水利工程中闸门自动监控系统的设计研究

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发布时间：2021-08-17

资料介绍

随着科学的发展，我国水工建筑物建设的总体

技术得到了很大的提高，而水闸的建设更是没有丝

毫的懈怠。这主要是因为水闸在整个水工建筑物中

起着至关重要的作用，没有可靠的水闸，一切防洪、

抗灾都是纸上谈兵。然而，传统的人工管理水闸的

简单方法在很大程度上限制了水闸作用的发挥，造

成了人力、物力、财力的极大浪费。由此可见，改

造水闸的运行管理迫在眉睫，实施自动控制管理是

水闸管理的必然发展趋势。

随之出现的新型闸门自动监控系统能够执行

准确及时的数据采集并进行自动化控制。该系统集

现代通信技术、自动运行设备、计算机技术、自动

控制技术及现代测量技术等多种高新技术于一身，

实现了水情的自动检测与控制。水闸实行自动化管

理，从而大大解放了灌区、水库、水电厂、河道、

供水渠等地方的劳动力。该系统所涉及的闸门造型

从平板门到弧型门再到快速门，运行方式也不受限

制，具体有液压方式、卷扬机方式或螺杆方式。

西方一些国家早己在水库和电站的大、中型闸

门组运行中实现了库水位等的计算机自动监测及

闸门开关的自动控制。而我国在这方面起步晚，从

20世纪80年代才开始研究，通过引进西方不同的

RTU设备进行消化吸收，结合中国国情，开发出了

具有我国特色的自动监控闸门系统，并得到了我国

水利工作者的广泛认同Ⅱ 。

1 水闸自动监控系统的主要组件

1．1传感部件

在水闸自动监测系统中常用的测量传感器件

有闸位传感器、水位传感器以及对现场工况的测

量。闸位传感器又称闸门开度传感器(其原理很大

程度上与水位传感器相似)，根据输出信号的类型

不同可分为模拟式和数字式闸门开度传感器。早期

的模拟式闸门开度传感器一般以精密线绕多圈电

位器作为传感器件，将闸门启闭机滚筒的转动通过

传动装置引至电位器的旋转轴，在闸门启闭的过程

中电位器旋转轴跟着转动，使得电位器的动臂与某

一固定臂之间的阻值随着闸门的升降而变化。当在

电位器的两固定臂施加电压时，即可从动臂取走一

电位值。

通常，数字型的闸门传感器可以分为编码式的

和计数式的，在实际运用过程中主要是采用计数式

的，其原理是将启闭机的位移角进行数据化，然后

通过计数脉冲对位移角进行计数。记录脉冲的仪器

作者简介：段家贵(1970年一)，男，高级工程师。

·39·

水利技术监督 2014年第2期

可以由霍尔器件或者干簧管组成，在记录和保存时

都有电源支持，输出的数据格式一般是格雷码、BCD

码或二进制。

1．2信道

在闸群自动监控系统中，通信道是一个极其重

要的部分。因为通信道的可靠性、稳定性直接影响

到整个系统的工作，而且通常是系统里价格最为昂

贵的部分。系统通信网络主要用于闸控站与中心站

的通信，也包括闸控站之间或与水位站之间的通

信。通信链路种类可以是有线或无线的，常用的有

超短波、微波、光纤和电缆等瞳。通信方式一般采

用全集上应警方式，即可由中心站触发通信和闸控

站触发通信。

1．3远程控制单元

远程控制终端可以由各种各样的元器件或部

件组成。为了适应远程控制的需要，国内外一些研

究部门和生产厂家，将远程终端站的主要控制部件

组装在一起，称为远程控制单元，即RTU。RTU具

有工作可靠、性能稳定、功能齐全(并可选择)、

抗干扰能力强等一系列优点。

经过多年的改进提高，现在已有许多定型的、

性能优越的RTU面市。作为系统中单独运行的工作

站，远程控制单元通过本地控制和远程数据采集，

从而实现本地的控制。该单元能够出色地完成连锁

控制的任务，具体工作有前馈、反馈以及同时实现

调节的功能等。

在采集数据时，充当着远程数据通信单元的作

用，从而连接到本站与中心站或其他站之间的通信

和操作。远程控制单元中的模块有CPU单元、能存

储数据的输入／输出模块、通信接口模块以及与之

相关联的辅助设备，具体如通信机、收发天线、机

箱、电源等。在RTU的CPU中，需要事先下载执行

任务的程序，该程序编程语言可以采用Vi sual C++

等编写。

2 闸门自动监控系统的设计

2．1设计原则

闸门自动监控系统工作时，要求闸门收集信息

稳定，运行可靠，闸控及配电保护措施设计完善。

据以上特点及安全设计规范可知，自动化系统的设

计需要注意以下几点。

(1)以基本功能为基础前提，以设备的实用性

及可靠性为主，注重安全检测和安全监控，降低设

备运行的失误和障碍发生率。

·4O·

(2)闸门和配电室周围有各种不利于监控系统

的电磁干扰，在强电和雷电的干扰下，系统

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