全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)在量水中存在的問(wèn)題及措施

張?bào)w剛，于 明，王愛(ài)蘋(píng)

(山東省聊城市位山灌區(qū)管理處，山東聊城252000)

1 灌區(qū)測(cè)站及全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)概述

位山灌區(qū)骨干渠道總長(zhǎng)274 km，布設(shè)了21個(gè)主要測(cè)站，20個(gè)測(cè)站安裝了EKL－3A型全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)，負(fù)責(zé)灌區(qū)整個(gè)灌溉網(wǎng)絡(luò)體系的水沙測(cè)驗(yàn)任務(wù)。測(cè)流設(shè)備主要有旋漿式流速儀、25 kg或50 kg鉛魚(yú)、開(kāi)口懸索式纜道等，采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞［1］。

EKL－3A型全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)，具有技 術(shù) 先 進(jìn)、運(yùn)行 可 靠、自動(dòng)化程度高、操 作 簡(jiǎn) 便 、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。主要由水文絞車(chē)、交流變頻器、數(shù)據(jù)采集卡、PLC(程序邏輯控制器)、光柵增量編碼傳感器、信號(hào)源、無(wú)線測(cè)流、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等部分組成。通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)或手動(dòng)控制測(cè)流，最終可自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)的斷面流量報(bào)表［1］。

2 實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題

2.1 鉛魚(yú)不能下放

一種情況是鉛魚(yú)在岸上時(shí)上升、下降、后退、前進(jìn)運(yùn)行都正常，但只要鉛魚(yú)一入水行車(chē)就停止，隨之下降運(yùn)行轉(zhuǎn)為上升運(yùn)行，直到鉛魚(yú)露出水面就會(huì)自動(dòng)停車(chē)。

另一種情況是行車(chē)在鉛魚(yú)沒(méi)入水時(shí)就只能進(jìn)行上升、后退運(yùn)行而不可以進(jìn)行下降、前進(jìn)操作，此時(shí)變頻器無(wú)響應(yīng)。

2.2 多計(jì)或少計(jì)流速信號(hào)

在測(cè)流過(guò)程中流速儀會(huì)產(chǎn)生偽信號(hào)，它是接觸絲在接觸點(diǎn)產(chǎn)生抖動(dòng)，由于接觸絲的抖動(dòng)就會(huì)造成在一個(gè)流速信號(hào)導(dǎo)通周期內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)信號(hào)的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)在當(dāng)聽(tīng)到的了一個(gè)流速信號(hào)時(shí)，測(cè)試狀態(tài)單元信號(hào)數(shù)目欄上卻計(jì)了幾個(gè)或不計(jì)流速信號(hào)。

2.3 纜道信號(hào)系統(tǒng)

1)無(wú)水面信號(hào):一種情況是指當(dāng)水面信號(hào)板入水時(shí)信號(hào)反饋單元水面信號(hào)指示燈不亮，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與特殊控制單元上的入水深值不能自動(dòng)清零。另一種是測(cè)流時(shí)鉛魚(yú)在第一次入水時(shí)有水面信號(hào)，而從第二次開(kāi)始，鉛魚(yú)水面信號(hào)板入水后均沒(méi)有信號(hào)。

2)無(wú)流速信號(hào):當(dāng)進(jìn)行測(cè)流作業(yè)時(shí)，信號(hào)反饋單元流速信號(hào)指示燈不亮，測(cè)試狀態(tài)單元無(wú)流速信號(hào)特征值。

3)無(wú)河底信號(hào):當(dāng)鉛魚(yú)運(yùn)行至河底時(shí)，纜道一直向下放，不自動(dòng)停車(chē)。

3 存在問(wèn)題的原因分析

3.1 由河底信號(hào)工作原理分析鉛魚(yú)不能下放的原因

河底信號(hào)工作原理是鉛魚(yú)行車(chē)到河底，托盤(pán)托起鏈接干簧管，產(chǎn)生一信號(hào)，經(jīng)信號(hào)線被系統(tǒng)信號(hào)源采集，并發(fā)回河底頻率信號(hào)。操作系統(tǒng)在鉛魚(yú)沒(méi)有入水時(shí)上升、下降、后退、前進(jìn)運(yùn)行無(wú)誤，說(shuō)明河底信號(hào)接受正常控制臺(tái)沒(méi)有收到信號(hào);如果操作控制臺(tái)收到了河底信號(hào)，而鉛魚(yú)出水后河底信號(hào)又消失，就會(huì)導(dǎo)致鉛魚(yú)一入水就停車(chē)，下降運(yùn)行并轉(zhuǎn)為上升運(yùn)行，直到鉛魚(yú)露出水面，不能正常測(cè)流;操作系統(tǒng)在鉛魚(yú)根本就沒(méi)有入水的情況下就不能進(jìn)行下降、前進(jìn)工作，顯然是因?yàn)榇藭r(shí)信號(hào)接收盒已經(jīng)收到了河底信號(hào)。具體說(shuō)就是河底信號(hào)在不該有的時(shí)候出現(xiàn)了。

3.2 接觸絲抖動(dòng)造成多計(jì)或少計(jì)數(shù)現(xiàn)象

流速儀長(zhǎng)期使用無(wú)校核、清洗、更換或者渠道測(cè)點(diǎn)流速過(guò)低等原因會(huì)導(dǎo)致接觸絲接觸點(diǎn)抖動(dòng)，產(chǎn)生不應(yīng)有的信號(hào)。由圖1可以看出:理想的流速信號(hào)在接觸絲導(dǎo)通過(guò)程中只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，測(cè)試狀態(tài)單元信號(hào)數(shù)目欄中就會(huì)計(jì)一個(gè)數(shù);而帶抖動(dòng)的信號(hào)則會(huì)造成聲音拖拉不干脆，產(chǎn)生多個(gè)脈沖，信號(hào)接收盒將會(huì)把每個(gè)帶抖動(dòng)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)都當(dāng)成流速信號(hào)記錄下來(lái)，形成異常流速信號(hào)，從而影響測(cè)流精度。

圖1 流速信號(hào)的對(duì)比

3.3 纜道綜合信號(hào)儀的分析

纜道綜合信號(hào)儀由纜道綜合信號(hào)接收器和水下綜合信號(hào)源兩部份組成，其特點(diǎn)是可將河底、水面、流速信號(hào)轉(zhuǎn)化成頻率不同的音頻信號(hào)，由纜道“無(wú)線”發(fā)回，而接收器由于采用了先進(jìn)的鎖相環(huán)音頻譯碼電路、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高，從而可在行車(chē)過(guò)程中將信號(hào)取出 ，可靠的完成纜道測(cè)速、測(cè)深。工作原理如圖2、圖3。水面、流速、河底信號(hào)線(2、3、4號(hào)線)始終與地線(1號(hào)線)短路造成信號(hào)源無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)線入水前后水阻的變化，導(dǎo)致信號(hào)不能產(chǎn)生。

圖2 水下信號(hào)源工作原理

圖3 纜道綜合信號(hào)接收器工作原理

4 解決的對(duì)策和措施

4.1 提高托盤(pán)式河底信號(hào)的可靠性

測(cè)量鉛魚(yú)河底信號(hào)，觀察入水前的狀態(tài)。使萬(wàn)用表電阻檔連接干簧管正、負(fù)極，聽(tīng)到“滴”的一聲，說(shuō)明鉛魚(yú)托盤(pán)式河底信號(hào)此時(shí)無(wú)異常，工作人員可以在鉛魚(yú)身按上水下信號(hào)源，并利用操作臺(tái)將鉛魚(yú)前進(jìn)到河邊，點(diǎn)擊下降仔細(xì)觀察托盤(pán)入水狀態(tài)(要求此處水深正好將鉛魚(yú)淹沒(méi)水面且工作人員手能安全觸到托盤(pán)的地方為宜)。正常的狀態(tài)是——鉛魚(yú)入水后托盤(pán)仍處于自然下垂?fàn)顟B(tài)，而當(dāng)觸到河底時(shí)托盤(pán)將會(huì)被緩慢托起，控制臺(tái)內(nèi)的信號(hào)接收盒就應(yīng)該收到一個(gè)河底信號(hào)(如果河水較渾看不清鉛魚(yú)，也可以在鉛魚(yú)入水后用手去感應(yīng)托盤(pán)是否觸底)，如果觀察到的狀態(tài)不是上述情況，可判斷鉛魚(yú)托盤(pán)式河底信號(hào)在水下的工作狀態(tài)是異常的。如圖4是一種較理想的托盤(pán)懸掛式河底信號(hào)裝置，通過(guò)實(shí)踐證明這種措施可大大提高河底信號(hào)的可靠性。

第一步、在鉛魚(yú)底部挖一個(gè)深度以大于干簧管直徑1cm的矩形槽，長(zhǎng)、寬能放入干簧管為宜;

第二步、引正負(fù)極兩根導(dǎo)線于干簧管兩端;

第三步、將焊好導(dǎo)線的干簧管平放入矩形槽內(nèi)，同時(shí)將兩根導(dǎo)線引致鉛魚(yú)表面;

第四步、用融化的石蠟完全填滿裝有干簧管的矩形槽(用蠟燭或火漆也可);

第五步、待石蠟?zāi)毯笥娩X皮或銅皮(切記:不能用鐵皮)將矩形槽表面封住;

第六步、將干簧管一根導(dǎo)線用鐵釘固定在鉛魚(yú)身上，是河底信號(hào)的負(fù)極，另一根導(dǎo)線就是河底信號(hào)的正極;

第七步、在托盤(pán)對(duì)應(yīng)干簧管的位置固定一個(gè)磁鋼，固定方法可采用銅片壓住磁鋼的同時(shí)再用雙管膠粘住;

第八步、把鉛魚(yú)下垂直尾翼和托盤(pán)中間用鐵鏈懸掛。

至此，托盤(pán)懸掛式河底信號(hào)裝置加工完成。

圖4 托盤(pán)懸掛式河底信號(hào)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 去抖延時(shí)的合理設(shè)定

通常解決抖動(dòng)信號(hào)的方法是在采集端做延時(shí)判斷，將在接觸絲導(dǎo)通過(guò)程中產(chǎn)生的所有脈沖都當(dāng)成是一個(gè)流速信號(hào)記錄下來(lái)，如果前后兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差小于延時(shí) 時(shí)間差，則可以認(rèn)為是偽信號(hào)。操作者往往在啟動(dòng)前去修改延時(shí)時(shí)間差，來(lái)確保不丟失每一個(gè)真實(shí)的信號(hào)，但是在一個(gè)全斷面的測(cè)流過(guò)程各個(gè)測(cè)點(diǎn)的流速延時(shí)又是不一樣的，當(dāng)測(cè)試狀態(tài)單元有流速信號(hào)音響時(shí)注意觀察所記錄的信號(hào)數(shù)，假如每次流速信號(hào)音響都是連續(xù)聲音而信號(hào)數(shù)無(wú)增加，則是信號(hào)去抖延時(shí)選擇數(shù)設(shè)置偏大;假如每次流速信號(hào)音響有拖拉音而信號(hào)數(shù)目跳大，則是信號(hào)去抖延時(shí)選擇數(shù)設(shè)置偏小。因此需要根據(jù)測(cè)站具體情況對(duì)信號(hào)周期延時(shí)作進(jìn)一步細(xì)分或做延時(shí)自適應(yīng)，直到滿足為止。

4.3 注重檢查易耗件，留心觀察信號(hào)狀態(tài)

河底、水面、流速信號(hào)都無(wú)時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量水下綜合信號(hào)源電壓，電壓低于6.5 V以下時(shí)，對(duì)以上情況均有影響，應(yīng)及時(shí)對(duì)其充電。

信號(hào)源電壓充盈、信號(hào)接收盒等硬件無(wú)故障，有水面、河底信號(hào)而無(wú)流速信號(hào)應(yīng)注重檢查三點(diǎn):一是流速信號(hào)3號(hào)線是否和信號(hào)源插頭內(nèi)部的4號(hào)孔連通。二是流速儀身是否與鉛魚(yú)身連通，如不通，建議在鉛魚(yú)身和流速儀身間接根導(dǎo)線即可。三是3號(hào)流速儀信號(hào)連接線不通有損，建議更換新的水下信號(hào)線;有流速、水面信號(hào)而無(wú)河底信號(hào)應(yīng)注重檢查三點(diǎn):一是水下信號(hào)源插頭內(nèi)部的5號(hào)孔是否與4號(hào)河底信號(hào)連接線連通。二是干簧管有無(wú)損壞。三是干簧管安裝底座與鉛魚(yú)身不導(dǎo)通;有河底、流速信號(hào)而無(wú)水面信號(hào)應(yīng)注重檢查兩點(diǎn):一是2號(hào)水面信號(hào)線與鉛魚(yú)身連接是否正常;二是水面信號(hào)連接線2號(hào)線與1號(hào)地線短路。

4.4 有愛(ài)崗敬業(yè)、責(zé)任心強(qiáng)的測(cè)流人員

全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)雖然已經(jīng)在灌區(qū)普及，但是在某些地方還存有人為因素，測(cè)流人員在思想上更不能完全依賴它，測(cè)流時(shí)應(yīng)一絲不茍、善于總結(jié)、做到未雨綢繆，才能全面做好測(cè)水量水工作。否則，談提高測(cè)流精度只是一句空話。

［1］張?bào)w剛，張傳剛，楊玉廣.全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)在位山灌區(qū)的應(yīng)用［J］.山東水利.2010(01+02).

［2］王國(guó)濤，賈哲，鐘家江，等.水文纜道測(cè)流系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析［J］.河南水利與南水北調(diào).2009(10).