浅谈复新河节制闸扬压力监测系统问题处理

王建军 姚晓滨

一、节制闸工程概况

复新河水系包括复新河干、支流和独流入湖的东边河及入东边河的苏鲁边界河，总流域面积1925km2。复新河干流是苏、鲁两省的边界河，发源于安徽省砀山县废黄河堤北，流经丰县，至鱼台县西姚村南入南四湖，全长75km。座落于复新河上的复新河节制闸是山东省在南四湖入湖河口（距湖口约4km）兴建的第一座大型水闸，也是南四湖边界大型水利工程之一。该闸于1980年11月开工，1981年12月竣工，共23孔，孔口面积814.2m2。2004～2007年，淮委沂沭泗局对其进行了加固改造。

加固后的节制闸按照5年一遇排涝标准设计、20年一遇防洪标准校核，对应流量分别为586m3/s和1157m3/s。启闭机采用2×80-8m卷扬式平门启闭机，启门形式为动水启闭。该机具有机房控制、集中控制、数字显示启门高度等功能，满足将闸门提至50年一遇超标准洪水位37.36m之上的运行要求。

2005年增设的自动化监控系统，主要包含视频、闸门、扬压力计算机监控系统。扬压力计算机监控主要依靠复新河节制闸扬压力监测系统进行分析和处理。监测系统由系统监测中心和现地扬压力传感器以及采集监控装置组成。监控中心由监控工控机、监测设备、扬压力系统监测分析软件、计算机网络平台及应用软件组成。综合分析与评价专家系统和人工智能技术为决策提供了更加准确及时的依据。

二、监控系统结构及配置

监控系统由主控级和现地级设备组成。主控级的微机监控装置设置2套，一套放在左桥头堡二层配电室，另一套布置在闸管所控制室内；主控级设备由工控机、19"TFT彩显、打印机、键盘、鼠标、UPS、PLC（也称为管理PLC或公共PLC）柜、操作台组成；现地设备机旁箱包括PLC、触摸屏、有关非电量传感器等。整个监控系统数据通信方式采用RS485总线。

闸管所主控级计算机预设有RS232/485通信接口，以满足与上级管理部门进行数据通信的要求。为提高通信速率，建议增设8口以太网交换机，上位机、PLC柜中的PLC（其CPU换为1765-L35E）都挂于以太网，其通讯速率高达100Mbps。

三、闸门扬压力监测方法评价

1.人工监测扬压力方法评价

复新河节制闸在加固改造前，水闸扬压力观测方法为人工观测，主要依靠重锤和尺子进行测量并记录。人工观测方法的优点是观测设备简单，容易操作，系统不需要专业维护。其缺点为：一是靠人工观测，受到天气、人为等方面因素影响，导致人工观测记录存在一定误差；二是必须抽调专门人员去完成这项工作，30个扬压力监测点，一天24次测量、记录和做表，工作量很大；三是雷雨、冰雪天气情况增加了人工测量的难度，特别汛期天气情况一般比较恶劣，站在节制闸闸墩上进行人工观测和记录非常危险；四是积累的监测资料使数据查阅、对比非常麻烦。

2.集中控制室系统监测方法评价

增设自动化监控系统后，新的扬压力计算机监控系统平台硬件主要由前端采集系统和后台计算机组成，由设备自动完成对扬压力的采集、记录等工作，解决了人工监测容易出现的问题。整个监控系统分为集中控制室单元（计算机、液晶显示器、打印机、UPS等设备）和现地采集单元（现场扬压力传感器、扬压力采集仪器、网络传输系统）。通过实际运用总结其优点为：

（1）扬压力计算机监控系统自动完成了数据观测和记录，可减少人力资源配备，降低劳动强度。

（2）自动对采集数据进行分析，控制和查询数据采集单元的状态，对数据进行检验、在线评估、越限数据分析等，并生成Cryscal报表和SQL，自主编辑报表格式，实现实时及历史报表、班/日/月/季/年报并自由报表，同时进行数据库存档或打印。

（3）根据数据生成柱状图、过程图、相关图、立体图等图形，图形界面直观，便于分析和修正，提高了分析速度和准确性。

（4）利用监控分析中确定性模型和混合模型等传统模型，进行中短期预告测报。

（5）实现网络监测与分析。基层管理单位计算机监控系统局域网与上级调度中心局域网进行联网，并能把扬压力的实时数据、监测图表、分析结论等数据文件向上级调度中心（沂沭泗管理中心）传输，通过WEB浏览器实现实时监测、监视、监控，遇到问题专家组可通过网络进行实时分析和处理。

四、扬压力监测系统问题分析及处理

1.扬压力传感器失灵

扬压力传感器探头是精密设备，其精度易受泥沙水质等因素影响，长时间不维护会造成传感器腐蚀损坏，前端采集设备无法正确传输数据，导致计算机无法显示正确的扬压力数据，并且数据库采集工作也受到影响。

对此，工作人员应定期清洗传感头,避免扬压力探头应变片受到泥沙的污染。此外要密切观察采集精度，一旦后台设备采集数据受到影响要及时处理。

2.设备遭受雷击损坏

由于采集设备采用RS485（MODBUS）硬件总线结构，传输电缆暴露在室外，雷电极易直接击在线缆上造成线缆和设备损坏；另外扬压力传感器遭受雷击，易造成总线芯片损坏。对此在专业维护时，应采取以下措施：

（1）增加避雷措施，在附近增加避雷针，对电源进线增加避雷器。避雷器的接地非常重要,如果接地没有做好,就无法发挥作用。本设备要求接地地阻应小于4Ω，前端设备接地。

（2）电缆架空线改为埋地敷设，直埋敷设方式防雷效果最佳，采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设，保持钢管的电气连通，对防护电磁干扰和电磁感应非常有效。在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入，将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。

3.信息传输不畅

闸门启闭设备启动过程中由于启动电流过大，形成电磁干扰对扬压力通讯传输造成影响，导致得到的数据失真、波动。为了准确进行测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。

对此可采取以下措施：

（1）进行软件滤波、硬件滤波。软件滤波即是通过软件算法将数据进行适当处理，从而屏蔽掉噪声和干扰杂波信号，获得可用的真实数据，也可以说是通过程序处理的方式完成数据采集信号的处理。除了软件滤波之外，还可采用硬件电路实现滤波处理，常见的有RC方式滤波等。

（2）电缆布线。将动力电缆和采集电缆分为两个电缆槽重新进行铺设，两根电缆之间最近距离最少为30cm。

（3）对通讯电缆屏蔽两端重新接地，紧固松动点，对锈蚀点进行打磨镀锡。屏蔽接地应与系统的交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置，接地电阻定期测量不得大于1Ω