智能自动化控制系统在水闸中的应用概述

智能自动化控制系统在水闸中的应用概述

Summary：随着人类社会的发展，科学技术技的不断进步，人民生活水平的不断提高，当前社会对于水资源的利用要求不断提高，自动化程度的要求也越来越高，将智能自动化控制技术运用到水闸中，能够提高控制效果，满足当前的实际需要。本文是针对智能自动化控制系统在水闸中的设计和应用进行分析，希望能够建立更稳定、更智能、更安全、更可靠的水闸自动化控制系统，使水闸运行逐步实现无人值守，降低水闸运行管理费用，节约人力资源。Keys：智能自动化控制系统；水闸；运行管理；概述将智能自动化控制系统应用到水闸的控制系统中，能充分满足防洪调度、抗旱兴利等功能的控制要求。在信息化、网络化时代，需要充分地考虑智能化、自动化、无人值守等要求，逐步实现有限水资源的无限功能最大化。在实际运行管理中需要科学地、合理地建立适应当地防洪灌溉要求的水闸自动控制系统，提高水闸调度运行效率，并且还应结合运行管理的成本要求、资源利用率等进行分析，提高应用价值。一、水闸电气设备概述（一）工作原理水闸智能自动化系统运行原理是将现场各类传感器探测到的本地信息，经采集、数据化处理后传递给调度中心，调度中心结合各类数据信息，分类综合、实时发出防洪调度命令，本地控制室在接受调度命令后，进行数据转换，变成系统执行的开关命令，而执行命令后的完成情况，也能实时的反馈回调度中心，解决当前水闸运行中存在的问题、隐患，实现对水闸的有效控制。通过智能自动化控制方式，实现对水闸闸门启闭的操作，达到完全执行调度命令的运行目的。

水闸智能自动控制系统通过远程监控中心、本地控制室、就地操作平台来等实现对防洪水闸的智能化运行管理。水闸远程监控中心是系统的大脑，由计算机、显示设施、数据传输设备、数据采集设备等组成，为防汛、调度等工作人员实时、准确地发布防汛调度指令提供依据。水闸的本地控制室位于水闸管理现场，负责将本地水闸的设备运行信息、管理库区水位信息、闸门启闭情况进行数据化处理，向远程监控中心传输，并接收监控中心的调度命令，迅速反应，有效地执行相关指令，并实时向监控中心反馈指令执行情况。水闸就地操作平台是防汛指令的最终执行者，负责指令执行、数据采集、设备运行，分就地、远程、自动三种操作状态。如图（1）所示。（二）水闸设备的设计要求水闸智能自动化系统设计需要满足一定的应用要求：第一，需要符合远程操作和控制要求，远程操作信息执行、运行结果的信息应实时反馈到监控中心的监控屏幕。第二，水闸智能自动化系统设计中需要具有水位信息探测、各类功能设备均具有数据采集、监测报警等综合功能，用以实现对设备的有效控制，满足防洪水闸运行要求，同时应提高系统整体性能，满足系统的质量要求，充分保障防汛调度命令的执行、落实。第三，水闸智能自动化系统的运行需要保证可靠性和稳定性，水闸需要长期运行，一旦建成投入运行，需要可靠稳定的发挥水闸的防洪、调度及兴利要求，若是出现异常将会给水闸上下游造成不可估量的损失。因此，预警系统和必要的值班人员是不可或缺的。第四，水闸智能自动化控制系统设计、安装必需具备适用性强、操作程序简单、维修方便。第五，水闸智能自动化系统需要有多种电源应急备用，直流电源、柴油发电机等，以备不时之需。如图（2）所示.（三）水闸智能自动化系统建设概述1.系统结构水闸智能自动化系统功能强大，其规模庞大，节省运行管理资金，节约人力资源，在水闸防汛调度、抗旱兴利过程中有极具应用价值。防洪水闸自动化系统包括控制系统、监控系统、监测报警系统、网络系统、安全预警系统、照明系统等，这些系统相互协调、互补合作，以实现防洪调度、抗旱兴利等功能。(1)控制系统由高低压供配电系统、多级执行按钮、传感元件组成，在远程监控中心、本地控制室、就地操作平台均能够实现对系统闸门的操作控制。其图（2）

防洪水闸自动化系统图中供配电系统由高低压配电设备、各级开关模块、PLC编程器、动作电机、传感设施组成。多级执行按钮为远程操作开关、本地操作开关、就地操作开关组成，方便各级操作，又以就地操作指令优先于本地操作指令，本地操作指令优先于远程操作指令。传感元件以水位探测器监测为主，以宁乡市立新水闸为例说明：立新水闸为我市中型水闸，共有9套卷扬式平板闸门和一个滚水坝。此处设定兴利水位，以兴利水位为正常运行点，同时设置高低报警水位，正常运行以上设置三至五个探测点，每10CM设置一个（具体数量根据实际运行需要确定，有必要时可加设备用探测设备，提高系统运行的可靠性），水位以下设置两个探测点（每10CM设置一个），最高探测点为上限报警水位，最低探测点为下限报警水位。（2）监控中心应能实时了解各系统运行情况，并以实时的水位信息发布防洪调度指令。监控中心设备主要为计算机、传输设备、电源存储设备、电视屏幕等，方便各类信息的分类识别、综合处理、实时反应。所有防洪水闸的设备设施运行状态和上下游水位都能在电视屏幕上显示，方便防汛调度工作人员分析数据，综合处理，及时、准确地发出调度指令，调度指令的执行情况又必须实时向调度中心反馈，以方便事中监控、管理和以及事后调查。（3）监测报警系统主要为摄像头、存储设备、视频显示器、声光报警输出设备、数据打印设备等，能够实现对现场设备及水闸上下游水位信息进行全天候、全过程的监督处理，24小时连续进行监测、打印全部数据。对发现的设备故障、异常信息实时报警，及时处理，确保系统和设备安全运行，有效避免事故的发生。（4）安全预警系统有声光预警、安防探头、控制中心及机器人信息提示等。随着人民生活水平的提高，各类休闲方式的不断涌现，在水闸管理范围内钓鱼的现象有增无减。因此，每次在水闸闸门开启之前，预警设备的运行也就不可或缺。预警设备包括声光报警设备、机器人信息提示发送给相关管理人员群体。特别在无人值守的模式下，系统建成后，必须有一个试运行阶段。在试运行阶段，辅以人工喊话、人工操作，预警时间不少于10分钟；发现异常情况，及时暂停闸门提升设备的运行，使水闸周围人民群众熟悉智能自动化控制系统的运行程序，避免发生各类安全事故，确保人民群众的生命财产安全。

（5）照明系统分为照明灯具和照明控制系统，为在夜间操作和周围群众的生活便利，实时开启照明灯具，启动照明系统，保证运行管理、操作安全，过往群众的交通安全。同时可以保证视频摄像头具有一定的工作条件，满足照明要求。2.自动化流程水闸智能自动化系统运行可以按照既定参数、开机自检、全自动模式下进行操作，以宁乡市立新水闸为例说明：在正常运行点水位是，此时水闸闸门全关，另有滚水坝保持下游生态流量；在所有设备均位于自动运行状态，如水闸上游库区水位上升（设定每10CM为一个传感器探测点、3个探测点为例）上涨一个探测点即开启5号闸门50CM开度向下游泄水；如水位继续上涨，则可同时开启4、6号闸门以50CM开度泄水；如水位继续水位继续上涨，则可所有闸门全开（为防止水闸下游水位提高过快，闸门开启过程每100CM应稍微停顿5至10分钟，避免河床过度冲刷、为在河中活动的相关人员上岸创造条件）；如遇有闸门开启，水位下降至正常运行点以下，则可关闭闸门蓄水兴利。遇启动应急响应的特殊情况，视调度命令亦可远程或就地开启闸门设置开启闸门的孔数、开启闸门的开度。系统整体运行的过程中，可能会有设备发生故障（必要时探测设施、动作频率高的提升设备可增置备用运行装置，以备不时之需），应实时将设备的运行情况反馈至远程监控中心、本地控制室，并设置故障提示，这样能够实时了解设备运行情况，及时处理。3.控制模式水闸智能自动化控制系统的运行管理可以通过就地操作平台操作、本地控制室控制、远程控制中心操作等方式实现，因有特殊情况的发生，如设备故障、周围环境异常，需现场处理，应设定操作优先级别，就地控制优先于本地控制，本地控制优先于远程控制。二、智能自动化控制系统在防洪水闸中运用价值（一）加强安全管理水闸智能自动化系统建设能够提高安全管理质量，在实际操作的过程中可能会在可能存在极端环境下的操作，而相关人员现场操作安全隐患比较多，可能导致安全事故。防洪水闸的设备多、造价高、规模大；参与河道相关作业活动多、人员复杂、情况变化快；涉及地域广泛，河流流域内信息沟通有一定的局限性，导致在实际处理中可能难以实现无人值守。通过远程监测方式确定水闸运行情况，得到相关运行数据，并且操作人员可以通过远程发布指令方式进行控制，能够满足控制要求，解决具体问题。在运行过程中，能够及时发现问题，及时发出故障提醒，及时解决故障，实现对水闸的有效控制，降低风险，节约资源。（二）完善监控工作在现场操作中要充分地考虑自动化系统应用价值，分析实际操作具体问题，还应该间隔一段时间进行信息处理，分析运行情况，将所有数据记录并打印出来，为运行管理提供依据。传统采用人工记录方式工作量比较大，并且还可能会出现记录不规范、遗漏或是失误等情况，影响工作效率。智能自动化系统的建设能够实现对每台设备的跟踪管理，及时发现异常情况，及时解决故障。水闸自动化系统建设后可以通过监控系统实现对整个设备的有效控制，全过程跟踪指令和管理，记录相关信息，将所有数据汇总，这样能够及时发现设备存在的安全隐患等问题，及早排查解决故障问题，保证防洪水闸智能自动化系统的安全、稳定、高效率运行。（三）缩短操作时间水闸智能自动化系统能够提高操作便捷性，缩短操作时间，这种操作方式反应比较灵敏，传统操作方式需要两个人一组，逐一开启，水闸闸门等全部开启需要的时间比较长。而将自动化系统运用到水闸管理中，只需要一人操作就可以实现对水闸的有效控制，并且水闸基本可以采取无人值守方式，可以通过控制中心运行指令，实现对水闸的有效控制，值班人员只需要通过远程控制系统就能够对水闸操作设备有效控制，提高设备应用价值。（四）优化管理模式水闸智能自动化系统能够优化管理，有效降低运行成本，实现无人值守，只需要合理的安排人员在数个水闸之间巡逻，就能够保证所有工作的顺利完成，具有实际应用价值，最大限度的实现管理模式的有限优化。三、智能自动化控制系统在水闸中应用（一）开放化应用水闸的智能自动化系统建设中要充分地考虑开放化需求，保证技术合理使用，保证与外界有良好的连接接口，加强工业以太网与外围网络连接的可靠。但同时也应提高系统防火墙级别，设定各级管理员权限，加强系统保密功能，预防外围恶意攻击。这样才能够对外开放开放的同时，切实保证系统稳定运行的情况下，具有防汛调度、抗旱兴利的实际应用效果，体现技术的核心价值。（二）创新性应用水闸智能自动化系统建设要与国家相关规定结合，提高其创新能力，并且还应该不断提高科技含量。与管理职能相结合，进行不断的创新，在水闸操作中可能存在一些不良问题，影响实际工作处理，这就需要不断地通过对设备、技术和管理方式的更新，解决当前应用中存在的不足，以满足应用要求，提高应用价值。（三）通用化应用水闸建设中要充分地考虑智能自动化系统的建设，要求提高其通用性，通过网络结构优化方式实现管理效果的提升，并且还应该进行正常的数据交换、输出。在水闸管理中运用需要建立软件管理平台，在这个平台上进行自动化操作提高管理质量，并且可以结合具体信息进行处理，满足防汛调度、抗旱兴利要求，提高系统整体应用效率。结论：综上所述，水闸智能自动化控制系统在水闸中运用能够提高控制效果，并且能够采取自动化技术开展控制工作，解决当前存在的不足，并且能够结合相关信息进行处理。水闸中运用智能自动化控制系统能够提高应用价值，满足实际监控要求，并且能够降低运营成本，节约资源，具有良好推广价值。智能自动化控制系统在水闸建设中运用可以提高设备应用质量，按照自动化操作要求进行处理，加强对整个系统和设备的管理，实现水闸防汛调度、抗旱兴利功能。Reference：[1]陈明恩,金浪滨,林利通.浅析上浦闸灌区自动化控制系统的设计与应用[J].浙江水利科技,2022,50（02）:79-82.[2]刘灿.水闸自动化监控系统设计与应用探讨[J].江淮水利科技,2021（06）:47-48.[3]郭子君.拦河坝水闸远程启闭自动化控制系统研究[J].自动化与仪器仪表,2018（08）:47-50.[4]陈龙.节制闸供配电系统及自动化控制系统设计探析[J].黑龙江水