張全勝

(菏澤市東魚河流域管理處 274000)

為加快推進(jìn)自動化測控系統(tǒng)在菏澤市大型骨干河道節(jié)制閘上的應(yīng)用，提高水利工程管理水平，及時(shí)掌握水閘的運(yùn)行工況和河道水情數(shù)據(jù)，達(dá)到節(jié)制閘“無人值守、少人值守”的整體目標(biāo)，從2009年6月開始，菏澤市水利局陸續(xù)在市管河道上的毛張莊、楊店、于樓等6座節(jié)制閘上進(jìn)行了系統(tǒng)安裝調(diào)試，總投資180余萬元。通過實(shí)施水閘遠(yuǎn)程自動化測控可以使各級領(lǐng)導(dǎo)和水利工程管理部門隨時(shí)掌握水閘運(yùn)行工況，及時(shí)了解水情數(shù)據(jù)，提高水閘運(yùn)行調(diào)度的科學(xué)性、合理性，提高水利工程管理水平。

1 毛張莊閘基本概況

毛張莊閘位于巨野縣，1969～1972年，國家先后在四條干支流河道上興建了于樓一座大型節(jié)制閘和毛張莊、安興、趙樓、侯集、史莊、海頭、鄆魏樓、鄭營、劉莊、水堡、龍固、孫堂、坡劉莊等13座中型節(jié)制閘。這些節(jié)制閘建成后，閘前最大蓄水量達(dá)4040萬m3，年均供水量達(dá)到近2億m3，灌溉面積12萬hm2，保護(hù)著東明、定陶、鄄城、鄆城、巨野、牡丹區(qū)等6縣(區(qū))的28.73萬hm2耕地、鐵路和大量工礦企業(yè)及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前，菏澤市大中型節(jié)制閘都靠人工現(xiàn)場操作，運(yùn)行維護(hù)勞動強(qiáng)度大，人為干擾因素多;數(shù)據(jù)采集周期長，受人為因素影響誤差大，難以全面、及時(shí)地了解節(jié)制閘運(yùn)行工況。2011年7月，根據(jù)山東省水利廳要求，先后投資260多萬元對省試點(diǎn)毛張莊閘管所進(jìn)行改造，同時(shí)，加大對其他閘管所的投資力度和規(guī)范化管理力度，努力提高全市水利工程規(guī)范化、現(xiàn)代化管理水平。先后完成了楊店、馬莊、張衙門、于樓、毛張莊、徐寨閘等6座大中型節(jié)制閘的自動化測控系統(tǒng)的調(diào)研、設(shè)計(jì)、招標(biāo)、安裝、調(diào)試等工作，解決了螺桿啟閉機(jī)自動控制中出現(xiàn)的各種復(fù)雜問題，確保了水閘的安全運(yùn)行。

2 方案概述

本水閘自動化測控系統(tǒng)實(shí)施方案主要實(shí)現(xiàn)以下功能:

在市水利局建立節(jié)制閘信息管理系統(tǒng)，以現(xiàn)有的水利綜合信息化硬件平臺為基礎(chǔ)，建立節(jié)制閘自動化測控管理系統(tǒng)軟件平臺，實(shí)現(xiàn)對閘門水情、啟閉的全過程、全狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示，同時(shí)依靠計(jì)算機(jī)圖形顯示功能和歷史數(shù)據(jù)綜合分析功能，建立水位、流量、蓄水量之間的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)河道蓄水及閘門運(yùn)行調(diào)度管理功能。

在閘管所建立閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對閘門水情、啟閉的全過程、全狀態(tài)監(jiān)控，同時(shí)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)建立與水務(wù)局信息管理中心的通訊系統(tǒng)，將閘管所數(shù)據(jù)上傳至水利局信息管理中心。計(jì)算機(jī)監(jiān)控工作站具有清晰、完整的人機(jī)界面，并具有語音報(bào)警的功能。

閘門控制室設(shè)置PLC測控終端，通過工業(yè)以太網(wǎng)與閘管所計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制。另外，可以通過控制柜對閘門進(jìn)行自動操作，自動操作時(shí)可通過計(jì)算機(jī)或顯示屏設(shè)置控制參數(shù)，自動完成閘門啟閉的全過程控制。

在每孔閘門主軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，實(shí)現(xiàn)對閘門開度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，在卷揚(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩上安裝旁壓式荷重變送器，在螺桿式啟閉機(jī)底座上安裝拉壓式荷重傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測閘門荷重，避免因閘門卡住造成設(shè)備受力過大損壞;在閘門前后安裝超聲波液位計(jì)，將信號輸入PLC模擬量采集模塊，實(shí)現(xiàn)對閘前、閘后水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測;通過PLC數(shù)字量輸出模塊，控制啟閉機(jī)的啟停回路，實(shí)現(xiàn)對閘門啟閉機(jī)的上升、下降、停止的遠(yuǎn)程控制;通過計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程設(shè)定閘門的開度值，閘門啟閉運(yùn)行時(shí)，到達(dá)設(shè)定值后自動停止運(yùn)行;建立閘門前后水位差及開度與過閘流量之間的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)檢測到的水位、開度數(shù)據(jù)計(jì)算出閘門的實(shí)時(shí)過閘流量，進(jìn)行存儲和顯示;建立閘上水位與閘上游河道蓄水量的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)閘上水位計(jì)算出閘上河道實(shí)時(shí)蓄水量，進(jìn)行存儲和顯示。PLC實(shí)時(shí)檢測重要閘門啟閉機(jī)的運(yùn)行電流，并根據(jù)電流值進(jìn)行智能分析，判斷閘門的負(fù)荷狀態(tài)，保證閘門設(shè)備的運(yùn)行安全。

3 技術(shù)攻關(guān)情況

3.1 工作原理

工程采用分散控制、集中管理的控制方式，調(diào)度中心設(shè)在閘門管理所的中控室，下層設(shè)有PLC測控單元，底層設(shè)有閘門開度、荷重、水位、流量等檢測儀表。本工程由市水利局信息管理中心閘門管理綜合信息化軟件、毛張莊閘管所計(jì)算機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)和閘門現(xiàn)場測控PLC系統(tǒng)等組成。市水利局信息管理中心與閘管所計(jì)算機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，閘管所計(jì)算機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)與閘門現(xiàn)場測控PLC通過高速工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸，傳輸介質(zhì)為光纖。

3.2 系統(tǒng)配置及造價(jià)

系統(tǒng)配置設(shè)備、材料及元件明細(xì)見表1～表2。

表1 分 項(xiàng) 明 細(xì) 表

表2 材料、元件明細(xì)表

續(xù)表

3.3 技術(shù)攻關(guān)情況

在系統(tǒng)安裝調(diào)試過程中，解決了節(jié)制閘螺桿啟閉機(jī)控制中可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜問題，主要包括:閘門非正常制動問題，閘門啟閉過程故障自動診斷問題，閘門意外故障自動保護(hù)問題，水閘過流計(jì)算計(jì)量問題，信息傳輸?shù)谋Ｃ堋⒎栏蓴_、防病毒、防黑客問題，測控軟件與網(wǎng)絡(luò)的兼容性等問題。例如:為解決螺桿啟閉機(jī)啟閉過程中，可能因閘門非正常制動造成的螺桿頂彎、機(jī)架橋梁頂斷等問題，在國內(nèi)首次采用了螺桿受力自動檢測計(jì)量設(shè)備、啟閉機(jī)電機(jī)電流自動檢測設(shè)備和綜合智能分析技術(shù)等，大大提高了水閘控制的安全性、可靠性。

4 結(jié)語

螺桿啟閉機(jī)在關(guān)閉過程中，極易造成螺桿壓彎，甚至機(jī)架橋梁頂裂等嚴(yán)重事故，是自動控制的難點(diǎn)和禁區(qū)。水閘通過實(shí)施自動化遠(yuǎn)程測控可以使各級領(lǐng)導(dǎo)和水利工程管理部門隨時(shí)掌握水閘運(yùn)行工況，及時(shí)了解水情數(shù)據(jù)，提高水閘運(yùn)行調(diào)度的科學(xué)性、合理性，顯著提高水利工程管理效率及水平。毛張莊閘自動化改造的成功，標(biāo)志著水閘自動化控制技術(shù)提高到了一個(gè)新的高度，不僅為我市水閘改造節(jié)省了大量資金，也將為國內(nèi)外同類水閘自動化改造作出重要貢獻(xiàn)。