王建軍 姚曉濱

一、節(jié)制閘工程概況

復(fù)新河水系包括復(fù)新河干、支流和獨(dú)流入湖的東邊河及入東邊河的蘇魯邊界河，總流域面積1925km2。復(fù)新河干流是蘇、魯兩省的邊界河，發(fā)源于安徽省碭山縣廢黃河堤北，流經(jīng)豐縣，至魚臺(tái)縣西姚村南入南四湖，全長75km。座落于復(fù)新河上的復(fù)新河節(jié)制閘是山東省在南四湖入湖河口（距湖口約4km）興建的第一座大型水閘，也是南四湖邊界大型水利工程之一。該閘于1980年11月開工，1981年12月竣工，共23孔，孔口面積814.2m2。2004～2007年，淮委沂沭泗局對其進(jìn)行了加固改造。

加固后的節(jié)制閘按照5年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)校核，對應(yīng)流量分別為586m3/s和1157m3/s。啟閉機(jī)采用2×80-8m卷揚(yáng)式平門啟閉機(jī)，啟門形式為動(dòng)水啟閉。該機(jī)具有機(jī)房控制、集中控制、數(shù)字顯示啟門高度等功能，滿足將閘門提至50年一遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水位37.36m之上的運(yùn)行要求。

2005年增設(shè)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，主要包含視頻、閘門、揚(yáng)壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。揚(yáng)壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)控主要依靠復(fù)新河節(jié)制閘揚(yáng)壓力監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理。監(jiān)測系統(tǒng)由系統(tǒng)監(jiān)測中心和現(xiàn)地?fù)P壓力傳感器以及采集監(jiān)控裝置組成。監(jiān)控中心由監(jiān)控工控機(jī)、監(jiān)測設(shè)備、揚(yáng)壓力系統(tǒng)監(jiān)測分析軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及應(yīng)用軟件組成。綜合分析與評價(jià)專家系統(tǒng)和人工智能技術(shù)為決策提供了更加準(zhǔn)確及時(shí)的依據(jù)。

二、監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

監(jiān)控系統(tǒng)由主控級和現(xiàn)地級設(shè)備組成。主控級的微機(jī)監(jiān)控裝置設(shè)置2套，一套放在左橋頭堡二層配電室，另一套布置在閘管所控制室內(nèi)；主控級設(shè)備由工控機(jī)、19"TFT彩顯、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、UPS、PLC（也稱為管理PLC或公共PLC）柜、操作臺(tái)組成；現(xiàn)地設(shè)備機(jī)旁箱包括PLC、觸摸屏、有關(guān)非電量傳感器等。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信方式采用RS485總線。

閘管所主控級計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)有RS232/485通信接口，以滿足與上級管理部門進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的要求。為提高通信速率，建議增設(shè)8口以太網(wǎng)交換機(jī)，上位機(jī)、PLC柜中的PLC（其CPU換為1765-L35E）都掛于以太網(wǎng)，其通訊速率高達(dá)100Mbps。

三、閘門揚(yáng)壓力監(jiān)測方法評價(jià)

1.人工監(jiān)測揚(yáng)壓力方法評價(jià)

復(fù)新河節(jié)制閘在加固改造前，水閘揚(yáng)壓力觀測方法為人工觀測，主要依靠重錘和尺子進(jìn)行測量并記錄。人工觀測方法的優(yōu)點(diǎn)是觀測設(shè)備簡單，容易操作，系統(tǒng)不需要專業(yè)維護(hù)。其缺點(diǎn)為：一是靠人工觀測，受到天氣、人為等方面因素影響，導(dǎo)致人工觀測記錄存在一定誤差；二是必須抽調(diào)專門人員去完成這項(xiàng)工作，30個(gè)揚(yáng)壓力監(jiān)測點(diǎn)，一天24次測量、記錄和做表，工作量很大；三是雷雨、冰雪天氣情況增加了人工測量的難度，特別汛期天氣情況一般比較惡劣，站在節(jié)制閘閘墩上進(jìn)行人工觀測和記錄非常危險(xiǎn)；四是積累的監(jiān)測資料使數(shù)據(jù)查閱、對比非常麻煩。

2.集中控制室系統(tǒng)監(jiān)測方法評價(jià)

增設(shè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)后，新的揚(yáng)壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)硬件主要由前端采集系統(tǒng)和后臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，由設(shè)備自動(dòng)完成對揚(yáng)壓力的采集、記錄等工作，解決了人工監(jiān)測容易出現(xiàn)的問題。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)分為集中控制室單元（計(jì)算機(jī)、液晶顯示器、打印機(jī)、UPS等設(shè)備）和現(xiàn)地采集單元（現(xiàn)場揚(yáng)壓力傳感器、揚(yáng)壓力采集儀器、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)）。通過實(shí)際運(yùn)用總結(jié)其優(yōu)點(diǎn)為：

（1）揚(yáng)壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)完成了數(shù)據(jù)觀測和記錄，可減少人力資源配備，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）自動(dòng)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制和查詢數(shù)據(jù)采集單元的狀態(tài)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)、在線評估、越限數(shù)據(jù)分析等，并生成Cryscal報(bào)表和SQL，自主編輯報(bào)表格式，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)及歷史報(bào)表、班/日/月/季/年報(bào)并自由報(bào)表，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存檔或打印。

（3）根據(jù)數(shù)據(jù)生成柱狀圖、過程圖、相關(guān)圖、立體圖等圖形，圖形界面直觀，便于分析和修正，提高了分析速度和準(zhǔn)確性。

（4）利用監(jiān)控分析中確定性模型和混合模型等傳統(tǒng)模型，進(jìn)行中短期預(yù)告測報(bào)。

（5）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與分析。基層管理單位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)與上級調(diào)度中心局域網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，并能把揚(yáng)壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、監(jiān)測圖表、分析結(jié)論等數(shù)據(jù)文件向上級調(diào)度中心（沂沭泗管理中心）傳輸，通過WEB瀏覽器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、監(jiān)視、監(jiān)控，遇到問題專家組可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。

四、揚(yáng)壓力監(jiān)測系統(tǒng)問題分析及處理

1.揚(yáng)壓力傳感器失靈

揚(yáng)壓力傳感器探頭是精密設(shè)備，其精度易受泥沙水質(zhì)等因素影響，長時(shí)間不維護(hù)會(huì)造成傳感器腐蝕損壞，前端采集設(shè)備無法正確傳輸數(shù)據(jù)，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無法顯示正確的揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)庫采集工作也受到影響。

對此，工作人員應(yīng)定期清洗傳感頭,避免揚(yáng)壓力探頭應(yīng)變片受到泥沙的污染。此外要密切觀察采集精度，一旦后臺(tái)設(shè)備采集數(shù)據(jù)受到影響要及時(shí)處理。

2.設(shè)備遭受雷擊損壞

由于采集設(shè)備采用RS485（MODBUS）硬件總線結(jié)構(gòu)，傳輸電纜暴露在室外，雷電極易直接擊在線纜上造成線纜和設(shè)備損壞；另外揚(yáng)壓力傳感器遭受雷擊，易造成總線芯片損壞。對此在專業(yè)維護(hù)時(shí)，應(yīng)采取以下措施：

（1）增加避雷措施，在附近增加避雷針，對電源進(jìn)線增加避雷器。避雷器的接地非常重要,如果接地沒有做好,就無法發(fā)揮作用。本設(shè)備要求接地地阻應(yīng)小于4Ω，前端設(shè)備接地。

（2）電纜架空線改為埋地敷設(shè)，直埋敷設(shè)方式防雷效果最佳，采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設(shè)，保持鋼管的電氣連通，對防護(hù)電磁干擾和電磁感應(yīng)非常有效。在電纜進(jìn)入終端和前端設(shè)備前穿金屬管埋地引入，將電纜金屬外皮、鋼管同防雷接地裝置相連。

3.信息傳輸不暢

閘門啟閉設(shè)備啟動(dòng)過程中由于啟動(dòng)電流過大，形成電磁干擾對揚(yáng)壓力通訊傳輸造成影響，導(dǎo)致得到的數(shù)據(jù)失真、波動(dòng)。為了準(zhǔn)確進(jìn)行測量和控制，必須消除被測信號(hào)中的噪聲和干擾。

對此可采取以下措施：

（1）進(jìn)行軟件濾波、硬件濾波。軟件濾波即是通過軟件算法將數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，從而屏蔽掉噪聲和干擾雜波信號(hào)，獲得可用的真實(shí)數(shù)據(jù)，也可以說是通過程序處理的方式完成數(shù)據(jù)采集信號(hào)的處理。除了軟件濾波之外，還可采用硬件電路實(shí)現(xiàn)濾波處理，常見的有RC方式濾波等。

（2）電纜布線。將動(dòng)力電纜和采集電纜分為兩個(gè)電纜槽重新進(jìn)行鋪設(shè)，兩根電纜之間最近距離最少為30cm。

（3）對通訊電纜屏蔽兩端重新接地，緊固松動(dòng)點(diǎn)，對銹蝕點(diǎn)進(jìn)行打磨鍍錫。屏蔽接地應(yīng)與系統(tǒng)的交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地共用一組接地裝置，接地電阻定期測量不得大于1Ω