菏泽市毛张庄闸自动化测控实施方案

张全胜

(菏泽市东鱼河流域管理处 274000)

为加快推进自动化测控系统在菏泽市大型骨干河道节制闸上的应用，提高水利工程管理水平，及时掌握水闸的运行工况和河道水情数据，达到节制闸“无人值守、少人值守”的整体目标，从2009年6月开始，菏泽市水利局陆续在市管河道上的毛张庄、杨店、于楼等6座节制闸上进行了系统安装调试，总投资180余万元。通过实施水闸远程自动化测控可以使各级领导和水利工程管理部门随时掌握水闸运行工况，及时了解水情数据，提高水闸运行调度的科学性、合理性，提高水利工程管理水平。

1 毛张庄闸基本概况

毛张庄闸位于巨野县，1969～1972年，国家先后在四条干支流河道上兴建了于楼一座大型节制闸和毛张庄、安兴、赵楼、侯集、史庄、海头、郓魏楼、郑营、刘庄、水堡、龙固、孙堂、坡刘庄等13座中型节制闸。这些节制闸建成后，闸前最大蓄水量达4040万m3，年均供水量达到近2亿m3，灌溉面积12万hm2，保护着东明、定陶、鄄城、郓城、巨野、牡丹区等6县(区)的28.73万hm2耕地、铁路和大量工矿企业及人民群众的生命财产安全。目前，菏泽市大中型节制闸都靠人工现场操作，运行维护劳动强度大，人为干扰因素多;数据采集周期长，受人为因素影响误差大，难以全面、及时地了解节制闸运行工况。2011年7月，根据山东省水利厅要求，先后投资260多万元对省试点毛张庄闸管所进行改造，同时，加大对其他闸管所的投资力度和规范化管理力度，努力提高全市水利工程规范化、现代化管理水平。先后完成了杨店、马庄、张衙门、于楼、毛张庄、徐寨闸等6座大中型节制闸的自动化测控系统的调研、设计、招标、安装、调试等工作，解决了螺杆启闭机自动控制中出现的各种复杂问题，确保了水闸的安全运行。

2 方案概述

本水闸自动化测控系统实施方案主要实现以下功能:

在市水利局建立节制闸信息管理系统，以现有的水利综合信息化硬件平台为基础，建立节制闸自动化测控管理系统软件平台，实现对闸门水情、启闭的全过程、全状态数据显示，同时依靠计算机图形显示功能和历史数据综合分析功能，建立水位、流量、蓄水量之间的数学模型，实现河道蓄水及闸门运行调度管理功能。

在闸管所建立闸门自动化监控系统，实现对闸门水情、启闭的全过程、全状态监控，同时通过GPRS网络建立与水务局信息管理中心的通讯系统，将闸管所数据上传至水利局信息管理中心。计算机监控工作站具有清晰、完整的人机界面，并具有语音报警的功能。

闸门控制室设置PLC测控终端，通过工业以太网与闸管所计算机进行数据通讯，实现计算机数据的采集和计算机的远程控制。另外，可以通过控制柜对闸门进行自动操作，自动操作时可通过计算机或显示屏设置控制参数，自动完成闸门启闭的全过程控制。

在每孔闸门主轴上安装旋转编码器，实现对闸门开度的实时监测，在卷扬式启闭机钢丝绳上安装旁压式荷重变送器，在螺杆式启闭机底座上安装拉压式荷重传感器，实时监测闸门荷重，避免因闸门卡住造成设备受力过大损坏;在闸门前后安装超声波液位计，将信号输入PLC模拟量采集模块，实现对闸前、闸后水位的实时监测;通过PLC数字量输出模块，控制启闭机的启停回路，实现对闸门启闭机的上升、下降、停止的远程控制;通过计算机通讯网络远程设定闸门的开度值，闸门启闭运行时，到达设定值后自动停止运行;建立闸门前后水位差及开度与过闸流量之间的数学模型，根据检测到的水位、开度数据计算出闸门的实时过闸流量，进行存储和显示;建立闸上水位与闸上游河道蓄水量的数学模型，并根据闸上水位计算出闸上河道实时蓄水量，进行存储和显示。PLC实时检测重要闸门启闭机的运行电流，并根据电流值进行智能分析，判断闸门的负荷状态，保证闸门设备的运行安全。

3 技术攻关情况

3.1 工作原理

工程采用分散控制、集中管理的控制方式，调度中心设在闸门管理所的中控室，下层设有PLC测控单元，底层设有闸门开度、荷重、水位、流量等检测仪表。本工程由市水利局信息管理中心闸门管理综合信息化软件、毛张庄闸管所计算机自动化监控系统和闸门现场测控PLC系统等组成。市水利局信息管理中心与闸管所计算机自动化监控系统通过GPRS通讯网络实现数据双向传输，闸管所计算机自动化监控系统与闸门现场测控PLC通过高速工业以太网进行数据双向传输，传输介质为光纤。

3.2 系统配置及造价

系统配置设备、材料及元件明细见表1～表2。

表1 分 项 明 细 表

表2 材料、元件明细表

续表

3.3 技术攻关情况

在系统安装调试过程中，解决了节制闸螺杆启闭机控制中可能出现的各种复杂问题，主要包括:闸门非正常制动问题，闸门启闭过程故障自动诊断问题，闸门意外故障自动保护问题，水闸过流计算计量问题，信息传输的保密、防干扰、防病毒、防黑客问题，测控软件与网络的兼容性等问题。例如:为解决螺杆启闭机启闭过程中，可能因闸门非正常制动造成的螺杆顶弯、机架桥梁顶断等问题，在国内首次采用了螺杆受力自动检测计量设备、启闭机电机电流自动检测设备和综合智能分析技术等，大大提高了水闸控制的安全性、可靠性。

4 结语

螺杆启闭机在关闭过程中，极易造成螺杆压弯，甚至机架桥梁顶裂等严重事故，是自动控制的难点和禁区。水闸通过实施自动化远程测控可以使各级领导和水利工程管理部门随时掌握水闸运行工况，及时了解水情数据，提高水闸运行调度的科学性、合理性，显著提高水利工程管理效率及水平。毛张庄闸自动化改造的成功，标志着水闸自动化控制技术提高到了一个新的高度，不仅为我市水闸改造节省了大量资金，也将为国内外同类水闸自动化改造作出重要贡献。