智能自動化控制系統(tǒng)在水閘中的應(yīng)用概述

智能自動化控制系統(tǒng)在水閘中的應(yīng)用概述

Summary：隨著人類社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)技的不斷進步，人民生活水平的不斷提高，當(dāng)前社會對于水資源的利用要求不斷提高，自動化程度的要求也越來越高，將智能自動化控制技術(shù)運用到水閘中，能夠提高控制效果，滿足當(dāng)前的實際需要。本文是針對智能自動化控制系統(tǒng)在水閘中的設(shè)計和應(yīng)用進行分析，希望能夠建立更穩(wěn)定、更智能、更安全、更可靠的水閘自動化控制系統(tǒng)，使水閘運行逐步實現(xiàn)無人值守，降低水閘運行管理費用，節(jié)約人力資源。Keys：智能自動化控制系統(tǒng)；水閘；運行管理；概述將智能自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到水閘的控制系統(tǒng)中，能充分滿足防洪調(diào)度、抗旱興利等功能的控制要求。在信息化、網(wǎng)絡(luò)化時代，需要充分地考慮智能化、自動化、無人值守等要求，逐步實現(xiàn)有限水資源的無限功能最大化。在實際運行管理中需要科學(xué)地、合理地建立適應(yīng)當(dāng)?shù)胤篮楣喔纫蟮乃l自動控制系統(tǒng)，提高水閘調(diào)度運行效率，并且還應(yīng)結(jié)合運行管理的成本要求、資源利用率等進行分析，提高應(yīng)用價值。一、水閘電氣設(shè)備概述（一）工作原理水閘智能自動化系統(tǒng)運行原理是將現(xiàn)場各類傳感器探測到的本地信息，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)合各類數(shù)據(jù)信息，分類綜合、實時發(fā)出防洪調(diào)度命令，本地控制室在接受調(diào)度命令后，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，變成系統(tǒng)執(zhí)行的開關(guān)命令，而執(zhí)行命令后的完成情況，也能實時的反饋回調(diào)度中心，解決當(dāng)前水閘運行中存在的問題、隱患，實現(xiàn)對水閘的有效控制。通過智能自動化控制方式，實現(xiàn)對水閘閘門啟閉的操作，達到完全執(zhí)行調(diào)度命令的運行目的。

水閘智能自動控制系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、本地控制室、就地操作平臺來等實現(xiàn)對防洪水閘的智能化運行管理。水閘遠(yuǎn)程監(jiān)控中心是系統(tǒng)的大腦，由計算機、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)度等工作人員實時、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，負(fù)責(zé)將本地水閘的設(shè)備運行信息、管理庫區(qū)水位信息、閘門啟閉情況進行數(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，并實時向監(jiān)控中心反饋指令執(zhí)行情況。水閘就地操作平臺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)備運行，分就地、遠(yuǎn)程、自動三種操作狀態(tài)。如圖（1）所示。（二）水閘設(shè)備的設(shè)計要求水閘智能自動化系統(tǒng)設(shè)計需要滿足一定的應(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、運行結(jié)果的信息應(yīng)實時反饋到監(jiān)控中心的監(jiān)控屏幕。第二，水閘智能自動化系統(tǒng)設(shè)計中需要具有水位信息探測、各類功能設(shè)備均具有數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測報警等綜合功能，用以實現(xiàn)對設(shè)備的有效控制，滿足防洪水閘運行要求，同時應(yīng)提高系統(tǒng)整體性能，滿足系統(tǒng)的質(zhì)量要求，充分保障防汛調(diào)度命令的執(zhí)行、落實。第三，水閘智能自動化系統(tǒng)的運行需要保證可靠性和穩(wěn)定性，水閘需要長期運行，一旦建成投入運行，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，水閘智能自動化控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝必需具備適用性強、操作程序簡單、維修方便。第五，水閘智能自動化系統(tǒng)需要有多種電源應(yīng)急備用，直流電源、柴油發(fā)電機等，以備不時之需。如圖（2）所示.（三）水閘智能自動化系統(tǒng)建設(shè)概述1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)水閘智能自動化系統(tǒng)功能強大，其規(guī)模龐大，節(jié)省運行管理資金，節(jié)約人力資源，在水閘防汛調(diào)度、抗旱興利過程中有極具應(yīng)用價值。防洪水閘自動化系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)測報警系統(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)、互補合作，以實現(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、就地操作平臺均能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)閘門的操作控制。其圖（2）

防洪水閘自動化系統(tǒng)圖中供配電系統(tǒng)由高低壓配電設(shè)備、各級開關(guān)模塊、PLC編程器、動作電機、傳感設(shè)施組成。多級執(zhí)行按鈕為遠(yuǎn)程操作開關(guān)、本地操作開關(guān)、就地操作開關(guān)組成，方便各級操作，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器監(jiān)測為主，以寧鄉(xiāng)市立新水閘為例說明：立新水閘為我市中型水閘，共有9套卷揚式平板閘門和一個滾水壩。此處設(shè)定興利水位，以興利水位為正常運行點，同時設(shè)置高低報警水位，正常運行以上設(shè)置三至五個探測點，每10CM設(shè)置一個（具體數(shù)量根據(jù)實際運行需要確定，有必要時可加設(shè)備用探測設(shè)備，提高系統(tǒng)運行的可靠性），水位以下設(shè)置兩個探測點（每10CM設(shè)置一個），最高探測點為上限報警水位，最低探測點為下限報警水位。（2）監(jiān)控中心應(yīng)能實時了解各系統(tǒng)運行情況，并以實時的水位信息發(fā)布防洪調(diào)度指令。監(jiān)控中心設(shè)備主要為計算機、傳輸設(shè)備、電源存儲設(shè)備、電視屏幕等，方便各類信息的分類識別、綜合處理、實時反應(yīng)。所有防洪水閘的設(shè)備設(shè)施運行狀態(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、準(zhǔn)確地發(fā)出調(diào)度指令，調(diào)度指令的執(zhí)行情況又必須實時向調(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)測報警系統(tǒng)主要為攝像頭、存儲設(shè)備、視頻顯示器、聲光報警輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)打印設(shè)備等，能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備及水閘上下游水位信息進行全天候、全過程的監(jiān)督處理，24小時連續(xù)進行監(jiān)測、打印全部數(shù)據(jù)。對發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障、異常信息實時報警，及時處理，確保系統(tǒng)和設(shè)備安全運行，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、控制中心及機器人信息提示等。隨著人民生活水平的提高，各類休閑方式的不斷涌現(xiàn)，在水閘管理范圍內(nèi)釣魚的現(xiàn)象有增無減。因此，每次在水閘閘門開啟之前，預(yù)警設(shè)備的運行也就不可或缺。預(yù)警設(shè)備包括聲光報警設(shè)備、機器人信息提示發(fā)送給相關(guān)管理人員群體。特別在無人值守的模式下，系統(tǒng)建成后，必須有一個試運行階段。在試運行階段，輔以人工喊話、人工操作，預(yù)警時間不少于10分鐘；發(fā)現(xiàn)異常情況，及時暫停閘門提升設(shè)備的運行，使水閘周圍人民群眾熟悉智能自動化控制系統(tǒng)的運行程序，避免發(fā)生各類安全事故，確保人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

（5）照明系統(tǒng)分為照明燈具和照明控制系統(tǒng)，為在夜間操作和周圍群眾的生活便利，實時開啟照明燈具，啟動照明系統(tǒng)，保證運行管理、操作安全，過往群眾的交通安全。同時可以保證視頻攝像頭具有一定的工作條件，滿足照明要求。2.自動化流程水閘智能自動化系統(tǒng)運行可以按照既定參數(shù)、開機自檢、全自動模式下進行操作，以寧鄉(xiāng)市立新水閘為例說明：在正常運行點水位是，此時水閘閘門全關(guān)，另有滾水壩保持下游生態(tài)流量；在所有設(shè)備均位于自動運行狀態(tài)，如水閘上游庫區(qū)水位上升（設(shè)定每10CM為一個傳感器探測點、3個探測點為例）上漲一個探測點即開啟5號閘門50CM開度向下游泄水；如水位繼續(xù)上漲，則可同時開啟4、6號閘門以50CM開度泄水；如水位繼續(xù)水位繼續(xù)上漲，則可所有閘門全開（為防止水閘下游水位提高過快，閘門開啟過程每100CM應(yīng)稍微停頓5至10分鐘，避免河床過度沖刷、為在河中活動的相關(guān)人員上岸創(chuàng)造條件）；如遇有閘門開啟，水位下降至正常運行點以下，則可關(guān)閉閘門蓄水興利。遇啟動應(yīng)急響應(yīng)的特殊情況，視調(diào)度命令亦可遠(yuǎn)程或就地開啟閘門設(shè)置開啟閘門的孔數(shù)、開啟閘門的開度。系統(tǒng)整體運行的過程中，可能會有設(shè)備發(fā)生故障（必要時探測設(shè)施、動作頻率高的提升設(shè)備可增置備用運行裝置，以備不時之需），應(yīng)實時將設(shè)備的運行情況反饋至遠(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了解設(shè)備運行情況，及時處理。3.控制模式水閘智能自動化控制系統(tǒng)的運行管理可以通過就地操作平臺操作、本地控制室控制、遠(yuǎn)程控制中心操作等方式實現(xiàn)，因有特殊情況的發(fā)生，如設(shè)備故障、周圍環(huán)境異常，需現(xiàn)場處理，應(yīng)設(shè)定操作優(yōu)先級別，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、智能自動化控制系統(tǒng)在防洪水閘中運用價值（一）加強安全管理水閘智能自動化系統(tǒng)建設(shè)能夠提高安全管理質(zhì)量，在實際操作的過程中可能會在可能存在極端環(huán)境下的操作，而相關(guān)人員現(xiàn)場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、造價高、規(guī)模大；參與河道相關(guān)作業(yè)活動多、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)致在實際處理中可能難以實現(xiàn)無人值守。通過遠(yuǎn)程監(jiān)測方式確定水閘運行情況，得到相關(guān)運行數(shù)據(jù)，并且操作人員可以通過遠(yuǎn)程發(fā)布指令方式進行控制，能夠滿足控制要求，解決具體問題。在運行過程中，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，及時發(fā)出故障提醒，及時解決故障，實現(xiàn)對水閘的有效控制，降低風(fēng)險，節(jié)約資源。（二）完善監(jiān)控工作在現(xiàn)場操作中要充分地考慮自動化系統(tǒng)應(yīng)用價值，分析實際操作具體問題，還應(yīng)該間隔一段時間進行信息處理，分析運行情況，將所有數(shù)據(jù)記錄并打印出來，為運行管理提供依據(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。智能自動化系統(tǒng)的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)對每臺設(shè)備的跟蹤管理，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，及時解決故障。水閘自動化系統(tǒng)建設(shè)后可以通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對整個設(shè)備的有效控制，全過程跟蹤指令和管理，記錄相關(guān)信息，將所有數(shù)據(jù)匯總，這樣能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患等問題，及早排查解決故障問題，保證防洪水閘智能自動化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效率運行。（三）縮短操作時間水閘智能自動化系統(tǒng)能夠提高操作便捷性，縮短操作時間，這種操作方式反應(yīng)比較靈敏，傳統(tǒng)操作方式需要兩個人一組，逐一開啟，水閘閘門等全部開啟需要的時間比較長。而將自動化系統(tǒng)運用到水閘管理中，只需要一人操作就可以實現(xiàn)對水閘的有效控制，并且水閘基本可以采取無人值守方式，可以通過控制中心運行指令，實現(xiàn)對水閘的有效控制，值班人員只需要通過遠(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)用價值。（四）優(yōu)化管理模式水閘智能自動化系統(tǒng)能夠優(yōu)化管理，有效降低運行成本，實現(xiàn)無人值守，只需要合理的安排人員在數(shù)個水閘之間巡邏，就能夠保證所有工作的順利完成，具有實際應(yīng)用價值，最大限度的實現(xiàn)管理模式的有限優(yōu)化。三、智能自動化控制系統(tǒng)在水閘中應(yīng)用（一）開放化應(yīng)用水閘的智能自動化系統(tǒng)建設(shè)中要充分地考慮開放化需求，保證技術(shù)合理使用，保證與外界有良好的連接接口，加強工業(yè)以太網(wǎng)與外圍網(wǎng)絡(luò)連接的可靠。但同時也應(yīng)提高系統(tǒng)防火墻級別，設(shè)定各級管理員權(quán)限，加強系統(tǒng)保密功能，預(yù)防外圍惡意攻擊。這樣才能夠?qū)ν忾_放開放的同時，切實保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下，具有防汛調(diào)度、抗旱興利的實際應(yīng)用效果，體現(xiàn)技術(shù)的核心價值。（二）創(chuàng)新性應(yīng)用水閘智能自動化系統(tǒng)建設(shè)要與國家相關(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，進行不斷的創(chuàng)新，在水閘操作中可能存在一些不良問題，影響實際工作處理，這就需要不斷地通過對設(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，以滿足應(yīng)用要求，提高應(yīng)用價值。（三）通用化應(yīng)用水閘建設(shè)中要充分地考慮智能自動化系統(tǒng)的建設(shè)，要求提高其通用性，通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式實現(xiàn)管理效果的提升，并且還應(yīng)該進行正常的數(shù)據(jù)交換、輸出。在水閘管理中運用需要建立軟件管理平臺，在這個平臺上進行自動化操作提高管理質(zhì)量，并且可以結(jié)合具體信息進行處理，滿足防汛調(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，水閘智能自動化控制系統(tǒng)在水閘中運用能夠提高控制效果，并且能夠采取自動化技術(shù)開展控制工作，解決當(dāng)前存在的不足，并且能夠結(jié)合相關(guān)信息進行處理。水閘中運用智能自動化控制系統(tǒng)能夠提高應(yīng)用價值，滿足實際監(jiān)控要求，并且能夠降低運營成本，節(jié)約資源，具有良好推廣價值。智能自動化控制系統(tǒng)在水閘建設(shè)中運用可以提高設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量，按照自動化操作要求進行處理，加強對整個系統(tǒng)和設(shè)備的管理，實現(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)自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].浙江水利科技,2022,50（02）:79-82.[2]劉燦.水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(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)程啟閉自動化控制系統(tǒng)研究[J].自動化與儀器儀表,2018（08）:47-50.[4]陳龍.節(jié)制閘供配電系統(tǒng)及自動化控制系統(tǒng)設(shè)計探析[J].黑龍江水