基于現(xiàn)代化技術(shù)的水閘運(yùn)行管理應(yīng)用研究

顧春鋒

（南通市新江海河閘管理所，江蘇 南通 226000）

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水閘工程的更好運(yùn)行需要加大現(xiàn)代化技術(shù)在該領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新和應(yīng)用。充分發(fā)揮現(xiàn)代化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)水閘工程科學(xué)技術(shù)水平的有效提升，能夠更好地滿足現(xiàn)當(dāng)前水閘工程運(yùn)行管理的需要。本文以新江海河閘為例，對(duì)現(xiàn)代化技術(shù)在水閘中的運(yùn)用進(jìn)行討論和分析。

1 新江海河閘概況

新江海河閘位于江蘇省南通市新江海河入江口上游1.8 km，由新閘和老閘所構(gòu)成。其中，新閘建于2003年，位于老閘內(nèi)河側(cè)，距入江口2200 m。老閘建于1976年，于新閘興建時(shí)同步改造加固，距入江口2000 m。新閘的主要功能為防洪、擋潮、排澇、引水灌溉，兼顧通航。老閘主要功能為通航時(shí)調(diào)節(jié)閘室水位。新老閘通過合理調(diào)度運(yùn)用，在正常發(fā)揮引水、排澇、擋潮防洪功能的同時(shí)，更好地發(fā)揮了通航效益。新閘共三孔，總凈寬32 m，其中中孔凈寬12 m，為通航孔；兩邊孔凈寬10 m，東邊孔為輸水孔不通航，西邊孔為輸水孔，在特殊情況下可作通航孔。老閘共六孔，總凈寬42 m，東五孔每孔凈寬6 m，為輸水孔，西邊孔凈寬12 m，為通航孔。

新江海河閘新、老閘具體工程參數(shù)見圖1、圖2。

圖1 新江海河閘新閘立面圖

圖2 新江海河閘老閘立面圖

2 現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

新江海河閘工程遠(yuǎn)離市區(qū)，工程管理人員偏少，且改造后需要新、老閘聯(lián)合調(diào)度，日常工作中承擔(dān)著日益繁忙的通航任務(wù)。為減少頻繁開閘造成的人力投入，需對(duì)水閘控制進(jìn)行自動(dòng)化的頂層設(shè)計(jì)。由于該閘除引、排水外，還兼顧通航，對(duì)自動(dòng)化的控制要求非常嚴(yán)格，可靠性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性均為考慮要素。為保障日常啟閉的安全性，上下游水位、電機(jī)電壓、電流、閘門啟閉高度、油液位、油壓力等適時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)警等均需及時(shí)有效，交通信號(hào)燈、廣播系統(tǒng)等輔助控制也需同時(shí)集中控制。只有對(duì)閘門整個(gè)開啟過程實(shí)施全程監(jiān)控，才能使水閘工程運(yùn)行的安全性得到有效保障。

2.1 監(jiān)控對(duì)象

新江海河閘工程運(yùn)用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的在于能夠?qū)崿F(xiàn)有效控制工程閘門的開啟與關(guān)閉，更好地對(duì)工程閘門河流上下游水位和閘門進(jìn)行控制[1]。除此之外，新江海河閘監(jiān)控系統(tǒng)還具有非常強(qiáng)的靈活性，能夠有效采集相關(guān)數(shù)據(jù)，以準(zhǔn)確掌握工程閘門的水流狀況和系統(tǒng)參數(shù)等，確保記錄的準(zhǔn)確性和完整性。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置

水閘工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是以分層分布式結(jié)構(gòu)為主實(shí)現(xiàn)有效控制。新江海河閘現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由一套現(xiàn)地單元控制級(jí)別的PLC和閘門控制PLC構(gòu)成，同時(shí)在控制室中安裝一套PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的有效控制[2]?，F(xiàn)地單元控制級(jí)PLC主要采用現(xiàn)場總線的方式控制現(xiàn)場設(shè)備，包括多功能儀表等，更好地滿足實(shí)際需求?，F(xiàn)地單元控制級(jí)PLC主要是以環(huán)形工業(yè)級(jí)光纖以太網(wǎng)為主。一般情況下，主控室內(nèi)會(huì)布置一臺(tái)服務(wù)器和兩臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)用于傳達(dá)相關(guān)的控制命令，起到對(duì)閘門狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效控制的作用。PLC的靈活運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門、水位、水流等科學(xué)、合理的控制，保證數(shù)據(jù)的有效性。

為更好地完成監(jiān)測工作，還可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如將水位信號(hào)接入管理區(qū)域，確保水閘管理人員適時(shí)掌握水情信息。拓?fù)鋱D見圖3。

圖3 新江海河閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.3 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)功能

為提高水閘工程監(jiān)測的自動(dòng)化水平，新江海河閘采用專門的安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)，以使得水閘工程的安全性得到有效保障[4]。同時(shí)，在工程的各個(gè)部位設(shè)置自動(dòng)觀測儀器，保證各項(xiàng)操作，如測量、傳輸及分析等工作的順利完成。按照處理階段的不同，水閘監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理等若干階段構(gòu)成。新江海河閘的數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)設(shè)置在啟閉機(jī)房內(nèi)，在管理房內(nèi)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)控制。為保證數(shù)據(jù)采集裝置的通信順暢，工程采用網(wǎng)絡(luò)線或者光纖的方式實(shí)現(xiàn)通信。該數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集裝置可保證數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)測的動(dòng)態(tài)性和實(shí)時(shí)性。

新江海河閘新、老閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)在控制室內(nèi)集中控制，控制界面見圖4,同時(shí)對(duì)部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，見圖5。

圖4 新江海河閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)界面圖

圖5 新江海河閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)監(jiān)測圖

水閘工程現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能見表1。

表1 現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能表

3 現(xiàn)代技術(shù)的不足及解決措施

雖然新江海河閘自動(dòng)化水平較高，但其監(jiān)控區(qū)域及范圍較小，管理上仍存在盲點(diǎn)。同時(shí)為了適應(yīng)水利管理現(xiàn)代化的要求，便于新江海河閘管理所管轄的新江海河閘、營船港閘及雙橋套閘統(tǒng)一調(diào)度，集中管理，需要設(shè)置調(diào)度管理中心，利用自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)異地水閘的統(tǒng)一管理。通過對(duì)新江海河閘現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的分析，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)在水閘工程中的應(yīng)用仍然存在著諸多不足，主要表現(xiàn)在創(chuàng)新力度不足、現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用不足等方面。

針對(duì)當(dāng)前現(xiàn)代技術(shù)在水閘工程應(yīng)用中存在的不足，應(yīng)采取針對(duì)性的處理措施：加大探索和創(chuàng)新力度，深刻了解現(xiàn)代化技術(shù)，將其與水閘工程管理進(jìn)行有機(jī)統(tǒng)一，促進(jìn)水閘工程管理水平的全面提升；實(shí)施全面、有效的監(jiān)測，利用現(xiàn)代化技術(shù)保存全面的監(jiān)測信息，包括水溫、水質(zhì)等，為后續(xù)分析監(jiān)測提供數(shù)據(jù)保障。

針對(duì)新江海河閘現(xiàn)代化技術(shù)管理上存在的不足，提出提高視頻監(jiān)控?cái)?shù)量，建設(shè)集中統(tǒng)一控制中心的措施，見圖6、圖7。

圖6 新江海河閘視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D（遠(yuǎn)期規(guī)劃）

圖7 管理中心集中監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D（遠(yuǎn)期規(guī)劃）

4 結(jié)論

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，水利工程也呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，工程安全運(yùn)行必須補(bǔ)短板、強(qiáng)監(jiān)管，通過充分發(fā)揮現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和作用，全面提升水利工程的整體性能，更好地滿足新時(shí)代的治水需求。因此，要加大水利工程建設(shè)的創(chuàng)新力度，最大限度地運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以提高水閘運(yùn)行的安全性和可靠性。以點(diǎn)多面廣的中小型水閘工程為重點(diǎn)，加大對(duì)工程安全規(guī)范運(yùn)行的監(jiān)管，不久的將來，現(xiàn)代化發(fā)展水平高的自動(dòng)化水閘，將在防汛抗旱的一線發(fā)揮不可估量的作用。