金灣閘測壓管自動觀測系統方案與應用

(江蘇省江都水利工程管理處 江蘇 揚州 2250009)

金灣閘測壓管自動觀測系統方案與應用

劉兵

(江蘇省江都水利工程管理處江蘇揚州2250009)

隨著科技發展，自動化管理模式逐漸應用于水工建筑物維護、運行。本文設計了金灣閘測壓管自動觀測系統，應用該系統與人工觀測相比，觀測水位數據吻合，且測壓管自動觀測系統具有明顯提高工程效率的優勢，數據實時性進一步得到改觀，也避免了人工觀測數據帶來的重大誤差。該系統對工建筑物運行管理、安全檢測具有較好的推廣價值。

水閘；測壓管；自動觀測；應用

一、工程概況

金灣閘位于江蘇省揚州市，東郊與江都市交界處的金灣河，采用先進的二缸一門的立式油壓啟閉系統，閘底板采用分期澆筑混凝土連續反拱底板。金灣閘引進自動控制系統，采用分散采集控制、集中進行監視操作、通過遠程調度控制的結構。設備所涉及服務器、工控機和現場3臺PLC都直接用TCP/IP協議的以太網接口連接到局域網上。PLC利用RS—485接口與現場的閘門開度儀、水位計、現場的綜合智能儀表相互連接,采用Modbus通訊協議。

金灣閘共設置4個監測斷面，計8根測壓管。測壓管系統改造前主要采用人工方式觀測及人工數據處理，費時費力，測量精度低，不能滿足水閘安全監測自動化的要求。

二、金灣閘測壓管自動觀測系統

(一)系統設置思路

系統設置的目標系總體思路即完全滿足水閘測壓管水位自動化觀測為目標和總體思想，利用通信及計算機網絡、遠程自動控制、設置數據庫、技術手段，結合金灣閘測壓管特點，建設高效的、滿足國家標準的、實用準確的水位自動監測體系，以尋求達到“信息采集自動化、傳輸網絡化、管理數字化、決策科學化”的目標。

(二)主要工作內容

測壓管自動觀測系統主要工作包括以下內容：

1.觀測設備的采購、檢驗；

2.觀測基礎設施的安裝；

3.施工期及工程竣工至移交前觀測數據的采集；

4.施工期及工程竣工至移交前采集的觀測數據分析與處理。

(三)主要設備

測壓管系統主要設備見表1。

表1 測壓管系統主要設備表

(四)系統硬件安裝和軟件調試

1.設備安裝位置

系統的計算機監測工作站、UPS電源和網絡交換機機房設備安裝在原金灣閘閘門自動化控制系統的中控室內，與此同時，網絡系統又獨立于原閘門控制系統單獨運行。PLC控制箱安裝在配電房的西南角，其工作電源和網絡信號連至中控室，PLC采集單元的信號來之8組壓力傳感器。

系統與原有的金灣閘閘門自動化控制系統共享上、下游水位，并繪制各斷面上游水位、上游側測壓管水頭、下游側測壓管水頭和下游水位的斷面曲線圖和相關關系對照表，最終分析出水工建筑物的相關測壓管的成果。壓力式水位計在重水環境下容易積鈣，同時由于測壓管內的水體相對靜止，流動性差，礦物質含量較高，因此在監測系統中加設了供水管道，定期的向測壓管內注入自來水或河水來測量測壓管的靈敏度，并有利于測壓管和傳感器的保養，延長傳感器和測壓管的使用壽命。

2.管線敷設

現場傳感器的信號電纜采用RVVP-2*1.0，上游側經過水閘原有橋架經電纜溝敷設到配電房的PLC控制箱，共4路；下游側，在沿水閘公路橋的南側安裝150×100熱鍍鋅橋架，其中閘西首破路18m，并埋設65鍍鋅鋼管2路，其中一路用于敷設傳感器信號線纜，另一路用于安裝供水管道。下游側4路傳感器信號電纜通過橋架、管道和電纜溝敷設到PLC控制箱。在上游側和下游側各布設一路25PPR水路，并在西側交匯到電纜溝。

2.系統防雷

為使系統對雷電具有一定的防護性，供電電源采取兩級防雷保護措施，第一級采用原自動化系統提供的20kA電源避雷器，第二級采用防雷凈化電源。

供電線路采用電纜埋地引入機房，在入口處將電纜金屬保護層和加強鋼芯線與接地網連接，如電纜沒有金屬保護層則在電纜進入房間前將電纜穿入鋼管，鋼管兩端應與接地網連接。

三、系統應用與人工觀測

對四組測壓管及上下游水位進行了24h人工與系統連續同步觀測，采集數據實時記錄。

觀測結果表明：人工觀測與自動觀測數據進行擬合，曲線結果一致，水位受潮汐影響升降變化，測壓管內水位隨之升降變化，并有一定的滯后效應，這與測壓管理論曲線是相符的，同時系統可自動生成上、下游水位、各組測壓管上游側、下游側測壓管水頭斷面曲線圖、相關關系對照表，最終分析出水工建筑物的相關揚壓力的成果。根據每次滲流量連續觀測結果，可利用計算機分析研究滲流理論值與實測值的關系，分析滲透壓力、滲流量等的變化規律及趨勢，對工程的運行狀態進行評價。

四、結論

1.有利于提高水閘前后水位數據時效性，有利于為工程控制運用和維修加固提出初步意見，系統滿足金灣閘測壓管觀測要求，對于閘墩位移可提供有效數據進行評估。

2.人工觀測與測壓管自動觀測數據進行擬合分析，曲線結果一致，對于系統的引入提供了一定的試驗驗證。

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劉兵(1974.8-)，江蘇省江都水利工程管理處，大學本科，高級工，研究方向：水利生產運行和機電工程。