分层取水闸门实施自动化作业的控制策略研究

分层取水闸门实施自动化作业的控制策略研究

徐年根

身份证号：321020197109020914

摘要：针对我国多地在汛期对水库进行水库调度过程中，因闸门开启操作不当导致溢流污染河道，进而影响下游居民正常生活的现象。本文通过分析分层取水闸门的控制方式，提出了一种适用于分层取水闸门的自动化控制策略。该策略不仅解决了分层取水闸门开启操作不当造成溢流污染河道的问题，还实现了对不同流量级别溢流事件的实时监测。

关键词：取水闸门；自动化控制；溢流污染河道；水量监测

引言

我国大部分地区在汛期会对水库进行水库调度，以便拦蓄洪水、减少下游洪水灾害的发生。但由于水库水位与下游河道水位存在时间差，当水库水位升高时，会出现溢流现象，对下游河道造成污染。此外，由于我国大部分地区汛期降水集中在汛期内，所以对水库进行水库调度时，应根据降雨情况及时开启拦洪设施和泄洪设施，以保证下游的防洪安全。目前，我国很多地区已经在水库调度中引入了自动化技术。其中，分层取水闸门是一种常用于控制水量的闸门。其控制原理是利用水力学原理进行控制和调节的一种形式。通过分层取水闸门上安装的电子感应装置来实现对水位的实时监测，从而根据水量变化调整闸门的开启度和开闭时间，达到控制下游流量、降低水位的目的。

1分层取水闸门控制系统工作原理

分层取水闸门是一种可在不同水位下进行工作的闸门。在汛期时，水库水位和下游河道水位存在时间差，这就要求分层取水闸门能在短时间内根据水量的变化，根据需要开启不同的门槽来控制下游的流量。而要实现这一点，就必须通过安装在分层取水闸门上的电子感应装置来进行实时监测。电子感应装置是一种具有自锁功能的电磁式传感器。其内部线圈能够感应到外界电场能量的变化，然后将其转换为一个电信号，并通过一个与之相连的电磁铁来控制电磁阀的开关状态。当水头低于线圈时，电磁阀将关闭，此时通过闸门上的开度传感器来测量水流深度；当水头高于线圈时，电磁阀将打开，此时通过水位传感器来测量水位。这样便可在不打开闸门、不改变水头情况下控制水头高度，从而达到控制下游流量的目的。

同时，由于分层取水闸门上安装了电子感应装置，当有电流流过时会产生脉冲信号。分层取水闸门上的电子感应装置可对此信号进行捕捉并存储下来。当分层取水闸门在某一水位下工作时，系统会根据接收到的信号判断该闸门是否已被开启。若该闸门已被开启，则控制系统会发出相应指令来使闸门开启；若该闸门未被开启，则系统会发出警报并同时控制闸阀关闭以减少对下游水体的污染。

2控制方式

2.1进水量

进水是分层取水闸门运行过程中最重要的环节，其运行状态的好坏直接影响到分层取水闸门的正常运行。在分层取水闸门控制过程中，进水量大小决定了开启闸的位置。不同的进水量与对应的开启闸位置之间存在着一定联系，当进水量大于某一值时，开启闸位置会随之变化。在进水量小于某一值时，开启闸位置不会发生变化。进水时，控制中心根据水库水位传感器获取的数据对闸门开度进行判断，当水库水位低于某一数值时，启动水泵对闸门进行抽水，以实现分层取水闸门的正常运行。

2.2闸门开度

（1）根据水库进水量调节闸门开度，实现自动控制。在进水量达到某一值后，控制中心会根据实际进水量调节闸门开度。在PLC程序控制下，通过传感器获取进水量后，闸门开度调节至要求值，达到出水要求。

（3）当水库进水量较小时，利用水位传感器获取进水量后进行手动调节闸门开度。当水库进水量较小时，可通过PLC程序对闸门开度进行调节。

2.3开启时间

（1）对于进水量较大且水位较高的水库而言，自动化作业技术应充分考虑到进水量与闸门开度之间存在一定的关系。由于水位越高，水头损失越大，水闸的开启时间就会越长。因此，在进水量较大且水位较高时，应避免将闸门完全打开，而应预留一定的时间来应对突发情况。

（2）对于进水量较小、水位较低且进水量较少的水库而言，由于进水量小、水位低且进水时间短，因此可以利用自动控制技术来实现对闸门开度的调节。在控制系统中，PLC程序应根据水库水位以及进水量制定出闸门开度调节程序。当水库水位较低时，需要控制中心及时启动闸门控制系统；当水库水位较高时，则无需启动闸门控制系统。

3自动化控制策略

分层取水闸门在水库调度中起着至关重要的作用，因此对分层取水闸门的自动化控制策略进行研究具有重要意义。其中，水位监测系统是分层取水闸门自动控制系统的基础。该系统主要由传感器、无线传输设备和计算机等设备组成。其主要功能是实时监测水库水位，并将其数据通过无线传输方式传输到远程控制中心。远程控制中心通过对传感器数据进行处理，并结合实时水位、气象等多种信息，对水库调度进行控制。当水库水位上升时，远程控制中心可通过计算机屏幕显示当前水位情况，并根据实时水位确定下一时段的开闸时间。在闸门定时关闭控制系统中，当水库水位达到一定高度时，远程控制中心可根据实时水位情况确定下一时段的开闸时间，并将该时间段内闸门的开度设置为最大值。根据分层取水闸门在水库调度中的工作原理和特点可知，若想要实现分层取水闸门实施自动化作业的目的，就必须根据实时水位情况确定下一时段开闸时间和下闸时间。为了使该自动控制策略在实际应用中具有较高的可靠性和实用性，本文对其进行了改进和优化，使其能够在实际应用中达到良好的控制效果。

3.1设定不同水位级别的闸门开启状态

在水库调度过程中，需要根据水库的水位、流量及天气情况，在确定调度目标后，对取水口闸门的开启状态进行设定。具体设定方法如下：首先，根据取水口闸门的实际运行状况，以不同水位级别的取水口作为依据，确定其在不同水位级别下的开启状态。其次，确定每一种水位级别下的取水口的开启状态后，根据所设定的水位级别来确定各取水口在该水位级别下的具体开启状态。

3.2分层取水闸门实现自动化作业

在闸门运行过程中，其所需控制策略如下：首先，根据不同水位级别下取水口的具体开启状态来确定各分层取水闸门所需控制的开启状态。当取水口闸门所需开启状态确定后，可将分层取水闸门由下至上分为三层：第一层为最上层取水点，第二层为第二层取水点，第三层为第三层取水点。在该分层取水闸门开启操作中，当第一层取水点所需开启状态确定后，则可将该分层取水闸门下一层的第二层取水点作为该分层取水闸门的下一次开启状态。如此便可通过第一、二、三层取水点分别对应的上、中、下三个流量级别来完成取水作业。

3.3实现不同流量级别下自动化作业后对溢流事件进行实时监测

当该分层取水闸门在某一水位级别下完成自动化作业后，则可将该取水口下一次开启操作中所需关闭状态设定为“关闭”。如此便可通过实时监测各分层取水点的溢流事件来实现对溢流事件的实时监测。

结语

随着自动化技术的不断发展，基于物联网的数据采集与处理技术也得到了快速发展。本文基于物联网的数据采集与处理技术，提出了一种适用于分层取水闸门的自动化控制策略，实现了对分层取水闸门不同流量级别溢流事件的实时监测，同时也为类似问题的解决提供了一种新的思路。

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