自動化系統在水閘工程應用中的問題與解決方法

翟 哲

（安徽省茨淮新河工程管理局，安徽蚌埠 233416）

科技的不斷發展，促使自動化技術得以完善并被應用于各領域中。水閘工程因其規模大、不利于管理等特點，更需注重自動化系統的打造與應用，以提高工程監管效率，減少工程監控人員日常工作量，并為工程穩定運行提供可靠監測數據支撐。對當前水閘工程中自動化系統應用情況進行分析，仍存在較多需完善的不足，對此，應采取科學處理措施，發揮自動化系統的監測、控制作用。

1 水閘工程自動化系統概述

水閘工程自動化系統就是依靠先進的自動化技術，打造出可用于全方位、遠程、實時監測、控制水閘運行狀態的可視化系統，可細分為兩類即自動化控制系統與自動化監測系統。從另一層面對工程自動化進行分析，也可將其理解為以計算機為輔助設備的一種管理手段，所執行的一系列管理工作均需在計算機技術以及硬件設備的幫助下進行。為水閘工程的運行工作設計出針對性的自動化系統，可以實現對閘門開閉狀態的遠程操控，還能自動判定閘門開啟與閉合狀態，以保證水閘開合程度確定的及時性、高效性、準確性，極大程度地減少人工作業量。若站在宏觀的角度研究水閘自動化系統，系統的建設與應用可大幅提升水閘管理質量與效率，確保水閘工程排澇、擋潮、泄洪功能的充分發揮。

2 自動化系統在水閘工程中應用的問題

2.1 系統運行穩定性較差

通過分析當前現有水閘工程運行情況，能夠發現大多數自動化系統的正常運行年限較短，且隨著運行時間的增加，系統故障越發頻繁，為保證水閘工程不間斷運作，便又采取人工形式執行水閘的開合工作。這一問題的存在，增大了水閘工程運行風險，且在穩定性大幅降低的情況下，自動化系統的設置與應用形同虛設。

2.2 系統運作實用性不高

大多數水閘工程建設在偏僻地區，且系統操作難度較大，對工作人員專業能力以及技術水平提出更為嚴苛的要求。當前，很多水閘工程中參與作業的管理人員、技術人員不具備較高的專業化水平以及緊急情況處理能力，無法有效、科學操作自動化系統，極大程度地影響水閘工程控制質量與效率。尤其是在系統故障時，忽視對其進行維修，致使自動化系統實用性受到制約。

2.3 監測數據缺乏精準性

盡管我國自動化技術不斷完善與發展，并被應用于各領域中，但在水閘工程建設方面，仍有著較大的應用與發展空間，無法發揮出自動化技術優勢。且受工程作業人員以及監測設備老化的影響，使得獲取的監測數據不具備較高的精準性，在缺乏可靠數據的支撐下，會增大自動化系統錯誤判斷水閘運行狀態的概率，并以錯誤信息為依據，自動發出相應的控制指令，致使水閘開合操控失誤。

自動化系統若沒有準確的監測數據作為支持，也會使系統監管功能受到影響，間接導致水閘工程運行功能的削弱，若不能及時發現并加以有效處理，還極易引發一系列安全事故，影響水閘工程運行效率的同時，威脅作業人員生命安全。對現階段水閘工程中自動化系統的應用情況進行研究，監測數據存在誤差問題主要體現在閘門荷載、滲壓、水位、水體流速等數據上。

3 解決水閘工程中自動化系統應用問題的可行措施

3.1 自動化系統不斷完善

在水閘工程中運行自動化系統時，應依托系統運行要求以及工程監管實際需求，對系統功能進行相應的改良與優化，同時，還需不斷完善泵站綜合管理、監督調度體系，實現水閘工程內部現有資源的全面整合。系統運行期間，若因長期未維護而出現老化問題，影響系統運行穩定性，則要求操作人員根據電子設備具體特征，著手于系統的優化與完善工作，針對無法使用的輔助性設備則需立即更換。以往很多水閘系統線路連接時使用的是ISDN 技術，但其穩定性較差，極易發生掉線問題，因此，各水閘工程便開始應用SDH 技術，既能夠保障自動化系統穩定性、可靠性運作，還可大幅增強監測數據準確性。此外，還需針對系統運行制定可行且科學的養護措施，也可設計自動養護系統，實現對運行故障的及時處理。

3.2 增強自動化系統實用性

為充分發揮自動化系統各項功能，使其實用性價值得以彰顯，就需注重對系統操作人員專業素質與技能的培訓，積極組織相應的培訓活動，使其了解、掌握系統正確操作程序。還要細致講解系統各類故障引發原因以及具體處理方法，以提高操作人員應急處理能力，確保系統連續性運作。采取資質審核模式，搭配科學的考核方式，設置合理考核標準，只有各項考核均合格的操作人員才能上崗，在豐富理論知識與高水平實踐能力的支撐下，增強系統操作可靠性、系統運行實用性，規避系統故障問題的發生，以保證系統監測、管理功能全面發揮。

3.3 確保監測數據準確

為保證所獲取的監測信息可靠與真實，能夠為水閘工程管理以及自動化系統調控提供可借鑒信息，就需加大對系統管理與維護力度，確保系統應用問題的及時發現與解決。開展運維管理工作時，應安排專業人員細致、全方位分析自動化系統運行實際情況，明確系統運行需求，制定出可行的管理方案。同時，還需將監測工作貫穿于水閘工程運行全過程中，及時匯總、整理監測數據，并生成相應的報告文件，做好報告的上報、存儲與備份工作，為各類應用問題根源的快速查找提供可靠保障。

對監測數據打造相應的數據庫系統與報表系統，建立起自動化系統與各系統之間的聯系，當自動化系統運行時，報表系統可以在線采集事件內容并在第一時間計算處理采集到的各項定時數據信息，再對所有運行數據、日志以及統計報表進行打印。自動化系統作業過程中，可以實時統計、處理水閘工程泄水量，反饋給數據庫系統，再由其對不同時段的泄水量進行整理，并篩選出有價值信息進行保存。

在此期間，數據庫系統可以對各類信息進行準確、實時記錄，比如參數越限信息、故障信息、事故信息等，還能夠全面、精細化統計水閘工程中所機械設備的運作信息，再將水閘開閘日期、操作信息、上游與下游水位信息、水體流速信息、水閘荷載信息等一同存儲于報表系統中，實現對各類監測數據的統一管理，為自動化系統運行管理、維護以及工程管控人員作業執行提供大量可視化數據信息支持。

但需注意的是采集到的所有監測數據均需利用在線自動化系統進行計算與處理，最終生成相應的日志、報表內容，再打印輸出。具體操作如下。

（1）統計泄水量數據時，可對時間段進行合理劃分，比如每月、每年分別執行一次統計工作，以保證數據保存合理性。

（2）統計記錄事件或故障問題時，也可按照每月、每年的節點進行，以此增強問題發生次數、具體情況等信息的直觀性，并做好數據存儲工作。

（3）對參數越限情況重點記錄，借助自動化系統，以每月、每年為參數邊界條件進行分析與記錄，再上傳至系統內部。

（4）可將水閘工程中各類設備運行時間視為運行條件、壽命與安全以及安全評估的依據，對數據庫系統中存儲的各類數據信息進行分析，主要包括水閘開啟時間信息、上游和下游水位信息、露天排水信息、操作人員基本信息等，還需對日報表、月報表進行打印。

4 自動化系統在水閘工程中的實際運用

4.1 安全監測系統

水閘運行的安全性以及對周邊建筑影響程度的控制均需在安全監測工作的保障下實現。由于水閘安全運行主要受閘墩、翼墻、消力池以及導流堤等位置的影響，因此，需將以上內容作為安全監測系統的重點，而監測對象分別為土壓力、揚壓力、水閘滲壓等，對系統采集到的各項監測數據進行分析，以此判斷水閘該位置的變化情況。而在設計水閘工程安全監測系統時，盡可能設計成分布式網絡結構，并細分為多個單元，包括通信單元、傳感單元、采集單元、管理單元等。

需配備多臺數據服務器以及監測主機，并在不同監測位置科學布設土壓計、揚壓計、滲壓計，再正確運行塔式服務器計算機，實現對不同儀器顯示數據的實時采集、歸類、處理與存儲。在眾多單元中，數據采集單元最為重要，在設計此單元時，需同時包含16個模塊，還應為不同模塊設置相應的通信窗口，以此有效連接監測主機。

選用軟件系統時，保證系統的多樣性，如采集軟件、分析軟件、整編軟件，以此賦予自動化安全監測系統更多功能。其中，數據采集軟件的功能是全過程采集單元中的通信數據，當系統運行時，則會自動根據水閘工程各設施具體位置以及重要性采用巡回測量、單點測量、定時測量等方式完成采集單元監測數據的收集，而系統運行人員只需對數據進行分析，明確閘墩、翼墻等是否有移位。

分析軟件工作內容是對水閘所有監測部位的水平、豎向位移情況以及壓力水位、滲流量數值進行分析，但在此期間，需打造相應的數字模型，以保證分析結論的準確性，工作結束時，系統能夠自動生成報表。資料整編軟件通常與采集軟件聯動運作，當資料收集完成后，由整編軟件對各項數據進行統一編輯與維護，并自動生成數據報表與打印。

4.2 視頻監測系統

視頻監測系統的建設與應用可以將水閘工程現場運行情況以直觀的方式呈現給系統操作人員，這一系統是水閘工程自動化監控系統最為重要的輔助性系統。系統硬件設備的主要構成有攝像機、錄像機、視頻服務器、監視器、切換機等。通過運行視頻監測系統，可幫助工程管理人員實時了解水閘上、下游水位情況，還可對工程各類設備運行狀態進行監控，如機房啟閉、閘門開合等，當發現重要設備存在故障問題時，工作人員可分析視頻監測系統獲取到的可視化信息，對設備故障進行排除。

比如，將一體化攝像機安裝于某水閘上，以全方位監測上下游是否存在在漂浮物與船只，若察覺其對水閘運行安全構成威脅，便可自動發出報警信號。此外，對于一些關鍵區域也需安裝攝像機，如柴油機房、配電房、啟閉機房等。當前，我國視頻監測系統自動化功能仍有較大完善、優化空間，主要原因是不具備較強的軟件開發技術水平。但為實現系統功能的充分發揮，就需注重視頻監測技術的合理運用，并在多元現代化技術的支撐下，設計出集數據采集、分析、處理以及自動報警功能為一體的軟件。

利用大數據技術，搭建可收集水閘安全運行信息的數據庫，為視頻監測系統的連續性運作提供可靠數據支撐。此外，對各類視頻監測信息進行傳輸配置與網絡調試，實現對視頻信息顯示、回放、錄像的集中管理與控制，促使系統實用性、可靠性、高效性得以增強。

4.3 自動控制系統

控制系統主要有3項基本功能，即數據采集、數據處理與控制調節。

（1）數據采集。實時、全過程采集水閘工程開關量、模擬量以及脈沖量等數據信息，其中，開關量數據可直接使用，而模擬量需利用變送器進行處理，將其轉換為標準4～20 mA 的電信號，再經過A/D 轉換、標度變化后才能上傳至控制系統中。

（2）數據處理。處理工作涉及到的內容有合理性校驗、上下限比較模擬量；實時掃描開關量；精準記錄并輸出模擬量超限，若數值過大，系統會自動發出報警；全方位統計處理以往采集到的重要數據信息，為水閘工程運行與維護管理工作的執行提供指導。

（3）控制與調節。水閘工程控制通常有兩種方式，即現場控制與主站控制，工程運作時需將控制模式調節為主站控制方式，這一工作的執行主體為中央控制室負責人。主站控制操作原理是將控制命令發送給現場控制單元，單元接收到相應的指令后，執行水閘工程主要設備及輔助性設備的控制工作。計算機控制系統可以自主更改對運行設備的控制方式，包括現場或遠程控制、手動與自動控制。其中，遠程控制系統組成有傳感器、控制屏、執行元件等，而執行元件的命令主要來自調度控制中心即中央控制室。由控制室發出指令，控制閘門啟動、閘門鎖定機構解鎖、閘門止水橡皮潤滑水投入與切除、水泵運行與停止等內容。

此外，自動控制系統還可執行報表統計工作，了解水閘工程各機組運行管理實際需求，由系統自動完成不同機組運行記錄表的設置工作。一般來說，報表統計內容包括機組開停機時間、機組流量、發電機電量與溫度值等，系統操作人員只需在相應的模塊中輸入想要查詢信息的起止時間，便可獲取到該時段機組運行情況的詳細數據，還能對所有機組歷史運行數據進行實時調取。同時，自動控制系統還具備自動診斷與冗余管理功能。當系統或某單元發生運行故障時，自動診斷程序便可在第一時間對故障內容進行判斷，并精準定位故障設備，為設備運維人員爭取更多操作時間。若主服務器出現故障，可在冗余管理功能的幫助下自動將控制權切換至備用服務器。

5 結束語

將自動化系統應用于水閘工程監測與管控作業中，能夠減少工作人員作業量，緩解其工作壓力，還可確保管控工作的科學性、準確性，并大幅提高作業效率。但為發揮出自動化系統應用價值，就需深入分析系統運作期間存在的問題，并加以解決，注重對系統操作人員專業技能的培訓，以此增強系統實用性，還需重視監控系統的優化與完善，賦予系統更多功能，以保證水閘工程良好運行。