菏澤市毛張莊閘自動化測控實施方案

張全勝

(菏澤市東魚河流域管理處 274000)

為加快推進自動化測控系統(tǒng)在菏澤市大型骨干河道節(jié)制閘上的應用，提高水利工程管理水平，及時掌握水閘的運行工況和河道水情數(shù)據(jù)，達到節(jié)制閘“無人值守、少人值守”的整體目標，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)制閘上進行了系統(tǒng)安裝調(diào)試，總投資180余萬元。通過實施水閘遠程自動化測控可以使各級領(lǐng)導和水利工程管理部門隨時掌握水閘運行工況，及時了解水情數(shù)據(jù)，提高水閘運行調(diào)度的科學性、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4040萬m3，年均供水量達到近2億m3，灌溉面積12萬hm2，保護著東明、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，運行維護勞動強度大，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、及時地了解節(jié)制閘運行工況。2011年7月，根據(jù)山東省水利廳要求，先后投資260多萬元對省試點毛張莊閘管所進行改造，同時，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、設計、招標、安裝、調(diào)試等工作，解決了螺桿啟閉機自動控制中出現(xiàn)的各種復雜問題，確保了水閘的安全運行。

2 方案概述

本水閘自動化測控系統(tǒng)實施方案主要實現(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，建立節(jié)制閘自動化測控管理系統(tǒng)軟件平臺，實現(xiàn)對閘門水情、啟閉的全過程、全狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示，同時依靠計算機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)學模型，實現(xiàn)河道蓄水及閘門運行調(diào)度管理功能。

在閘管所建立閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對閘門水情、啟閉的全過程、全狀態(tài)監(jiān)控，同時通過GPRS網(wǎng)絡建立與水務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。計算機監(jiān)控工作站具有清晰、完整的人機界面，并具有語音報警的功能。

閘門控制室設置PLC測控終端，通過工業(yè)以太網(wǎng)與閘管所計算機進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)計算機數(shù)據(jù)的采集和計算機的遠程控制。另外，可以通過控制柜對閘門進行自動操作，自動操作時可通過計算機或顯示屏設置控制參數(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，實現(xiàn)對閘門開度的實時監(jiān)測，在卷揚式啟閉機鋼絲繩上安裝旁壓式荷重變送器，在螺桿式啟閉機底座上安裝拉壓式荷重傳感器，實時監(jiān)測閘門荷重，避免因閘門卡住造成設備受力過大損壞;在閘門前后安裝超聲波液位計，將信號輸入PLC模擬量采集模塊，實現(xiàn)對閘前、閘后水位的實時監(jiān)測;通過PLC數(shù)字量輸出模塊，控制啟閉機的啟?；芈?，實現(xiàn)對閘門啟閉機的上升、下降、停止的遠程控制;通過計算機通訊網(wǎng)絡遠程設定閘門的開度值，閘門啟閉運行時，到達設定值后自動停止運行;建立閘門前后水位差及開度與過閘流量之間的數(shù)學模型，根據(jù)檢測到的水位、開度數(shù)據(jù)計算出閘門的實時過閘流量，進行存儲和顯示;建立閘上水位與閘上游河道蓄水量的數(shù)學模型，并根據(jù)閘上水位計算出閘上河道實時蓄水量，進行存儲和顯示。PLC實時檢測重要閘門啟閉機的運行電流，并根據(jù)電流值進行智能分析，判斷閘門的負荷狀態(tài)，保證閘門設備的運行安全。

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)度中心設在閘門管理所的中控室，下層設有PLC測控單元，底層設有閘門開度、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、毛張莊閘管所計算機自動化監(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算機自動化監(jiān)控系統(tǒng)通過GPRS通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，閘管所計算機自動化監(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

系統(tǒng)配置設備、材料及元件明細見表1～表2。

表1 分 項 明 細 表

表2 材料、元件明細表

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)制閘螺桿啟閉機控制中可能出現(xiàn)的各種復雜問題，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問題，水閘過流計算計量問題，信息傳輸?shù)谋Ｃ?、防干擾、防病毒、防黑客問題，測控軟件與網(wǎng)絡的兼容性等問題。例如:為解決螺桿啟閉機啟閉過程中，可能因閘門非正常制動造成的螺桿頂彎、機架橋梁頂斷等問題，在國內(nèi)首次采用了螺桿受力自動檢測計量設備、啟閉機電機電流自動檢測設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

螺桿啟閉機在關(guān)閉過程中，極易造成螺桿壓彎，甚至機架橋梁頂裂等嚴重事故，是自動控制的難點和禁區(qū)。水閘通過實施自動化遠程測控可以使各級領(lǐng)導和水利工程管理部門隨時掌握水閘運行工況，及時了解水情數(shù)據(jù)，提高水閘運行調(diào)度的科學性、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，標志著水閘自動化控制技術(shù)提高到了一個新的高度，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。