浅析现代化技术在水闸工程运行管理中的应用

2014-04-07

水利建设与管理 2014年2期

(南京市三汊河河口闸管理处，南京 210036)

三汊河河口闸位于南京市秦淮河东支流三汊河河口入长江处。三汊河河口闸采用国内首创的“护镜门”型式，为创新型水闸工程。闸室为整体式大跨度钢筋混凝土坞式结构，顺水流方向长度为37m，垂直水流方向总宽度97m，共设两孔，单孔净宽40m，底板厚度2.5m，闸门高6.0m，每扇闸门自重为280t。三汊河河口闸工程在建成时即具有较高现代化水平，在近来年运行管理中，南京市三汊河河口闸管理单位进一步突出现代化技术应用，取得了显著效益，2009年通过国家一级水利工程管理考核验收，2012年通过复核验收。

1 计算机监控系统

1.1 监控对象

三汊河河口闸计算机监控系统的监控对象主要是闸门启闭，根据闸门运行工况自动控制2扇护镜门和12扇活动小门的操作，监视上下游水位和闸门开度，确保挡水、泄洪，同时可按预定或按值班人员意愿控制河道景观照明，采集、监视配电变压器温度及配电系统重要电气参数。

1.2 系统布置结构

计算机监控系统采用分层分布式结构，由主控级和现地单元控制级组成。现地单元控制级设置5套PLC，4套闸门控制PLC布置在闸门旁排架的启闭机房内，其中2套PLC分别控制2扇护镜门的启闭，另2套PLC分别控制2扇大门上的活动小门。左侧护镜门及其小门的2套PLC布置在左侧岸边的启闭机房内，右侧护镜门及其小门的2套PLC布置在右侧岸边的启闭机房内。1套PLC布置在控制室，作为景观照明系统的控制及采集监视配电系统的重要参数。现地单元控制级PLC采用Modbus现场总线方式实现与现场智能设备如变频器、多功能仪表、温控器等的通信。

现地单元控制级PLC与主控级的通信采用环型工业级光纤以太网。主控级设置2台互为冗余热备的监控主机、1台服务器。监控主机的所有控制命令通过工业级以太环网下达给各PLC，从而实现2扇大门和12扇小门的协联操作；现地各PLC实现对闸门开度、水位、限位开关、油温、油压、电磁阀位置等的采集和处理，接受主控级或现地命令，进行闸门启闭控制、同步调节，以及对所控设备进行故障监测，同时将有关信息实时上送主控级。主控级设备布置在管理区综合楼控制室内，监控主机、服务器、视频监视主机等设备通过工业级以太网交换机实现通信。

1.3 闸门吊点同步控制

由于每扇护镜门采用两台固定卷扬式启闭机启闭，每扇门两台启闭机之间无机械连接，吊点间可能不同步，产生行程差，对闸门结构造成危害，因此，每扇门两台启闭机进行同步控制。监控系统应配置变频器并根据闸门两吊点的行程差，调节两台卷扬式启闭机的转速，使行程差控制在2cm以内。

1.4 活动小门控制

两扇大门的12扇小门，采用各自单独的液压控制系统进行控制，在非汛期的大门全关时，可在中央控制室主控机上设定小门开启高程，在闸门现场形成壮观的人工瀑布效果。

2 安全监测自动化系统

2.1 建设背景与监测项目

三汊河河口闸闸址有深厚的淤泥质粉质黏土，地质条件极差，闸室采用大跨度整体式结构，整个结构受力复杂，设计要求较高。为解决深厚淤泥质黏土给工程带来的不利影响，设计单位在工程设计中采用了多项新技术以保证河口闸的安全。为了工程的安全监测需要，在三汊河河口闸设计布置了闸室及翼墙的垂直位移、闸室的水平位移、闸室底板的扬压力、闸室底板的基地土压力和灌注桩桩顶压力、闸室底板钢筋应力、底板的不均匀沉降、伸缩缝开合度、闸墩门支铰处的钢筋应力、护坡深层水平位移等监测项目。

2.2 自动监测系统功能与应用

为实现监测自动化，在三汊河河口闸工程设置了一套安全监测自动化系统，通过埋设于工程各部位的自动观测仪器，实现所有自动监测项目的测量、传输、分析工作的自动化，为及时掌握工程施工期、运行期的安全工况，提供现代化管理手段。系统包含自动采集、数据传输、数据储存和数据管理等几个部分。三汊河河口闸将数据采集装置设在启闭机房内，网络控制中心设在管理房内。数据采集装置与网络控制中心之间采用电话线或双绞线连接。该系统可以实现实时观测、定时观测，并能对测量成果进行浏览查询、图形曲线、报表输出、测值输入输出的功能，图文并茂、直观实用。

该系统为管理者及时掌握水闸运行工况提供极大方便，如：2012年江苏高邮地区地震、“海葵”台风后，对工程进行特别检查，管理单位通过该系统及时查调各安全监测数据，对地震、台风前后各安全监测数据进行比对分析，结合相关现场检查，较快、准确判定水闸安全状况。同时，该系统具备的历史数据对比分析、自动图表生成等功能，为管理者对年度测量资料汇编、分析提供了详实的数据支撑。

3 信息化系统

南京市三汊河河口闸管理单位信息管理系统(目前为一期建设)，是为了全面提升三汊河河口闸管理能力和信息化水平而实施的项目。旨在运用现代信息技术，对现有系统进行整合提升，建设数据库，实现内部协同办公和资源共享；开发相关应用系统，实现信息管理及处理的数字化、标准化、网络化、集成化、智能化；建设具有工程管理、水质监测管理、队伍建设管理、标准维护及法律法规管理等功能的水利信息管理系统。主要内容包括数据服务平台建设、综合业务办理平台建设、应用系统建设、运行硬件环境建设四部分。

3.1 三汊河河口闸工程管理系统

实现水闸实时监控、运行管理功能，以及水闸工程检查、观测、养护维修、服务考核相关运行管理工作网上运行的功能。

3.2 外秦淮河水体管理系统

自动记录管理单位设置在外秦淮河水体上各监测点每天的水质、水量数据，实现水文信息查询、巡查统计和水质评价；实现外秦淮河远程集中监控系统养护维修管理和服务考核网上运行的功能。

3.3 单位内部管理系统

物业管理，实现设备设施日常巡查记录的录入和查询，实现物业服务考核网上运行；人事管理，实现人事管理、法律法规管理等功能；管理移动办公，在Android平台上开发移动办公应用系统，通过该系统接入信息管理系统数据库，实现相关水位数据、水质数据、引江换水统计数据、外秦淮河每日水体巡查记录的综合查询与展示功能，同时，实现与市移动防汛平台的对接，并留有相应拓展接口。