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摘 要：水闸的防洪抢险、排涝抗旱、水资源调配等作用发挥，在水利行业自动化和信息化发展的影响下，从以往的人工操作，开始向自动化控制的模式转变，包括闸门计算机监视、安全监测、视频监视，是水闸自动化控制系统的主要内容。文章将围绕这些自动化控制系统内容，在了解系统方案设计原则的基础上，深入研讨系统方案设计的具体方法。
关键词：水闸；自动化；控制系统；设计
1. 水闸自动化控制系统方案设计原则
基于水闸的运行特征，以及对各种运行功能需求现状，水闸自动化控制系统的方案设计，要体现出系统的实用性、安全性、集成性、互操作性等优点，并以此作为系统设计原则：
1.1实用性原则
水闸运行环境的复杂性，乃至不同水闸运行的差异性，要求水闸自动化控制系统兼具较为全面的功能，在系统方案设计时，包括系统的控制功能、管理功能，都要以实用性为原则，综合考虑具体水闸的自动化控制需求，进而因地制宜地量身定制，而不要盲目引入所谓的新技术。
1.2安全性原则
水闸自动化控制系统，借助信息技术实现系统功能的操作，适时不排除系统之外非法入侵行为的危害，并造成不同程度的经济损失。因此除了需要保证系统功能的实用，还要确保系统不存在漏洞，方案设计时，建议参考冗余控制模式和容错控制模式等，这些模式对保障系统稳定和可靠，具有一定的帮助。
1.3集成性原则
水闸控制系统功能的复杂性，不同功能需要对应的一套子系统进行操作，而子系统之前可能处于相对独立的状态，但在实际操作时，可能集成同一界面上。关于集成性，事实上也是水闸自动化控制系统的功能之一，该功能通过监视平台的监视和管理，实现信息的共享和设备的协调，能够让操作者统筹兼顾整个系统操作状况。
1.4互操作性原则
水闸自动化系统开发，很多电气设备来自于开放性市场，在性能和性价比方面，可能参差不齐，并影响日后系统的维护和管理。为此，自动化控制系统方案，要考虑系统后期的扩展，在选择电气产品时，一定要考虑单件产品与系统其他元器件之间，是否有互操作的性能。
2. 水闸自动化控制系统方案设计的方法
在明确水闸自动化控制系统方案设计原则的基础上，笔者将重点研讨闸门计算机监视系统、安全监测系统、视频监测系统的开发研究，基于相关的系统开发设计经验，笔者提出以下几方面的建议措施：
2.1闸门计算机监视系统设计
闸门计算机监视控制系统，分为主控级和现地控制级，后者优先于前者，其中闸门中央控制室负责主控级的操作，一般设置在闸门管理处，属于闸门控制的核心，能够自动完成闸门数据管理和报表生成打印。而闸门启闭房负责现地控制级的操作，主设备是闸门的开度仪和荷重仪，操作方式常见的有触摸屏和按钮两种。在了解闸门计算机监视系统结构组成的基础上，开始进行系统的配置，笔者建议设置冗余关系的两套主控级操作员站，包括通讯工作站、网络交换机、数据服务器和打印机等设备，而现地控制系统，则推荐内嵌以太网口，并连接现地控制网，在每扇闸门上，设置1-2套现地控制单元和1套环网交换器。通过以上监控系统，除了能够采集和处理水位、闸门开度、闸门负荷、电量参数、启闭机工作状态等数据，还能够实时监控闸门启闭机等控制设备，这对于闸门极限位置连锁和误操作连锁等，起到良好的安全防护作用。至于系统软件的选用，主要有上位组态软件、数据库软件和其他编程、应用软件等。软件的应用，在开始运行后，进行闸门操作模式的选择，有单闸门开启模式、批闸门开启模式、最大负荷开启模式三种，其中单闸门开启模式，在选择闸门编号后，设定闸门开度和确定参数是否正确，如果参数显示正确，即可依次开启单扇闸门和下扇闸门；批闸门开启模式，在选择批闸数量后，设定闸门的开度和确定参数是否正确，如果参数正确，即可按照顺序开启批闸门；最大负荷开启模式，只需要确定参数正确后，就可以直接开启闸门。
2.2安全监测系统
水闸运行的安全性，以及是否影响周边建筑，需要进行不间断地安全监测。考虑到水闸的闸墩、翼墙、消力池、导流堤等位置，对水闸安全运行的影响最为直接，因此要作为安全监测系统的重点，主要监测的数据包括水闸的渗压、扬压力、土压力等，通过数据的分析，判断水闸各位置是否有异常情况。关于水闸安全监测系统的设计，笔者建议采用分布式的网络结构，将其划分为管理单元、采集单位、传感单元、通讯单位几个部分，系统要布置多台监测主机和数据服务器，并在待监测部位，安装渗压计、扬压计和土压计，通过配置有塔式服务器的计算机，采集、归类、处理和保存渗压计、扬压计、土压计提供的数据。以上单元中，数据采集单元最为重要，由16个采集模块组成，并通过标准的通讯接口与监测主机连接。至于系统软件的选用，主要有采集软件、整编软件和分析软件，采集软件负责采集单元的通讯数据收集，软件启动后，选择性应用单点测量、巡回测量和定时测量等方式，收集采集单元所监测到的数据，并查询是否存在异常监测数据；资料整编的软件，是在采集资料后，整编和维护各种数据，然后自动生成报表，并自动打印，为满足整编的需求，软件应具备查询、添加、删减、修改、查询、备份、恢复等基本功能；分析软件，用于分析水闸各监测部位的水平和竖向位移、压力水位和渗流量等，需有对应的数学模型辅助分析，最后同样能够自动生成报表。
2.3视频监测系统
视频监测系统，以直观的方式，观察水闸各功能的自动化运行情况，属于水闸自动化控制系统重要的辅助补充内容，其硬件设备包括摄像机、视频服务器、录像机、切换机、键盘和监视器。视频监测系统启动后，适时监测水闸上下游水位情况，以及启闭机房、闸门等设备的运行，在发现关键设备存在故障问题时，可根据视频监测系统提供的信息，予以及时排除。某水闸设置了一套一体化摄影机，用于监测上下游是否有漂浮物和船只，监测人员发现漂浮物或者船只危及水闸安全时，就能够发出报警。另外启闭机房、闸门和配电房和柴油机房等位置，都需要安装摄影机。视频监测系统自动化功能的实现，当前在国内尚属襁褓开发阶段，依然以人工监测为主，其中最主要的原因，笔者认为在于软件开发技术的滞后性，在此笔者建议引入其他工程领域中的视频监测技术，开发出兼具信息采集、分析、处理和报警功能一体的软件，以及搜集各种水闸安全运行数据的数据库，不断增加视频监控系统的支撑数据量，对所有视频监控设备的信息进行传输配置和网络调试，集中管理和控制视频信息的显示、回放、录像和云镜等，方可保证视频监测系统的实用高效性和安全可靠性。
3. 结束语
综上所述，水闸自动化控制系统的方案设计，要体现出系统的实用性、安全性、集成性、互操作性等原则，从闸门计算机监视系统、安全监测系统、视频监测系统三个方面展开设计。文章通过研究，基本明确了水闸自动化控制系统方案设计的方法，但考虑到不同水闸自动化控制需求和条件的差异性，以上方法在相关水闸工程中应用时，还需要结合具体水闸的自动化运行情况，进行补充和完善。
参考文献
[1]于强，张德宁. 浅谈宫家闸自动控制系统的应用[J]. 水利建设与管理，2013，（9）：74-76.
[2]叶建琴，袁长治.大中型水闸综合自动化系统[J].中国电子商务，2013，（8）：226.
[3]胡凯，张昱. 基于分布式控制算法的泵站水闸网络预测的研究[J].工业控制计算机，2013，（2）：63-64.
[4]宋春杰，王辉. 水闸自动化监控系统的组成及关键设计[J]. 科技资讯，2012，（17）：33-34.
关键词：水闸；自动化；控制系统；设计
1. 水闸自动化控制系统方案设计原则
基于水闸的运行特征，以及对各种运行功能需求现状，水闸自动化控制系统的方案设计，要体现出系统的实用性、安全性、集成性、互操作性等优点，并以此作为系统设计原则：
1.1实用性原则
水闸运行环境的复杂性，乃至不同水闸运行的差异性，要求水闸自动化控制系统兼具较为全面的功能，在系统方案设计时，包括系统的控制功能、管理功能，都要以实用性为原则，综合考虑具体水闸的自动化控制需求，进而因地制宜地量身定制，而不要盲目引入所谓的新技术。
1.2安全性原则
水闸自动化控制系统，借助信息技术实现系统功能的操作，适时不排除系统之外非法入侵行为的危害，并造成不同程度的经济损失。因此除了需要保证系统功能的实用，还要确保系统不存在漏洞，方案设计时，建议参考冗余控制模式和容错控制模式等，这些模式对保障系统稳定和可靠，具有一定的帮助。
1.3集成性原则
水闸控制系统功能的复杂性，不同功能需要对应的一套子系统进行操作，而子系统之前可能处于相对独立的状态，但在实际操作时，可能集成同一界面上。关于集成性，事实上也是水闸自动化控制系统的功能之一，该功能通过监视平台的监视和管理，实现信息的共享和设备的协调，能够让操作者统筹兼顾整个系统操作状况。
1.4互操作性原则
水闸自动化系统开发，很多电气设备来自于开放性市场，在性能和性价比方面，可能参差不齐，并影响日后系统的维护和管理。为此，自动化控制系统方案，要考虑系统后期的扩展，在选择电气产品时，一定要考虑单件产品与系统其他元器件之间，是否有互操作的性能。
2. 水闸自动化控制系统方案设计的方法
在明确水闸自动化控制系统方案设计原则的基础上，笔者将重点研讨闸门计算机监视系统、安全监测系统、视频监测系统的开发研究，基于相关的系统开发设计经验，笔者提出以下几方面的建议措施：
2.1闸门计算机监视系统设计
闸门计算机监视控制系统，分为主控级和现地控制级，后者优先于前者，其中闸门中央控制室负责主控级的操作，一般设置在闸门管理处，属于闸门控制的核心，能够自动完成闸门数据管理和报表生成打印。而闸门启闭房负责现地控制级的操作，主设备是闸门的开度仪和荷重仪，操作方式常见的有触摸屏和按钮两种。在了解闸门计算机监视系统结构组成的基础上，开始进行系统的配置，笔者建议设置冗余关系的两套主控级操作员站，包括通讯工作站、网络交换机、数据服务器和打印机等设备，而现地控制系统，则推荐内嵌以太网口，并连接现地控制网，在每扇闸门上，设置1-2套现地控制单元和1套环网交换器。通过以上监控系统，除了能够采集和处理水位、闸门开度、闸门负荷、电量参数、启闭机工作状态等数据，还能够实时监控闸门启闭机等控制设备，这对于闸门极限位置连锁和误操作连锁等，起到良好的安全防护作用。至于系统软件的选用，主要有上位组态软件、数据库软件和其他编程、应用软件等。软件的应用，在开始运行后，进行闸门操作模式的选择，有单闸门开启模式、批闸门开启模式、最大负荷开启模式三种，其中单闸门开启模式，在选择闸门编号后，设定闸门开度和确定参数是否正确，如果参数显示正确，即可依次开启单扇闸门和下扇闸门；批闸门开启模式，在选择批闸数量后，设定闸门的开度和确定参数是否正确，如果参数正确，即可按照顺序开启批闸门；最大负荷开启模式，只需要确定参数正确后，就可以直接开启闸门。
2.2安全监测系统
水闸运行的安全性，以及是否影响周边建筑，需要进行不间断地安全监测。考虑到水闸的闸墩、翼墙、消力池、导流堤等位置，对水闸安全运行的影响最为直接，因此要作为安全监测系统的重点，主要监测的数据包括水闸的渗压、扬压力、土压力等，通过数据的分析，判断水闸各位置是否有异常情况。关于水闸安全监测系统的设计，笔者建议采用分布式的网络结构，将其划分为管理单元、采集单位、传感单元、通讯单位几个部分，系统要布置多台监测主机和数据服务器，并在待监测部位，安装渗压计、扬压计和土压计，通过配置有塔式服务器的计算机，采集、归类、处理和保存渗压计、扬压计、土压计提供的数据。以上单元中，数据采集单元最为重要，由16个采集模块组成，并通过标准的通讯接口与监测主机连接。至于系统软件的选用，主要有采集软件、整编软件和分析软件，采集软件负责采集单元的通讯数据收集，软件启动后，选择性应用单点测量、巡回测量和定时测量等方式，收集采集单元所监测到的数据，并查询是否存在异常监测数据；资料整编的软件，是在采集资料后，整编和维护各种数据，然后自动生成报表，并自动打印，为满足整编的需求，软件应具备查询、添加、删减、修改、查询、备份、恢复等基本功能；分析软件，用于分析水闸各监测部位的水平和竖向位移、压力水位和渗流量等，需有对应的数学模型辅助分析，最后同样能够自动生成报表。
2.3视频监测系统
视频监测系统，以直观的方式，观察水闸各功能的自动化运行情况，属于水闸自动化控制系统重要的辅助补充内容，其硬件设备包括摄像机、视频服务器、录像机、切换机、键盘和监视器。视频监测系统启动后，适时监测水闸上下游水位情况，以及启闭机房、闸门等设备的运行，在发现关键设备存在故障问题时，可根据视频监测系统提供的信息，予以及时排除。某水闸设置了一套一体化摄影机，用于监测上下游是否有漂浮物和船只，监测人员发现漂浮物或者船只危及水闸安全时，就能够发出报警。另外启闭机房、闸门和配电房和柴油机房等位置，都需要安装摄影机。视频监测系统自动化功能的实现，当前在国内尚属襁褓开发阶段，依然以人工监测为主，其中最主要的原因，笔者认为在于软件开发技术的滞后性，在此笔者建议引入其他工程领域中的视频监测技术，开发出兼具信息采集、分析、处理和报警功能一体的软件，以及搜集各种水闸安全运行数据的数据库，不断增加视频监控系统的支撑数据量，对所有视频监控设备的信息进行传输配置和网络调试，集中管理和控制视频信息的显示、回放、录像和云镜等，方可保证视频监测系统的实用高效性和安全可靠性。
3. 结束语
综上所述，水闸自动化控制系统的方案设计，要体现出系统的实用性、安全性、集成性、互操作性等原则，从闸门计算机监视系统、安全监测系统、视频监测系统三个方面展开设计。文章通过研究，基本明确了水闸自动化控制系统方案设计的方法，但考虑到不同水闸自动化控制需求和条件的差异性，以上方法在相关水闸工程中应用时，还需要结合具体水闸的自动化运行情况，进行补充和完善。
参考文献
[1]于强，张德宁. 浅谈宫家闸自动控制系统的应用[J]. 水利建设与管理，2013，（9）：74-76.
[2]叶建琴，袁长治.大中型水闸综合自动化系统[J].中国电子商务，2013，（8）：226.
[3]胡凯，张昱. 基于分布式控制算法的泵站水闸网络预测的研究[J].工业控制计算机，2013，（2）：63-64.
[4]宋春杰，王辉. 水闸自动化监控系统的组成及关键设计[J]. 科技资讯，2012，（17）：33-34.