閘門啟閉機自動化控制與監控研究設計

謝釗

摘 要：在水利工程中，對于水庫的控制工作的重點在于閘門是否能及時的開啟與關閉，而閘門的開啟與閉合主要有閘門啟閉機控制。為實現對閘門啟閉機的高效控制，可以通過計算機技術實現對閘門啟閉機的自動化控制與監控。本文將就其具體設計方案進行深入探析。

關鍵詞：計算機;自動控制監控;啟閉機;研究

隨著計算機技術的不斷成熟，閘門啟閉機的自動化控制與監控已經在大型水利工程中得以普遍的應用。這也有效地提升了大型水利工程施工效率與質量。但是，在小型湖泊及水電站的建設中，受條件的限制，這種方法并沒有得到全面的普及。因此，用針對閘門啟閉機自動化控制與監控進行進一步深入探究，使其更好的為優化水資源而服務。

一、閘門啟閉機的自動控制與監控系統要求

（一）功能完善、投資低

對于小型工程而言，對閘門的控制功能的要求并不高，只要能夠通過自動化控制與監控實現基礎的運動功能，滿足初步控制需求即可。因此，在保證功能完善的情況下，無需額外投入過多的資金。

（二）動作可靠，運行穩定

自動化控制系統的應用就是為了保證閘門啟閉機能夠高效、快速、穩定的工作。因此，控制系統應首先保證自身的穩定性及可靠性。這就要求在設計之初，確保其主控制器能夠穩定運行，同時確保傳輸網絡及執行機構的可靠性。

（三）結構簡單維護方便

在水利工程施工現場，進行閘門啟閉操作時，往往不能保證操作人員的專業性。因此，為了更方便其投入應用，應保證操作的簡單性，結構不要過于復雜，以便于工作人員使用、維護及保養。

二、控制方案的確定

（一）控制器的選擇

在閘口啟閉機控制器上，最常見的兩種選擇，一是利用PLC完成控制，二是利用單片機完成控制。但由于水利工程中，閘口啟閉機存在諸多輸入/輸出口。為了保證控制與監測的精準性，并且提高其便捷性，在控制器的選擇上，更加傾向于利用PLC完成控制。

（二）控制方案

在確定選擇利用PLC進行控制后，應圍繞其展開控制方案設計。控制方案的主要要求是要滿足閘門啟閉機在正式運行后對電氣控制的需求。而在控制方案中，PLC的意義在于有效地采集外部設備所傳達出的狀態信息，同時采集外界的模擬信號。另外，PLC.應做到結合實際情況完成設計優化，實現對啟閉機的實時控制，第一時間對其故障進行報警。除此之外，PLC在接受到現場紛雜的信息與信號后，應將其轉化為操縱指令，實現對閘門啟閉的控制。同時，PLC應實時監控閘門啟閉機的狀態，確保其運行過程中一直維持在安全、穩定的狀態。

三、系統設計

（一）系統構成

系統設計應保證在施工過程中，能夠遠程、實時的對閘門進行控制，并且保證對閘門狀態的實時監控。因此，本系統主要利用了CAN總線的方法進行各組件的連接，系統的組成部分主要包括：閘門、啟閉機、監控單元、集中控制中心。從功能層次上來說，系統主要由計算機監控層與控制層兩部分構成。計算機監控層的核心組成為計算機傳輸線纜;控制層的核心組成為PLC控制單元。

主控制器主要是對閘門啟閉機的開關進行控制，在檢測水位的同時采集相關設備的參數確保閘門的有效控制能夠按照設定的流程完成，另外，還保留了手工操作啟閉機的功能，這樣做是為了在設備遇到突發情況時，能夠及時的進行處理。通常情況下，主控級和單元控制級構成了控制系統的重要組成部分，在控制中心，主控級借助計算機完成對閘門和參數的控制與設定，單元控制級則負責對數據進行采集與判斷，響應主控制的控制指令。

（二）系統硬件電路設計

計算機、通信電纜、PLC以及執行機構是構成閘門啟閉機控制系統硬件的重要組成部分，作為整個控制原件的核心，PLC可編程邏輯控制器在整個系統中發揮中樞作用，PLC-繼電器-接觸器是比較典型的控制方案，這種方案既實現了對閘門啟閉機的控制，又能對閘門狀態進行監測，因此硬件上系統采用了12位格雷碼設計。

（三）系統軟件設計

在系統軟件設計上采用主態軟件的目的是為了實現對閘門啟閉機的直觀控制，由于組態軟件能夠直接設置在計算機上，因此處于監控中心的計算機便能夠對相關數據進行實時采集，監控中心能夠結合地面控制單元的指令做出相應的應答，及時滿足控制需求，使執行機構能夠進行有效控制，組態軟件能夠采集各個閘門的位置，采集閘門開光量以及閘門啟閉機保護和電源狀態，利用圖形化控制，使操作人員在使用過程中更加便捷。

四、系統功能實現

（一）系統控制功能

在閘門的系統控制上可以采用兩個方案，分別是手動控制和遠程自動化控制，作為整個控制系統的核心，控制中心在閘門啟閉機和狀態監測中發揮著重要作用，在對閘門進行遠程控制過程中，主控制器發揮了自身的優勢，使計算機與控制系統之間能夠實現信息傳遞，從而實現對系統的整體控制。

（二）監控功能

監控功能主要是單元控制模塊的傳感裝置發揮作用，正是因為有了這個傳感裝置的存在，控制中心才能對上游水位、設備狀態以及閘門狀態等進行實時監控，確保整個系統能夠在安全穩定的環境下運行。系統需要定期的對數據進行采集，確保數據的刷新有規律可循，這樣在遇到故障時，系統才能夠發出警報，并對故障進行診斷。

（三）系統的優先級與功能互鎖

轉換裝置的存在能夠讓系統實現現場和遠程控制工作狀態的切換，相對而言，系統的優先級在現場控制時最高，當開關的傳感器信號達到系統的上線閾值時，啟閉機的上升功能就會被鎖定，同樣道理，當開關的傳感器信號達到系統的下限閾值時，啟閉機的下降功能就會被鎖定，這是系統的功能互鎖，由于功能互鎖，系統的運行環境才更加安全。

五、總結

為了實現水資源的最優處理，必須采取有效措施控制閘門啟閉機的工作狀態，采用PLC對閘門啟閉機進行控制與監控，使其真正實現了智能化與自動化，為控制系統的穩定工作提供了有力保障。

參考文獻：

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