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        長(zhǎng)距離輸水工程調(diào)流閥噪聲監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2021-11-02 11:55:36楊旭前
        四川水利 2021年5期
        關(guān)鍵詞:大伙房分中心壓差

        楊旭前

        (遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司,沈陽(yáng),111000)

        引言

        大伙房水庫(kù)輸水工程是解決遼中南地區(qū)生活、生產(chǎn)用水的重要供水工程,該工程將遼寧東部地區(qū)富裕水資源輸配給遼寧中南部撫順、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、營(yíng)口、盤(pán)錦、大連7個(gè)城市的17座水廠(chǎng)[1]。工程全線(xiàn)共設(shè)置7個(gè)配水站,通過(guò)30個(gè)調(diào)流閥、兩百多個(gè)蝶閥進(jìn)行流量調(diào)控[2]。

        調(diào)流閥、蝶閥等閥門(mén)作為限制流量的開(kāi)關(guān)設(shè)備對(duì)人產(chǎn)生的最明顯的問(wèn)題之一就是噪聲,其中以調(diào)流閥產(chǎn)生的噪聲最為嚴(yán)重,最高可達(dá)140dB?!豆I(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定,每個(gè)工作日所接觸噪聲不得超過(guò)85dB[3]。同時(shí),調(diào)流閥噪聲和伴生的振動(dòng)還會(huì)影響閥門(mén)性能,并且會(huì)造成閥門(mén)本身鄰近管路及設(shè)備的疲勞,從而會(huì)降低其使用壽命,甚至可能導(dǎo)致安全事故發(fā)生[4]。因此,設(shè)計(jì)一種調(diào)流閥噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)控,不僅可以減少對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員帶來(lái)的健康危害,同時(shí)對(duì)延長(zhǎng)調(diào)流閥的使用壽命,確保輸水工程安全穩(wěn)定運(yùn)行都具有重要的意義。

        1 調(diào)流閥測(cè)噪系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        大伙房輸水工程調(diào)流閥測(cè)噪系統(tǒng)是一種全天候噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要由噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備(測(cè)噪儀)、數(shù)據(jù)采集與處理單元(PLC)、遠(yuǎn)程顯示終端(上位機(jī))、專(zhuān)用傳輸網(wǎng)絡(luò)等組成[5]。整個(gè)測(cè)噪系統(tǒng)可在無(wú)人看管的情況下自動(dòng)監(jiān)測(cè)調(diào)流閥噪聲,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將采集的噪聲數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示,同時(shí)可以通過(guò)上位機(jī)對(duì)閥門(mén)進(jìn)行調(diào)控來(lái)減少噪聲。本系統(tǒng)可以減少人到現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)帶來(lái)的健康危害。

        本工程調(diào)流閥測(cè)噪系統(tǒng)分為兩個(gè)監(jiān)控級(jí)別:分中心監(jiān)控級(jí)、總調(diào)度中心監(jiān)控級(jí)。各分中心負(fù)責(zé)收集與監(jiān)控本中心管轄范圍內(nèi)的調(diào)流閥噪聲數(shù)據(jù)。在各分中心每個(gè)調(diào)流閥附近安裝有測(cè)噪儀,負(fù)責(zé)自動(dòng)采集工程現(xiàn)場(chǎng)噪聲情況,并將采集的噪聲值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集與處理單元(PLC)。PLC將每個(gè)測(cè)噪儀采集的噪聲信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、匯總后傳送給各分中心上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示??傉{(diào)度中心負(fù)責(zé)監(jiān)控工程全線(xiàn)所有調(diào)流閥的噪聲值,總調(diào)度中心上位機(jī)通過(guò)專(zhuān)用以太網(wǎng)與各分中心PLC進(jìn)行通信,將各個(gè)分中心PLC傳輸過(guò)來(lái)的噪聲電信號(hào)還原為真實(shí)的噪聲信號(hào)加以顯示,并將還原的噪聲信號(hào)存在本地歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中方便日后查詢(xún)。大伙房輸水工程調(diào)流閥測(cè)噪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 調(diào)流閥測(cè)噪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1.2 系統(tǒng)配置

        本系統(tǒng)測(cè)噪儀選擇工業(yè)用積分式噪聲監(jiān)測(cè)儀,該測(cè)噪儀可以對(duì)周?chē)肼曔M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并將噪聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為4mA~20mA的電流信號(hào)進(jìn)行輸出。該測(cè)噪儀具有測(cè)量范圍廣、工業(yè)適用性好、體積小巧、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。大伙房輸水工程全線(xiàn)一共有30臺(tái)調(diào)流閥,因此整個(gè)系統(tǒng)一共配備30臺(tái)噪聲監(jiān)測(cè)儀,測(cè)噪儀安裝在每臺(tái)調(diào)流閥的水平方向1m處。

        采集與處理單元利用輸水工程現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)的Control Logix5000系列PLC讀取與處理噪聲監(jiān)測(cè)儀采集的電信號(hào)。ControlLogix控制系統(tǒng)是羅克韋爾公司的主流產(chǎn)品,具有可靠性高、指令集豐富、聯(lián)網(wǎng)通訊能力強(qiáng)、I/O模塊豐富、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)[6]。每個(gè)Control Logix控制器可以執(zhí)行多個(gè)控制任務(wù),因此,本系統(tǒng)利用工程現(xiàn)有PLC處理噪聲數(shù)據(jù)僅需配置I/O模塊即可,既實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能又達(dá)到節(jié)約成本的目的[7]。

        系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)分為三部分:①測(cè)噪儀器與分中心PLC之間采用通信線(xiàn)纜進(jìn)行通信;②PLC與分中心的上位機(jī)之間的通信方式采用AB公司的ControlNet總線(xiàn);③各分中心與調(diào)度中心之間通信采用以太網(wǎng)方式[8]。

        1.3 系統(tǒng)功能

        大伙房輸水工程調(diào)流閥測(cè)噪系統(tǒng)主要具備噪聲歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢(xún)、噪聲數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、噪聲信號(hào)越限與報(bào)警等功能。

        1.3.1 噪聲數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢(xún)

        經(jīng)PLC傳輸上來(lái)的噪聲數(shù)據(jù)會(huì)分別存儲(chǔ)于總調(diào)度中心與分中心的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器中,總調(diào)中心與各分中心可以查詢(xún)各自管轄范圍內(nèi)的調(diào)流閥噪聲數(shù)據(jù)[9]。SCADA系統(tǒng)上位機(jī)噪聲數(shù)據(jù)查詢(xún)方式分為曲線(xiàn)查詢(xún)和報(bào)表查詢(xún)。噪聲曲線(xiàn)可以直觀(guān)的評(píng)價(jià)某段時(shí)間內(nèi)的噪聲波動(dòng)情況,報(bào)表數(shù)據(jù)可以進(jìn)行Excel導(dǎo)出,可以用來(lái)分析某個(gè)閥門(mén)的噪聲情況便于日常閥門(mén)調(diào)度。報(bào)表查詢(xún)?nèi)鐖D2所示。

        圖2 調(diào)流閥噪聲數(shù)據(jù)報(bào)表查詢(xún)示意

        1.3.2 噪聲數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示與調(diào)整

        SCADA系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控界面可以顯示工程現(xiàn)場(chǎng)傳送上來(lái)調(diào)流閥噪聲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。值班人員通過(guò)該界面可以直觀(guān)地了解當(dāng)前工程現(xiàn)場(chǎng)的噪聲情況和當(dāng)前閥門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)。每個(gè)閥門(mén)的噪聲監(jiān)控界面都對(duì)應(yīng)有開(kāi)度調(diào)整按鈕。如果當(dāng)前閥門(mén)運(yùn)行噪聲高于某分貝值,說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不適合人長(zhǎng)時(shí)間工作或閥門(mén)處于不利運(yùn)行工況。因此,可以通過(guò)調(diào)整并列運(yùn)行的閥門(mén)開(kāi)度來(lái)改善噪聲情況。

        1.3.3 噪聲信號(hào)越限報(bào)警

        調(diào)流閥噪聲監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)配有噪聲越限語(yǔ)音與文字報(bào)警功能。該功能可以通過(guò)事先設(shè)定某個(gè)給定值,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)噪聲達(dá)到或超過(guò)這個(gè)給定值時(shí),上位機(jī)會(huì)在監(jiān)控界面上同時(shí)做出文字報(bào)警與語(yǔ)音報(bào)警。該功能夠使值班人員快速判斷某個(gè)閥門(mén)處于不利運(yùn)行工況,也可以避免值班人員因疏忽而遺漏對(duì)某個(gè)閥門(mén)的監(jiān)控。噪聲報(bào)警提示信息如圖3所示。

        圖3 噪聲監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警提示界面

        2 調(diào)流閥噪聲數(shù)據(jù)的應(yīng)用

        大伙房輸水工程安全運(yùn)行3400多天里已經(jīng)存儲(chǔ)了大量的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),結(jié)合調(diào)流閥噪聲監(jiān)控系統(tǒng)所存儲(chǔ)的噪聲數(shù)據(jù),工程運(yùn)行人員可以利用這些歷史數(shù)據(jù)分析當(dāng)前工程運(yùn)行概況、總結(jié)閥門(mén)運(yùn)行情況,優(yōu)化閥門(mén)的調(diào)度操控等。

        研究表明調(diào)流閥開(kāi)度跟其所產(chǎn)生的噪聲有一定的對(duì)應(yīng)該系,不同工況下的對(duì)應(yīng)關(guān)系又有所區(qū)別[12]。以大伙房輸水工程某一支線(xiàn)為例進(jìn)行分析不同工況下的噪聲與開(kāi)度的關(guān)系。該支線(xiàn)有兩臺(tái)調(diào)流閥并列運(yùn)行為某水廠(chǎng)供水。提取這兩臺(tái)調(diào)流閥近一年的噪聲、開(kāi)度數(shù)據(jù)和閥門(mén)前后的壓力數(shù)據(jù)。根據(jù)閥門(mén)前后不同的壓差把所提出的噪聲數(shù)據(jù)分為兩組(10m壓差、30m壓差),并在把同一開(kāi)度的所有噪聲數(shù)據(jù)取均值,經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真可以得出如下兩組開(kāi)度與噪聲關(guān)系曲線(xiàn)。如圖4、圖5所示。

        圖4 10m壓差下開(kāi)度噪聲關(guān)系曲線(xiàn)

        圖5 30m壓差下開(kāi)度噪聲關(guān)系曲線(xiàn)

        通過(guò)兩組曲線(xiàn)我們直觀(guān)的看到在開(kāi)度10%~60%區(qū)間時(shí),噪聲隨著開(kāi)度的變大分貝值增加明顯;而在開(kāi)度60%~70%時(shí)噪聲值處于一個(gè)較大值且變化不明顯;隨著開(kāi)度大于70%以后,噪聲又隨開(kāi)度增加有所下降。通過(guò)對(duì)比兩組曲線(xiàn)我們發(fā)現(xiàn),在不同壓差下,同一調(diào)流閥的最大噪聲值時(shí)不同的。壓差越大,調(diào)流閥產(chǎn)生的噪聲越大。10m壓差下該調(diào)流閥最大噪聲在84dB左右;而在30m壓差下調(diào)流閥的最大噪聲增加到91dB。

        由此可見(jiàn),為了控制現(xiàn)場(chǎng)工況處于一個(gè)低噪音情況,閥門(mén)應(yīng)該盡量在低壓差低開(kāi)度下運(yùn)行。因此,在流量調(diào)節(jié)時(shí)操作人員可以通過(guò)組合兩臺(tái)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)控噪音。

        3 總結(jié)

        調(diào)流閥噪聲監(jiān)控系統(tǒng)是基于大伙房水庫(kù)輸水工程實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及需求開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)自動(dòng)噪聲監(jiān)控平臺(tái),是對(duì)輸水工程現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)的有力補(bǔ)充。該系統(tǒng)自開(kāi)發(fā)投入運(yùn)行已多年,運(yùn)行實(shí)踐表明該系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控閥門(mén)噪聲、優(yōu)化閥門(mén)調(diào)度的作用效果明顯,減少了閥門(mén)噪聲對(duì)工程運(yùn)行人員帶來(lái)的傷害,保障了大伙房水庫(kù)輸水工程的穩(wěn)定運(yùn)行與閥門(mén)安全,值得相關(guān)工程借鑒與參考。該系統(tǒng)是基于現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)運(yùn)行的,跨平臺(tái)可移植性有所欠缺,目前該系統(tǒng)無(wú)法結(jié)合閥門(mén)噪聲情況進(jìn)行工況自動(dòng)調(diào)整,這些都將是今后新的研究方向。

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