)放化需求，保證技術(shù)合理使用，保證與外界有良好的連接接口，加強(qiáng)工業(yè)以太網(wǎng)與外圍網(wǎng)絡(luò)連接的可靠。但同時(shí)也應(yīng)提高系統(tǒng)防火墻級(jí)別，設(shè)定各級(jí)管理員權(quán)限，加強(qiáng)系統(tǒng)保密功能，預(yù)防外圍惡意攻擊。這樣才能夠?qū)ν忾_(kāi)放開(kāi)放的同時(shí)，切實(shí)保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，具有防汛調(diào)度、抗旱興利的實(shí)際應(yīng)用效果，體現(xiàn)技術(shù)的核心價(jià)值。（二）創(chuàng)新性應(yīng)用水閘智能自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)要與國(guó)家相關(guān)規(guī)定結(jié)合，提高其創(chuàng)新能力，并且還應(yīng)該不斷提高科技含量。與管理職能相結(jié)合，進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，在水閘操作中可能存在一些不良問(wèn)題，影響實(shí)際工作處理，這就需要不斷地通過(guò)對(duì)設(shè)備、技術(shù)和管理方式的更新，解決當(dāng)前應(yīng)用中存在的不足，以滿(mǎn)足應(yīng)用要求，提高應(yīng)用價(jià)值。（三）通用化應(yīng)用水閘建設(shè)中要充分地考慮智能自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，要求提高其通用性，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式實(shí)現(xiàn)管理效果的提升，并且還應(yīng)該進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)交換、輸出。在水閘管理中運(yùn)用需要建立軟件管理平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行自動(dòng)化操作提高管理質(zhì)量，并且可以結(jié)合具體信息進(jìn)行處理，滿(mǎn)足防汛調(diào)度、抗旱興利要求，提高系統(tǒng)整體應(yīng)用效率。結(jié)論：綜上所述，水閘智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水閘中運(yùn)用能夠提高控制效果，并且能夠采取自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)展控制工作，解決當(dāng)前存在的不足，并且能夠結(jié)合相關(guān)信息進(jìn)行處理。水閘中運(yùn)用智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠提高應(yīng)用價(jià)值，滿(mǎn)足實(shí)際監(jiān)控要求，并且能夠降低運(yùn)營(yíng)成本，節(jié)約資源，具有良好推廣價(jià)值。智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水閘建設(shè)中運(yùn)用可以提高設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量，按照自動(dòng)化操作要求進(jìn)行處理，加強(qiáng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備的管理，實(shí)現(xiàn)水閘防汛調(diào)度、抗旱興利功能。Reference：[1]陳明恩,金浪濱,林利通.淺析上浦閘灌區(qū)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].浙江水利科技,2022,50（02）:79-82.[2]劉燦.水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討[J].江淮水利科技,2021（06）:47-48.[3]郭子君.攔河壩水閘遠(yuǎn)程啟閉自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2018（08）:47-50.[4]陳龍.節(jié)制閘供配電系統(tǒng)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析[J].黑龍江水