金湾闸测压管自动观测系统方案与应用

2017-09-15

福建质量管理 2017年13期

(江苏省江都水利工程管理处江苏扬州 2250009)

金湾闸测压管自动观测系统方案与应用

刘兵

(江苏省江都水利工程管理处江苏扬州2250009)

随着科技发展，自动化管理模式逐渐应用于水工建筑物维护、运行。本文设计了金湾闸测压管自动观测系统，应用该系统与人工观测相比，观测水位数据吻合，且测压管自动观测系统具有明显提高工程效率的优势，数据实时性进一步得到改观，也避免了人工观测数据带来的重大误差。该系统对工建筑物运行管理、安全检测具有较好的推广价值。

水闸；测压管；自动观测；应用

一、工程概况

金湾闸位于江苏省扬州市，东郊与江都市交界处的金湾河，采用先进的二缸一门的立式油压启闭系统，闸底板采用分期浇筑混凝土连续反拱底板。金湾闸引进自动控制系统，采用分散采集控制、集中进行监视操作、通过远程调度控制的结构。设备所涉及服务器、工控机和现场3台PLC都直接用TCP/IP协议的以太网接口连接到局域网上。PLC利用RS—485接口与现场的闸门开度仪、水位计、现场的综合智能仪表相互连接,采用Modbus通讯协议。

金湾闸共设置4个监测断面，计8根测压管。测压管系统改造前主要采用人工方式观测及人工数据处理，费时费力，测量精度低，不能满足水闸安全监测自动化的要求。

二、金湾闸测压管自动观测系统

(一)系统设置思路

系统设置的目标系总体思路即完全满足水闸测压管水位自动化观测为目标和总体思想，利用通信及计算机网络、远程自动控制、设置数据库、技术手段，结合金湾闸测压管特点，建设高效的、满足国家标准的、实用准确的水位自动监测体系，以寻求达到“信息采集自动化、传输网络化、管理数字化、决策科学化”的目标。

(二)主要工作内容

测压管自动观测系统主要工作包括以下内容：

1.观测设备的采购、检验；

2.观测基础设施的安装；

3.施工期及工程竣工至移交前观测数据的采集；

4.施工期及工程竣工至移交前采集的观测数据分析与处理。

(三)主要设备

测压管系统主要设备见表1。

表1 测压管系统主要设备表

(四)系统硬件安装和软件调试

1.设备安装位置

系统的计算机监测工作站、UPS电源和网络交换机机房设备安装在原金湾闸闸门自动化控制系统的中控室内，与此同时，网络系统又独立于原闸门控制系统单独运行。PLC控制箱安装在配电房的西南角，其工作电源和网络信号连至中控室，PLC采集单元的信号来之8组压力传感器。

系统与原有的金湾闸闸门自动化控制系统共享上、下游水位，并绘制各断面上游水位、上游侧测压管水头、下游侧测压管水头和下游水位的断面曲线图和相关关系对照表，最终分析出水工建筑物的相关测压管的成果。压力式水位计在重水环境下容易积钙，同时由于测压管内的水体相对静止，流动性差，矿物质含量较高，因此在监测系统中加设了供水管道，定期的向测压管内注入自来水或河水来测量测压管的灵敏度，并有利于测压管和传感器的保养，延长传感器和测压管的使用寿命。

2.管线敷设

现场传感器的信号电缆采用RVVP-2*1.0，上游侧经过水闸原有桥架经电缆沟敷设到配电房的PLC控制箱，共4路；下游侧，在沿水闸公路桥的南侧安装150×100热镀锌桥架，其中闸西首破路18m，并埋设65镀锌钢管2路，其中一路用于敷设传感器信号线缆，另一路用于安装供水管道。下游侧4路传感器信号电缆通过桥架、管道和电缆沟敷设到PLC控制箱。在上游侧和下游侧各布设一路25PPR水路，并在西侧交汇到电缆沟。

2.系统防雷

为使系统对雷电具有一定的防护性，供电电源采取两级防雷保护措施，第一级采用原自动化系统提供的20kA电源避雷器，第二级采用防雷净化电源。

供电线路采用电缆埋地引入机房，在入口处将电缆金属保护层和加强钢芯线与接地网连接，如电缆没有金属保护层则在电缆进入房间前将电缆穿入钢管，钢管两端应与接地网连接。

三、系统应用与人工观测

对四组测压管及上下游水位进行了24h人工与系统连续同步观测，采集数据实时记录。

观测结果表明：人工观测与自动观测数据进行拟合，曲线结果一致，水位受潮汐影响升降变化，测压管内水位随之升降变化，并有一定的滞后效应，这与测压管理论曲线是相符的，同时系统可自动生成上、下游水位、各组测压管上游侧、下游侧测压管水头断面曲线图、相关关系对照表，最终分析出水工建筑物的相关扬压力的成果。根据每次渗流量连续观测结果，可利用计算机分析研究渗流理论值与实测值的关系，分析渗透压力、渗流量等的变化规律及趋势，对工程的运行状态进行评价。