淺析現(xiàn)代化技術(shù)在水閘工程運(yùn)行管理中的應(yīng)用

(南京市三汊河河口閘管理處， 南京 210036)

三汊河河口閘位于南京市秦淮河?xùn)|支流三汊河河口入長(zhǎng)江處。三汊河河口閘采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的“護(hù)鏡門(mén)”型式，為創(chuàng)新型水閘工程。閘室為整體式大跨度鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為37m，垂直水流方向總寬度97m，共設(shè)兩孔，單孔凈寬40m，底板厚度2.5m，閘門(mén)高6.0m，每扇閘門(mén)自重為280t。三汊河河口閘工程在建成時(shí)即具有較高現(xiàn)代化水平，在近來(lái)年運(yùn)行管理中，南京市三汊河河口閘管理單位進(jìn)一步突出現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用，取得了顯著效益，2009年通過(guò)國(guó)家一級(jí)水利工程管理考核驗(yàn)收，2012年通過(guò)復(fù)核驗(yàn)收。

1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 監(jiān)控對(duì)象

三汊河河口閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象主要是閘門(mén)啟閉，根據(jù)閘門(mén)運(yùn)行工況自動(dòng)控制2扇護(hù)鏡門(mén)和12扇活動(dòng)小門(mén)的操作，監(jiān)視上下游水位和閘門(mén)開(kāi)度，確保擋水、泄洪，同時(shí)可按預(yù)定或按值班人員意愿控制河道景觀照明，采集、監(jiān)視配電變壓器溫度及配電系統(tǒng)重要電氣參數(shù)。

1.2 系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由主控級(jí)和現(xiàn)地單元控制級(jí)組成?，F(xiàn)地單元控制級(jí)設(shè)置5套PLC，4套閘門(mén)控制PLC布置在閘門(mén)旁排架的啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，其中2套PLC分別控制2扇護(hù)鏡門(mén)的啟閉，另2套PLC分別控制2扇大門(mén)上的活動(dòng)小門(mén)。左側(cè)護(hù)鏡門(mén)及其小門(mén)的2套PLC布置在左側(cè)岸邊的啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，右側(cè)護(hù)鏡門(mén)及其小門(mén)的2套PLC布置在右側(cè)岸邊的啟閉機(jī)房?jī)?nèi)。1套PLC布置在控制室，作為景觀照明系統(tǒng)的控制及采集監(jiān)視配電系統(tǒng)的重要參數(shù)?，F(xiàn)地單元控制級(jí)PLC采用Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線方式實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備如變頻器、多功能儀表、溫控器等的通信。

現(xiàn)地單元控制級(jí)PLC與主控級(jí)的通信采用環(huán)型工業(yè)級(jí)光纖以太網(wǎng)。主控級(jí)設(shè)置2臺(tái)互為冗余熱備的監(jiān)控主機(jī)、1臺(tái)服務(wù)器。監(jiān)控主機(jī)的所有控制命令通過(guò)工業(yè)級(jí)以太環(huán)網(wǎng)下達(dá)給各PLC，從而實(shí)現(xiàn)2扇大門(mén)和12扇小門(mén)的協(xié)聯(lián)操作；現(xiàn)地各PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)開(kāi)度、水位、限位開(kāi)關(guān)、油溫、油壓、電磁閥位置等的采集和處理，接受主控級(jí)或現(xiàn)地命令，進(jìn)行閘門(mén)啟閉控制、同步調(diào)節(jié)，以及對(duì)所控設(shè)備進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)，同時(shí)將有關(guān)信息實(shí)時(shí)上送主控級(jí)。主控級(jí)設(shè)備布置在管理區(qū)綜合樓控制室內(nèi)，監(jiān)控主機(jī)、服務(wù)器、視頻監(jiān)視主機(jī)等設(shè)備通過(guò)工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。

1.3 閘門(mén)吊點(diǎn)同步控制

由于每扇護(hù)鏡門(mén)采用兩臺(tái)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉，每扇門(mén)兩臺(tái)啟閉機(jī)之間無(wú)機(jī)械連接，吊點(diǎn)間可能不同步，產(chǎn)生行程差，對(duì)閘門(mén)結(jié)構(gòu)造成危害，因此，每扇門(mén)兩臺(tái)啟閉機(jī)進(jìn)行同步控制。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)配置變頻器并根據(jù)閘門(mén)兩吊點(diǎn)的行程差，調(diào)節(jié)兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的轉(zhuǎn)速，使行程差控制在2cm以內(nèi)。

1.4 活動(dòng)小門(mén)控制

兩扇大門(mén)的12扇小門(mén)，采用各自單獨(dú)的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，在非汛期的大門(mén)全關(guān)時(shí)，可在中央控制室主控機(jī)上設(shè)定小門(mén)開(kāi)啟高程，在閘門(mén)現(xiàn)場(chǎng)形成壯觀的人工瀑布效果。

2 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)

2.1 建設(shè)背景與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

三汊河河口閘閘址有深厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，地質(zhì)條件極差，閘室采用大跨度整體式結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求較高。為解決深厚淤泥質(zhì)黏土給工程帶來(lái)的不利影響，設(shè)計(jì)單位在工程設(shè)計(jì)中采用了多項(xiàng)新技術(shù)以保證河口閘的安全。為了工程的安全監(jiān)測(cè)需要，在三汊河河口閘設(shè)計(jì)布置了閘室及翼墻的垂直位移、閘室的水平位移、閘室底板的揚(yáng)壓力、閘室底板的基地土壓力和灌注樁樁頂壓力、閘室底板鋼筋應(yīng)力、底板的不均勻沉降、伸縮縫開(kāi)合度、閘墩門(mén)支鉸處的鋼筋應(yīng)力、護(hù)坡深層水平位移等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

2.2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能與應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化，在三汊河河口閘工程設(shè)置了一套安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)埋設(shè)于工程各部位的自動(dòng)觀測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)所有自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的測(cè)量、傳輸、分析工作的自動(dòng)化，為及時(shí)掌握工程施工期、運(yùn)行期的安全工況，提供現(xiàn)代化管理手段。系統(tǒng)包含自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)管理等幾個(gè)部分。三汊河河口閘將數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)在啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，網(wǎng)絡(luò)控制中心設(shè)在管理房?jī)?nèi)。數(shù)據(jù)采集裝置與網(wǎng)絡(luò)控制中心之間采用電話線或雙絞線連接。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)、定時(shí)觀測(cè)，并能對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行瀏覽查詢、圖形曲線、報(bào)表輸出、測(cè)值輸入輸出的功能，圖文并茂、直觀實(shí)用。

該系統(tǒng)為管理者及時(shí)掌握水閘運(yùn)行工況提供極大方便，如：2012年江蘇高郵地區(qū)地震、“?？迸_(tái)風(fēng)后，對(duì)工程進(jìn)行特別檢查，管理單位通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)查調(diào)各安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)地震、臺(tái)風(fēng)前后各安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，結(jié)合相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)檢查，較快、準(zhǔn)確判定水閘安全狀況。同時(shí)，該系統(tǒng)具備的歷史數(shù)據(jù)對(duì)比分析、自動(dòng)圖表生成等功能，為管理者對(duì)年度測(cè)量資料匯編、分析提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

3 信息化系統(tǒng)

南京市三汊河河口閘管理單位信息管理系統(tǒng)(目前為一期建設(shè))，是為了全面提升三汊河河口閘管理能力和信息化水平而實(shí)施的項(xiàng)目。旨在運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行整合提升，建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部協(xié)同辦公和資源共享；開(kāi)發(fā)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息管理及處理的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化；建設(shè)具有工程管理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理、隊(duì)伍建設(shè)管理、標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)及法律法規(guī)管理等功能的水利信息管理系統(tǒng)。主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)、綜合業(yè)務(wù)辦理平臺(tái)建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行硬件環(huán)境建設(shè)四部分。

3.1 三汊河河口閘工程管理系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)水閘實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行管理功能，以及水閘工程檢查、觀測(cè)、養(yǎng)護(hù)維修、服務(wù)考核相關(guān)運(yùn)行管理工作網(wǎng)上運(yùn)行的功能。

3.2 外秦淮河水體管理系統(tǒng)

自動(dòng)記錄管理單位設(shè)置在外秦淮河水體上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天的水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)水文信息查詢、巡查統(tǒng)計(jì)和水質(zhì)評(píng)價(jià)；實(shí)現(xiàn)外秦淮河遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修管理和服務(wù)考核網(wǎng)上運(yùn)行的功能。

3.3 單位內(nèi)部管理系統(tǒng)

物業(yè)管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施日常巡查記錄的錄入和查詢，實(shí)現(xiàn)物業(yè)服務(wù)考核網(wǎng)上運(yùn)行；人事管理，實(shí)現(xiàn)人事管理、法律法規(guī)管理等功能；管理移動(dòng)辦公，在Android平臺(tái)上開(kāi)發(fā)移動(dòng)辦公應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)接入信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)水位數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、引江換水統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、外秦淮河每日水體巡查記錄的綜合查詢與展示功能，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)與市移動(dòng)防汛平臺(tái)的對(duì)接，并留有相應(yīng)拓展接口。

4 結(jié) 語(yǔ)

水利現(xiàn)代化是當(dāng)前水利行業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)，水管單位必須在管理中不斷摸索創(chuàng)新，將計(jì)算機(jī)、信息化等現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用到水利工程管理中，這將對(duì)推進(jìn)水利工程管理水平提升、促進(jìn)實(shí)現(xiàn)水利現(xiàn)代化目標(biāo)起到至關(guān)重要的作用。