施留

摘要：随着水利建设事业的不断发展，水闸电气设备的应用也越来越广泛。为了提高水利工程信息化管理水平，水闸电气控制中融入了更多的自动控制技术和信息化技术。文章探讨了水闸电气控制技术和水闸自动监控系统的要点。

关键词：水闸;电气控制;技术

水闸（sluice），是一种水工建筑物，修建于河（江）道、渠道或湖、海的出入水口，通过闸门的启闭可进行流量控制和水位调节。水闸由闸室及上、下游连接段组成，其中闸室是主体部分，装有闸门和启闭机等设备。按照SL 75-94《水闸管理规程》对水闸管理的要求，水闸的管理包括控制运用（水位、流量控制）、检查观测（水情、水流形态监视及水闸检查、水文观测）和养护修理。这些工作关系到水闸电气控制的有：①电源的控制;②闸门启闭的控制、测量、记录和报警;③启闭电机控制、保护和报警;④水位、流量的测量、记录和报警;⑤远程访问和控制。本文针对水闸电气控制的这些内容进行了分析和探讨。

1 水闸电气控制的主要内容

1.1 电源、输电线路的控制

电源、输电线路的控制是保障水闸各项用电的基础和重要环节，其控制要点如下：⑴变压器的控制。检查变压器安装位置、牢固程度，观测油号、油位是否正常及油箱有无渗油现象;另外变压器与各附件连接的导线外面要安装保护套管，防止漏电。⑵输电线路的控制。重点检测线路的老化程度、安全性能。⑶雷电设施的控制。为了避免电气设备受到雷击影响，必须安装防雷设施，并且加强监测[1]。

1.2 闸上照明的控制

闸上照明包括控制室照明、现地控制单元照明、启闭机照明和交通桥照明等，照明不仅是工作观察的需要，闸身照明在节日还有美化的作用，所以要对照明线路和设施进行检查和维护。为了便于安装、维护和检修，在每台启闭机或液压泵站附近应设置三相插座和单相插座。

1.3 电机控制

按照SL 381-2007《水利水電工程启闭机制造安装及验收规范》对闸门启闭机的分类方法，启闭机有固定卷扬式、螺杆式、液压式和移动式4种类型。

所有采用电动机驱动的启闭机都需要对电机进行控制，如控制它的启动、停止及对过载、断相、短路故障进行限制保护;对电机的电压、电流进行监测及过值报警;有自动监控要求的启闭机，还要对数据进行记录和传送。卷扬式、螺杆式和移动式启闭电机则需要控制转向，包括正转和反转方向的控制。

1.4 闸门控制

闸门控制是水闸电气控制的核心环节，不仅要控制闸门的开启、关闭，还要控制闸门开启或关闭的程度以及控制闸门的上、下限位。水闸由多个闸门组成时，还需要考虑各个闸门启闭的顺序。

按照闸门的控制地点分现地控制和远程控制。闸门控制的类型有分散控制和集中控制以及手动控制和自动控制等。

1.5 水位监测

水位监测数据既是水闸自动控制的基础，也是有关管理部门对水位进行调节和控制的依据。水位电气监测的方法是利用水位仪测量水位。水位仪由水位传感器、水位显示仪两部分组成，水位传感器检测到的数据经水位显示仪处理后显示出来。水位数据除了显示，还要具备记录、存储、查询和远送功能。

2 水闸的自动监控技术

2.1 水闸自动监控的意义

水闸自动监控不仅有利于闸门、泵站等工程的自动控制、自动监测，而且可实现闸门工况、水位数据、机电运行状态等各种信息数据的共享，使有关管理部门可以更及时、准确地把握水情，有利于水害的防治及对水资源进行统一管理、利用和监督[2]，同时也是实现水闸控制“无人值班，少人值守”运行管理模式的必然之选。

2.2 水闸自动监控的方法

水闸自动监控系统一般由闸门电气控制柜、PLC控制器、交换机、交流电动机、传感器和通讯系统等组成。传感器将收集到的现场信息如闸门开度、上下游水位等数据，上传至PLC控制器。PLC将数据处理后再传至操作屏和交换机，在操作屏上可以实时显示这些数据，同时数据经交换机传到监控主机上。

2.3 水闸视频监控

虽然传感器能够得到准确的闸门、水位等实时信息，但对于远程控制而言毕竟未身临现场，对实际情况难以了解清楚，所以自动监控系统一般都要配备视频监控装置。视频监控的对象是所有闸门、水闸的上下游、启闭机房等。视频监控设备应使用具变焦镜头、全方位云台的球摄像机及数字硬盘机、解码器、监视器等。视频监控信号经过处理后可传至监控主机，再上传到远程控制计算机和主管部门计算机上。

2.4 自动监控系统硬件的选用

闸位传感器是对闸门开度进行精确测量和控制的关键元件，其类型有模拟式和数字式，目前多用数字式闸位开度传感器。数字式闸位传感器又有计数式和直接编码式两种。计数式传感器主要是通过闸门转轴的角位移进行脉冲计数，数据输出格式是二进制、BCD码或者格雷码，但由于这种传感器掉电后数据会丢失，故不推荐选用。直接编码式传感器采用码盘、微动开关、光电器件测量转轴的角位移，掉电后数据不会丢失，是闸位传感器的首选。对于液压式启闭机，闸门开度的检测可使用磁致伸缩位移传感器测量液压缸活塞的行程，这种传感器有内置式和外置式两种，信号输出也有模拟式和数字式之分。内置式损坏后维修困难，一般应选用外置式。也可同时配置增量式位移传感器。闸位传感器经与闸门开度数显控制仪连接，就可以达到测量、显示闸门开度的目的。闸门开度数显控制仪应选用数字式智能闸高仪，能适应平板闸门、弧形闸门的控制。此外，用于闸门控制的还有荷重传感器。

水位传感器的类型很多，如接触式、压力式、浮子式，还有利用超声、微波、激光测距的。选择水位传感器的依据是测量精度、传感器行程及结构。水位测量显示仪的作用与闸门开度数显控制仪相似，与水位传感器相连可测量、显示水位。

采用PLC控制器时，闸位传感器、水位传感器、荷重传感器可通过RS485接口或数字输入接口与PLC通信。PLC控制单元由CPU模块、数字及模拟输入输出模块、以太网模块等组成。为了保证电源供应，还应配备UPS电源。

2.5 自动监控系统软件的设计

PLC控制器的软件可以使用模块化设计，可根据系统的划分方法分成多个模块，如采用数据管理、数据更新、图形处理、闸门监控、网络数据传输、搜索查询等子系统，可设计数据接收存储模块、系统安全管理模块、控制决策模块、闸门实时监测模块、数据统计查询模块、网络远程监控模块等软件模块。上位机监控软件可采用成熟的组态软件，以提高编程的效率。对PLC编程可实现对闸门的控制。

3 结束语

水闸电气控制的目的是准确、可靠地调节水位、控制水量及对水资源进行监控和管理。通过运用自动控制技术、计算机网络信息技术和传感器技术建立起水闸自动监控系统，可以实现更精确、稳定、安全、快速和灵活控制水闸的效果。

参考文献

[1]谭品忠.水闸电气设备控制探讨[J].北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2012