金灣閘測(cè)壓管自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)方案與應(yīng)用

(江蘇省江都水利工程管理處 江蘇 揚(yáng)州 2250009)

金灣閘測(cè)壓管自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)方案與應(yīng)用

劉兵

(江蘇省江都水利工程管理處江蘇揚(yáng)州2250009)

隨著科技發(fā)展，自動(dòng)化管理模式逐漸應(yīng)用于水工建筑物維護(hù)、運(yùn)行。本文設(shè)計(jì)了金灣閘測(cè)壓管自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)與人工觀測(cè)相比，觀測(cè)水位數(shù)據(jù)吻合，且測(cè)壓管自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)具有明顯提高工程效率的優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性進(jìn)一步得到改觀，也避免了人工觀測(cè)數(shù)據(jù)帶來(lái)的重大誤差。該系統(tǒng)對(duì)工建筑物運(yùn)行管理、安全檢測(cè)具有較好的推廣價(jià)值。

水閘；測(cè)壓管；自動(dòng)觀測(cè)；應(yīng)用

一、工程概況

金灣閘位于江蘇省揚(yáng)州市，東郊與江都市交界處的金灣河，采用先進(jìn)的二缸一門(mén)的立式油壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)，閘底板采用分期澆筑混凝土連續(xù)反拱底板。金灣閘引進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用分散采集控制、集中進(jìn)行監(jiān)視操作、通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)度控制的結(jié)構(gòu)。設(shè)備所涉及服務(wù)器、工控機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)3臺(tái)PLC都直接用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口連接到局域網(wǎng)上。PLC利用RS—485接口與現(xiàn)場(chǎng)的閘門(mén)開(kāi)度儀、水位計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)的綜合智能儀表相互連接,采用Modbus通訊協(xié)議。

金灣閘共設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，計(jì)8根測(cè)壓管。測(cè)壓管系統(tǒng)改造前主要采用人工方式觀測(cè)及人工數(shù)據(jù)處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)量精度低，不能滿足水閘安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的要求。

二、金灣閘測(cè)壓管自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)

(一)系統(tǒng)設(shè)置思路

系統(tǒng)設(shè)置的目標(biāo)系總體思路即完全滿足水閘測(cè)壓管水位自動(dòng)化觀測(cè)為目標(biāo)和總體思想，利用通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)、技術(shù)手段，結(jié)合金灣閘測(cè)壓管特點(diǎn)，建設(shè)高效的、滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的、實(shí)用準(zhǔn)確的水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系，以尋求達(dá)到“信息采集自動(dòng)化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、管理數(shù)字化、決策科學(xué)化”的目標(biāo)。

(二)主要工作內(nèi)容

測(cè)壓管自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)主要工作包括以下內(nèi)容：

1.觀測(cè)設(shè)備的采購(gòu)、檢驗(yàn)；

2.觀測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施的安裝；

3.施工期及工程竣工至移交前觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集；

4.施工期及工程竣工至移交前采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理。

(三)主要設(shè)備

測(cè)壓管系統(tǒng)主要設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 測(cè)壓管系統(tǒng)主要設(shè)備表

(四)系統(tǒng)硬件安裝和軟件調(diào)試

1.設(shè)備安裝位置

系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)工作站、UPS電源和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)機(jī)房設(shè)備安裝在原金灣閘閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的中控室內(nèi)，與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又獨(dú)立于原閘門(mén)控制系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行。PLC控制箱安裝在配電房的西南角，其工作電源和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)連至中控室，PLC采集單元的信號(hào)來(lái)之8組壓力傳感器。

系統(tǒng)與原有的金灣閘閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)共享上、下游水位，并繪制各斷面上游水位、上游側(cè)測(cè)壓管水頭、下游側(cè)測(cè)壓管水頭和下游水位的斷面曲線圖和相關(guān)關(guān)系對(duì)照表，最終分析出水工建筑物的相關(guān)測(cè)壓管的成果。壓力式水位計(jì)在重水環(huán)境下容易積鈣，同時(shí)由于測(cè)壓管內(nèi)的水體相對(duì)靜止，流動(dòng)性差，礦物質(zhì)含量較高，因此在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中加設(shè)了供水管道，定期的向測(cè)壓管內(nèi)注入自來(lái)水或河水來(lái)測(cè)量測(cè)壓管的靈敏度，并有利于測(cè)壓管和傳感器的保養(yǎng)，延長(zhǎng)傳感器和測(cè)壓管的使用壽命。

2.管線敷設(shè)

現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)電纜采用RVVP-2*1.0，上游側(cè)經(jīng)過(guò)水閘原有橋架經(jīng)電纜溝敷設(shè)到配電房的PLC控制箱，共4路；下游側(cè)，在沿水閘公路橋的南側(cè)安裝150×100熱鍍鋅橋架，其中閘西首破路18m，并埋設(shè)65鍍鋅鋼管2路，其中一路用于敷設(shè)傳感器信號(hào)線纜，另一路用于安裝供水管道。下游側(cè)4路傳感器信號(hào)電纜通過(guò)橋架、管道和電纜溝敷設(shè)到PLC控制箱。在上游側(cè)和下游側(cè)各布設(shè)一路25PPR水路，并在西側(cè)交匯到電纜溝。

2.系統(tǒng)防雷

為使系統(tǒng)對(duì)雷電具有一定的防護(hù)性，供電電源采取兩級(jí)防雷保護(hù)措施，第一級(jí)采用原自動(dòng)化系統(tǒng)提供的20kA電源避雷器，第二級(jí)采用防雷凈化電源。

供電線路采用電纜埋地引入機(jī)房，在入口處將電纜金屬保護(hù)層和加強(qiáng)鋼芯線與接地網(wǎng)連接，如電纜沒(méi)有金屬保護(hù)層則在電纜進(jìn)入房間前將電纜穿入鋼管，鋼管兩端應(yīng)與接地網(wǎng)連接。

三、系統(tǒng)應(yīng)用與人工觀測(cè)

對(duì)四組測(cè)壓管及上下游水位進(jìn)行了24h人工與系統(tǒng)連續(xù)同步觀測(cè)，采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄。

觀測(cè)結(jié)果表明：人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，曲線結(jié)果一致，水位受潮汐影響升降變化，測(cè)壓管內(nèi)水位隨之升降變化，并有一定的滯后效應(yīng)，這與測(cè)壓管理論曲線是相符的，同時(shí)系統(tǒng)可自動(dòng)生成上、下游水位、各組測(cè)壓管上游側(cè)、下游側(cè)測(cè)壓管水頭斷面曲線圖、相關(guān)關(guān)系對(duì)照表，最終分析出水工建筑物的相關(guān)揚(yáng)壓力的成果。根據(jù)每次滲流量連續(xù)觀測(cè)結(jié)果，可利用計(jì)算機(jī)分析研究滲流理論值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系，分析滲透壓力、滲流量等的變化規(guī)律及趨勢(shì)，對(duì)工程的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

四、結(jié)論

1.有利于提高水閘前后水位數(shù)據(jù)時(shí)效性，有利于為工程控制運(yùn)用和維修加固提出初步意見(jiàn)，系統(tǒng)滿足金灣閘測(cè)壓管觀測(cè)要求，對(duì)于閘墩位移可提供有效數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。

2.人工觀測(cè)與測(cè)壓管自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，曲線結(jié)果一致，對(duì)于系統(tǒng)的引入提供了一定的試驗(yàn)驗(yàn)證。

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劉兵(1974.8-)，江蘇省江都水利工程管理處，大學(xué)本科，高級(jí)工，研究方向：水利生產(chǎn)運(yùn)行和機(jī)電工程。