淺談復新河節制閘揚壓力監測系統問題處理

王建軍 姚曉濱

一、節制閘工程概況

復新河水系包括復新河干、支流和獨流入湖的東邊河及入東邊河的蘇魯邊界河，總流域面積1925km2。復新河干流是蘇、魯兩省的邊界河，發源于安徽省碭山縣廢黃河堤北，流經豐縣，至魚臺縣西姚村南入南四湖，全長75km。座落于復新河上的復新河節制閘是山東省在南四湖入湖河口（距湖口約4km）興建的第一座大型水閘，也是南四湖邊界大型水利工程之一。該閘于1980年11月開工，1981年12月竣工，共23孔，孔口面積814.2m2。2004～2007年，淮委沂沭泗局對其進行了加固改造。

加固后的節制閘按照5年一遇排澇標準設計、20年一遇防洪標準校核，對應流量分別為586m3/s和1157m3/s。啟閉機采用2×80-8m卷揚式平門啟閉機，啟門形式為動水啟閉。該機具有機房控制、集中控制、數字顯示啟門高度等功能，滿足將閘門提至50年一遇超標準洪水位37.36m之上的運行要求。

2005年增設的自動化監控系統，主要包含視頻、閘門、揚壓力計算機監控系統。揚壓力計算機監控主要依靠復新河節制閘揚壓力監測系統進行分析和處理。監測系統由系統監測中心和現地揚壓力傳感器以及采集監控裝置組成。監控中心由監控工控機、監測設備、揚壓力系統監測分析軟件、計算機網絡平臺及應用軟件組成。綜合分析與評價專家系統和人工智能技術為決策提供了更加準確及時的依據。

二、監控系統結構及配置

監控系統由主控級和現地級設備組成。主控級的微機監控裝置設置2套，一套放在左橋頭堡二層配電室，另一套布置在閘管所控制室內；主控級設備由工控機、19"TFT彩顯、打印機、鍵盤、鼠標、UPS、PLC（也稱為管理PLC或公共PLC）柜、操作臺組成；現地設備機旁箱包括PLC、觸摸屏、有關非電量傳感器等。整個監控系統數據通信方式采用RS485總線。

閘管所主控級計算機預設有RS232/485通信接口，以滿足與上級管理部門進行數據通信的要求。為提高通信速率，建議增設8口以太網交換機，上位機、PLC柜中的PLC（其CPU換為1765-L35E）都掛于以太網，其通訊速率高達100Mbps。

三、閘門揚壓力監測方法評價

1.人工監測揚壓力方法評價

復新河節制閘在加固改造前，水閘揚壓力觀測方法為人工觀測，主要依靠重錘和尺子進行測量并記錄。人工觀測方法的優點是觀測設備簡單，容易操作，系統不需要專業維護。其缺點為：一是靠人工觀測，受到天氣、人為等方面因素影響，導致人工觀測記錄存在一定誤差；二是必須抽調專門人員去完成這項工作，30個揚壓力監測點，一天24次測量、記錄和做表，工作量很大；三是雷雨、冰雪天氣情況增加了人工測量的難度，特別汛期天氣情況一般比較惡劣，站在節制閘閘墩上進行人工觀測和記錄非常危險；四是積累的監測資料使數據查閱、對比非常麻煩。

2.集中控制室系統監測方法評價

增設自動化監控系統后，新的揚壓力計算機監控系統平臺硬件主要由前端采集系統和后臺計算機組成，由設備自動完成對揚壓力的采集、記錄等工作，解決了人工監測容易出現的問題。整個監控系統分為集中控制室單元（計算機、液晶顯示器、打印機、UPS等設備）和現地采集單元（現場揚壓力傳感器、揚壓力采集儀器、網絡傳輸系統）。通過實際運用總結其優點為：

（1）揚壓力計算機監控系統自動完成了數據觀測和記錄，可減少人力資源配備，降低勞動強度。

（2）自動對采集數據進行分析，控制和查詢數據采集單元的狀態，對數據進行檢驗、在線評估、越限數據分析等，并生成Cryscal報表和SQL，自主編輯報表格式，實現實時及歷史報表、班/日/月/季/年報并自由報表，同時進行數據庫存檔或打印。

（3）根據數據生成柱狀圖、過程圖、相關圖、立體圖等圖形，圖形界面直觀，便于分析和修正，提高了分析速度和準確性。

（4）利用監控分析中確定性模型和混合模型等傳統模型，進行中短期預告測報。

（5）實現網絡監測與分析。基層管理單位計算機監控系統局域網與上級調度中心局域網進行聯網，并能把揚壓力的實時數據、監測圖表、分析結論等數據文件向上級調度中心（沂沭泗管理中心）傳輸，通過WEB瀏覽器實現實時監測、監視、監控，遇到問題專家組可通過網絡進行實時分析和處理。

四、揚壓力監測系統問題分析及處理

1.揚壓力傳感器失靈

揚壓力傳感器探頭是精密設備，其精度易受泥沙水質等因素影響，長時間不維護會造成傳感器腐蝕損壞，前端采集設備無法正確傳輸數據，導致計算機無法顯示正確的揚壓力數據，并且數據庫采集工作也受到影響。

對此，工作人員應定期清洗傳感頭,避免揚壓力探頭應變片受到泥沙的污染。此外要密切觀察采集精度，一旦后臺設備采集數據受到影響要及時處理。

2.設備遭受雷擊損壞

由于采集設備采用RS485（MODBUS）硬件總線結構，傳輸電纜暴露在室外，雷電極易直接擊在線纜上造成線纜和設備損壞；另外揚壓力傳感器遭受雷擊，易造成總線芯片損壞。對此在專業維護時，應采取以下措施：

（1）增加避雷措施，在附近增加避雷針，對電源進線增加避雷器。避雷器的接地非常重要,如果接地沒有做好,就無法發揮作用。本設備要求接地地阻應小于4Ω，前端設備接地。

（2）電纜架空線改為埋地敷設，直埋敷設方式防雷效果最佳，采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設，保持鋼管的電氣連通，對防護電磁干擾和電磁感應非常有效。在電纜進入終端和前端設備前穿金屬管埋地引入，將電纜金屬外皮、鋼管同防雷接地裝置相連。

3.信息傳輸不暢

閘門啟閉設備啟動過程中由于啟動電流過大，形成電磁干擾對揚壓力通訊傳輸造成影響，導致得到的數據失真、波動。為了準確進行測量和控制，必須消除被測信號中的噪聲和干擾。

對此可采取以下措施：

（1）進行軟件濾波、硬件濾波。軟件濾波即是通過軟件算法將數據進行適當處理，從而屏蔽掉噪聲和干擾雜波信號，獲得可用的真實數據，也可以說是通過程序處理的方式完成數據采集信號的處理。除了軟件濾波之外，還可采用硬件電路實現濾波處理，常見的有RC方式濾波等。

（2）電纜布線。將動力電纜和采集電纜分為兩個電纜槽重新進行鋪設，兩根電纜之間最近距離最少為30cm。

（3）對通訊電纜屏蔽兩端重新接地，緊固松動點，對銹蝕點進行打磨鍍錫。屏蔽接地應與系統的交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地共用一組接地裝置，接地電阻定期測量不得大于1Ω