水闸自动监控系统的设计
目前，大多数中小水库的水闸开启与关闭仍为手动方式，这种方式的缺点是人为因素影响大。在突然大量降雨，尤其是发生洪水的前后，依靠手动操作水库水闸很难得到及时开启和关闭。这不仅影响水库堤坝的安全，而且大水过后因未能及时关闸而减少水库的蓄水。设计本水闸自动监控系统，旨在实施水库水闸自动开启和关闭的有效监控，从而保障水库堤坝安全和最大限度发挥水库的蓄水功能。
2 设计的基本要求
本水闸自动监控系统设计时基于以下基本要求：
1）本系统应可实施远距离监控。在水闸现场安装曳引电动机和水位信号检测探头，在较远距离的室内安装监控装置。
2）本系统须具有以下4个功能：自动检测水位信号的功能，自动控制水闸曳引电动机的功能，自动显示系统工作状态及水位状态的功能和自动报警的功能。
3）本系统运行时须具有较高的可靠性和稳定性。
4）由本系统制造的装置应结构简单、经久耐用、维修方便和造价较低。
5）本系统应适应三相交流电源，也适应单相交流电源。
3 设计的基本思想
3.1 技术方案若从满足本系统所具有的功能要求出发，则设计本系统有3种技术方案可供选择。一是由数字电子电|爱上考试网|路和模拟电子电路组成监控电路；二是由可编程序控制器组成监控电路；三是由微型计算机组成监控电路。由于后两者的设备结构复杂，对环境有一定的要求和购置设备的价格较高，因此，设计本系统电路时选定第一种技术方案。
3.2 电路组成为使本系统具有上述4个功能，本系统的电路应包括以下几个部分：水位信号检测部分、逻辑控制部分、系统工作状态和水位状态显示部分、报警部分、水闸曳引电动机主电路和控制电路部分及直流电源部分。其电路组成方框图如图1所示。
3.3 水位信号检测方法如何检测水位信号，这是设计本系统时需要重点解决的问题之一。目前，国内检测水位信号有3种方法，即浮力法、浮力重力法和浮力磁力法。浮力法是利用浮球检测水位，用浮球连杆作用于开关而使监控系统获取水位信号。浮力重力法是用浮球检测水位，用滑轮钢丝绳牵动的重砣作用于微动开关而使监控系统获取水位信号。浮力磁力法是用浮球检测水位，用安装于浮球上的磁铁作用于干簧管而使监控系统获取水位信号。由于上述方法存在设备投资较大，系统可靠性较差，设备维护修理不便且成本较高等缺点，设计本系统电路时不采用这些方法。本系统采用笔者最近研制成功的一种新型的水位信号探头装置检测水位信号。使用这种水位信号探头装置不仅可克服上述的主要缺点，而且具有原理先进、结构简单、性能稳定、工作可靠和水位控制距离大等优点。
3.4 简化水闸曳引电动机控制回路传统的电动机控制回路较为复杂。它不仅将交流接触器一些常开常闭辅助触头按一定的规律连接于其内，而且还要将起动按钮和停止按钮的常开和常闭触头连接于其内。这不仅使电路复杂，而且使系统工作的可靠性降低。本系统虽在水闸曳引电动机控制电路中使用交流接触器，但仅使用其主触头，不使用其任何辅助触头，也不连接起动和停止按钮的触头，使此电路变得十分简单，从而提高其工作的可靠性和稳定性。
3.5 远程监控为避免水闸现场室外环境对本系统工作可靠性和稳定性的影响，在水闸现场仅安装简单的水位信号探头装置、水闸曳引电动机及其主电路，而将本系统由大部分电路组成的装置安装于离水闸现场较远的室内，以提高系统的使用寿命、工作可靠性和稳定性。
4 电路原理及分析
水闸曳引电动机主电路及控制电路如图2所示。逻辑控制电路的电源电路如图3所示。本系统既可适应于三相交流电源，也可适应于单相交流电源。
以下分析本系统的工作情况。当工作方式选择开关置“自动”位置时，发光二极管发光指示系统当前处于自动工作状态。当水库泄水使库内水位降到所设定的低水位线时，水位探头可检测对应此水位的一个低电平信号。此信号使蜂鸣器鸣叫，以提醒水库管理人员注意。接着此信号经一个非门后，使三极管导通，从而使发光二极管发光指示低水位状态。然后这个信号又使三极管工作，继电器J1常开触点闭合，图2中交流接触器KM1线圈通电，KM1主触点闭合，水闸曳引电动机运转带动水闸下降。当水闸下降到完全关闭位置时，限位开关常开触点闭合，使继电器J1的常开触点复位，交流接触器KM1线圈失电，曳引电动机停转，水闸关闭完毕。同理，当水库内水位达到所设定的高水位，水库需要泄水时，水位探头可检测一个低电平信号。这个信号可使图2中继电器J2的常开触点闭合，使交流接触器KM2的线圈得电，使水闸曳引电动机运转而开启水闸。当水闸开启至所限位置时，限位开关常开触点闭合，继电器J2的常开触点复位，交流接触器KM2线圈失电，曳引电动机停转，水闸开启完毕。水闸开启过程中，系统同样具有状态显示和报警功能。当系统工作方式选择开关置“手动”位置时，系统处于手动工作状态。此时，可手动操作起动按钮和停止按钮使水闸进行开启和关闭运行。
5 电路装置及运行效果
笔者于1998年下半年将本水闸监控系统制成了一种监控器。此监控器的面板布置 如图4所示。面板上“↑↓”别表示系统处于手动工作状态时，使水闸上升和下降，它们分别由启动和停止按钮控制。面板上设置高水位、低水位、自动和电源指示灯，设置自动手动的扳把开关和控制电源的空气开关。
笔者于1998年下半年将此监控器安装于水闸现场进行实际运行。其结果表明，本系统监控可靠，性能稳定，能有效地发挥自动检测水位信号、自动控制水闸曳引电动机、自动显示系统工作状态和水位状态以及自动报警的功能，达到了设计的基本要求。
6 结束语
本水闸自动监控系统虽没有采用可编程序监控技术和微型计算机监控技术，但本系统以它特有的功能解决了水库水闸的监控问题。尤其是本系统装置的低成本价格优势，使这个系统具有一定的应用市场。
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