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水利自動化有哪些注意重點

2019年07月25日 10:26来源: 上海精浦机电有限公司 >>進入該公司展台人氣:15146


這是在城市化後,城市水利治理的大問題。現在全球的發展趨勢,是城市化人口將超過總人口的50%。每個城市的人口高速增長,也給城市水利科學設計與管理帶來了很大的挑戰。

 

上海作爲全國大的2千多萬人口的超大城市,在城市水利管理上面已經走在了世界的前列,上面所說的“過去的上海”已經不再發生!

 

上海是怎麽做到了“全球”的城市水利先進管理水准的?

这里有科学设计与管理,这里有自动化、数字化技術。

 

一,水是城市生命的緣,治水是城市的良心。

 

智者樂水,仁者治水。

城市化要發展離不開管理“水”。

 

中華民族有著治水的傳統,才得以延續生存,發展。

大禹治水,使得中華民族在中原大地安頓下來,開始了農耕大時代。

兩千年前的李冰治理了四川都江堰,四川盆地富饒了兩千年,才有三國爭霸的蜀國與諸葛亮的故事。

兩大詩人白居易、蘇東坡曆史上在杭州大興城市治水,疏浚杭州西湖至錢塘江,留下了調蓄城市雨水、河水、湖水的美麗的西湖。爲紀念白居易和蘇東坡,他們在杭州治水時堆積的河堤,被稱爲“白堤”和“蘇堤”,並留下脍炙人口傳頌千年的故事,白娘娘的斷橋殘雪、蘇堤春曉、與美麗的詩句:

水光潋滟晴方好,山色空蒙雨亦奇。

欲把西湖比西子,淡妝濃抹總相宜。

 

這是宋代蘇東坡在把杭州西湖疏浚治理好之後,在蘇堤上向著西湖的得意詩作。

“欲把西湖比西子,淡妝濃抹總相宜”。爲民治水,多美啊!

在上海,就在我們公司附近就有一座元代水閘遺址,上海先民在700多年前爲上海這座城市修建了水利疏浚系統,利用河流的潮汐水位的落差,自然調節水流。原來上海700多年前就已經開始了城市化居民入住了,不是“小漁村”哦。這種利用河道水位高低落差調節河道水流緩急疏浚河道的辦法,放在今天,我們稱爲“生態流量”管理城市河道。

 

在今天在上海,我們上海精浦機電公司的工程師們和全上海的水利工程師們、城市水利管理者們,在跟700多年前上海先民们做着同样的事,只是我们加上了现代化技術——自动化闸门控制技術管理水闸,并全上海的闸门数字化城市水利系统联网了。

水利自動化是可靠性和責任心,是良心工程。

水利的自动化技術并不复杂,技術亮点似乎不高,但是系统的可靠性要求高,需十年如一日的可靠,因为水利自动化的社会责任重大。其中,数字化联网是亮点,如何産品选型是重点。

十年如一日的責任,它遠比央視春晚的四個小時的舞台自動化可靠性要求更高,社會意義更大。

水利是幹什麽的?

喝水、生活用水——水庫;

城市河道、下水道——雨水、防洪防澇防積水“看海”。

城市河道的淤積、黑臭——疏浚,生態流量。

在農村在西北,水利自動化還要擔負起方圓幾百公裏的農村水利灌溉與計量核算。

所有這些都離不開圍積蓄水——水龍頭打開——開度調節——水位控制——水流落差流動。

水利的“水龍頭”就是閘門,水龍頭的開度大小,就是閘門開度的自動化高度控制,自動化高度控制的傳感器——就是要用到值多圈編碼器。必須是值多圈編碼器,中國水利上經過二十多年的各種高度傳感器比較後,已經證實了用值多圈編碼器是經濟可靠的,已沒有爭論。

而全上海所有閘門的開度高低的調節控制,已經實現了遠程數字化聯網,關系到全上海各個河道地區的水位高低的調節。

包括與上海周邊城市浙江的嘉興與江蘇的蘇州的水利聯網互動。

 

二。超級工程長江口青草沙水庫

——城市水源從哪裏來?

——處于長江入海口的江中心的青草沙水庫,實現全上海市民70%以上的生活供水的水源地,送往全上海各個區的16個水廠。

 

上海青草沙水庫,位于長江入海口的江心。

青草沙水庫兩端相距十幾公裏,圍一圈四十公裏,水庫容量大于十個西湖。

 

超級工程青草沙水庫在設計時,設計者就面臨著三大難題:

1,上海雖然是屬于江南水鄉,但是缺少水源,面對滾滾長江,卻已經是長江的下遊了,長江水裹挾著從上遊沖下來的泥沙和一路排放的汙水、上遊城市人的“洗腳水”,一起混在江水裏流了下遊來。

這如何能在長江滔滔大流中心找到其中的好水,從中取出無數瓢,留下來並送給上海市民享用?

2,長江口外面就是大海,每年會有海水鹹潮突然返流,海水鹽分是不能進入水庫的,不然很難清理。當鹹潮出現時,必須立刻關閉所有閘門,不得有任何差錯。

3,长江口处于海边,海风带有盐分,每年还有台风暴雨、雷击感应,这对于在现场使用的自动化电子産品的可靠性是极大的考验。在暴雨台风时候,是无法再上去检修更换电子部件的。

 

帶著這幾個問題,就需要設計者設計科學的調度,自動化聯網控制水庫上下遊的十幾個閘門開度大小,保持流水不腐,留下好水,排出泥沙,放掉髒水,堵住鹹潮返流。而且上下遊閘門相距十幾公裏,兩端的閘門開度調節不僅僅是要實現可靠的自動化控制,而且還需要數字化聯網聯動。

所以,閘門自動化控制及系統可靠性,對于青草沙水庫運行成功與否極爲關鍵。

水閘高度控制是由左右兩個開度傳感器檢測高度,同步糾偏的提升或者下降。開度傳感器是通過一個機械傳動的拉繩傳感器機構和值多圈編碼器組成。

 

值多圈編碼器的信號進入近地的控制櫃,由PLC控制左右液壓油缸同步啓閉,不能發生任何傾斜,如果大閘門左右高度發生傾斜就有可能卡死閘門,一旦發生閘門卡死,這就要有兵哥哥上來處理了。這需要對左右兩個油缸高度的傳感檢測的准確性,並且始終調節兩邊油缸的液壓流量,保持左右油缸的位移同步上下啓閉閘門。

 

 

這必須要用可靠的機械式值多圈編碼器,因爲不允許數據有錯,在閘門安裝調試好以後,是再也沒有“開機找零”這樣的機會了。設想一下,兩個油缸只要有一個油缸高度反饋是錯誤的,這門還怎麽能動的去找零位?

 

而在現場使用的值多圈編碼器,又需要有符合各種戶外及海邊使用的高標准嚴要求,例如外殼的防水防塵IP保護等級,外殼材質的防海風侵蝕,甚至還有鳥糞腐蝕;例如抗感應雷擊的電磁兼容性EMC基本測試認證;例如夏季長期暴曬的工作溫度範圍;例如水閘開動時受水流激烈沖擊的巨大的振動,抗振動等級標准,例如編碼器的輸出信號有兩路輸出,便于現場緊急檢查。等等。

 

青草沙水庫交付使用近十年了,這麽大的水庫三班倒的管理人數僅幾十人,自動化程度很高,長期運行的可靠性得到了印證。它保證了上海超過70%以上的人口的用水,從此自來水管放出來的水不再有“鹹味”。

 

三,外灘虹口港泵閘

——城市如何防止暴雨後的積水“看海”

城市如何治理河道黑臭。

 

 

 

這裏是外灘虹口港泵閘,我們圖片面對的是黃浦江和對岸——上海的標志東方明珠塔,而另一邊是虹口區100萬居住人口和繁華的商業大街。這座泵閘,就是保衛我們面前的虹口區不會因爲暴雨而積水“看海”的守護神。

 

既然叫泵閘,就是由泵和閘門兩部分組成。閘門仍然是有左右兩個油缸啓動高低,並且還是個弧形閘。閘門自動化控制也是與青草沙水庫相似的,由PLC控制左右雙油缸同步糾偏的開閉水閘。另外,虹口港泵閘還配置了三個大功率水泵,每個水泵前後也有多個閘門。它有兩個作用,其一是在暴雨來臨之前,關閉內河外河水閘,用大力水泵將市區下水道的水全部排空至外河黃浦江,空出足夠的蓄水容量,當暴雨來時繼續大力排水,保持下水水位不會淹至街面。如果局部暴雨雨水很大,泵閘還需要向其他周邊泵閘平均水位輸送雨水,多路並行的加大排放流量。

 

“大力神”水泵,處于負八米的與下水道一個平面。其中前面的水泵是雙向的。

虹口港這一類泵閘的第二個作用,是河道的生態流量控制,這就是像700年前上海元代水闸做着同样的事,不过我们已有更先进的技術,主动式自动化泵取和潮汐大数据管理。这里的泵闸利用黄浦江潮汐水位高低的变化,以及双向大力水泵的抽取,通过关闸门蓄水,等到水位有一定的落差时再开闸放水,由于有落差,水流较急,起到了冲击河道淤积的作用,并且流水不腐的防治城市河道黑臭发生。

通過江河潮汐和城市水位大數據積累科學調度生態流量。黃浦江的潮汐大約是十個小時多一次,每天兩次的泵閘配合,以城市大數據積累,計算出合理的蓄水放水時間,保持了市區河道的生態流量的流動,戶樞不蠹、流水不腐,上海的河道已經不再黑臭。 

這些都需要自動化控制,並且全市河道泵閘的聯網。

在全上海,浦東、虹橋兩大機場、全市市區各個河道、各個工業園區、黃浦江上遊、澱山湖流域直至太湖東山,都有這樣一個個的泵閘站,綜合有幾百個水閘閘門,都已經實現了自動化控制和數字化聯網。

 

圖片——虹橋機場附近的泵閘正在汛期前檢查

 

上海的周邊城市浙江的嘉興和江蘇的蘇州也已經與上海水利實現了數字化聯網。

 

四、水利自動化編碼器選型的幾個重點

水利自動化的關鍵是閘門的開度調整與數字化聯網,值多圈編碼器是關鍵傳感器,又因爲是在戶外環境下需要長期可靠的使用,水利自動化編碼器的選型就極爲重要了。

1,防水防塵的IP保護等級,以及外殼材料

水利項目肯定是和水有關,防水的防護等級當然相當重要,編碼器的外殼要達到IP67的防護等級,必須是無螺絲密封的,才能有效的防止雨淋、水霧等天氣因素造成編碼器的損壞。還有南方天氣濕度高也會對編碼器的防護等級有所要求,再有就是汛期水閘開閘放水巨大的水霧也相當于是編碼器接受水淋,所以防護等級非常重要,需要強調的是IP防護等級是國際標准,需要有經過國際標准組織認可的第三方認證的證明。例如可以由德國TUV萊茵實驗室測試認證。 

IP67第三方實驗認證報告

 

2,工作溫度範圍

因为水闸大多是露天环境下的,编码器大都是暴露在露天的环境下工作,多加一个罩壳,不像很多自动化産品是为工厂自动化设计的,呆在工厂较好的环境下。水利自动化编码器在夏天要经受长期的高温暴晒,所以对工作温度的要求也是非常严苛的,汛期往往是大伏天,有些地区蕞高温度可达到40度以上,編碼器必須經受烈日下長時間的暴曬,長期在高溫下工作,這就需要編碼器經過高溫通電工作測試。

這裏的工作溫度測試,是指在極限高溫和極限低溫下,保持在極限溫度下通電能正常工作,所謂正常工作是轉動編碼器軸數據輸出正常。存儲溫度的測試是無需通電的。在水利項目戶外的環境下標注存儲溫度沒有意義。

 

另外,电子産品的工作温度范围从侧面也反映了内部元器件选型的性能标准,经过大量的比较,标注70度和標注80度工作溫度範圍的比較,經長期和大量各種場景下的使用,具可統計的分析,可靠性或者是損壞率有著非常明顯的差別。

3,抗感應雷擊和電磁兼容性

水利項目的編碼器大多都是暴露在空曠的大地中,在春夏季雷雨較多時節,打雷的感應電磁場很有可能沿著水面傳導,對編碼器周邊環境造成電氣沖擊,這就需要編碼器經過電磁兼容性認證,其中靜電放電、快速脈沖群測試,是把雷擊感應簡單物理化後實驗測試。

水利項目的自動化選型,有各種類型的PLC、大型電機、電磁抱刹電磁閥等,尤其還會有潮濕、灰塵等較差的環境,編碼器信號電纜至控制櫃大部分有十幾米,有些是幾十米,這對于編碼器長期對各種電氣抗幹擾能力提出很高的要求。編碼器的電磁兼容性測試,帶著較長的編碼器電纜共同測試。

對于編碼器的電氣抗幹擾特性,對應的國際標准是電磁兼容性EMC標准,其中的測試項目例如靜電沖擊,快速脈沖群沖擊,是把雷擊感應分解成各種物理特性對編碼器進行測試。EMC同樣需要有國際標准組織認可的第三方認證,例如德國TUV萊茵實驗室的認證。 

 4,抗振動沖擊等級

 

小浪底水庫開閘沖沙,圖片由網友老王頭提供

 

上圖是黃河小浪底水庫閘門開啓時,巨大的水力沖擊帶來巨大的轟鳴聲,現場閘門的振動是很大的

 

虹口港主閘油缸上的精浦編碼器

再看這種直接將編碼器安裝在油缸設備上,油缸開啓時的振動也是很大的,同樣也對編碼器的抗振等級提出很高的要求。因此,要求編碼器的抗振動、抗沖擊等級也需要達到國際標准。抗振動等級是10G,抗沖擊等級是100G。這是國際標准,所以需要有第三方測試認證。

TUV萊茵測試的精浦編碼器抗振動與沖擊認證報告

 

5,雙信號輸出雙重確認——推薦編碼器雙信號輸出

例如一路數字信號,另一路是模擬量信號,可以實現現場和遠端雙看、互相確認,數字信號可以保證數字准確不受幹擾,而模擬量信號現場有電工師傅萌f用表也能量測,可以快速判斷編碼器的是否正常工作。這對于水利自動化的現場緊急檢查是非常重要的。

 

6,對水利自動化編碼器供應商的要求

编码器産品的品质可靠性,需要有可追溯的质量管理体系与全生命周期服务的保障。

水利项目工作环境复杂难度高,社会责任大,自动化控制的性能可靠性要求高,马虎不得一点点,不然社会责任后果很严重,提供自动化控制系统及産品的厂家,一是要有全面的质量管理体系保证,需要有第三方品质管理认证。另一方面需要有産品全生命周期服务。

水利自動化需要全生命周期服務,需要長期的在水利系統服務應用業績與經驗積累,從幫助用戶選型開始,就要以終爲始,從水利應用複雜的場景爲用戶准確選型。其次,有品質保障的各種第三方認證證書,可保證項目的調試周期,按時交驗項目。在項目驗收後仍然可保證現場響應與服務,在水利項目長期的使用中,現場使用指導,服務,維護保養,更換與改造項目銜接,等等的全生命周期跟蹤服務。這需要有長期在水利系統服務積累的社會責任心。

 

 

感謝上海及上海周邊數百個水閘自動化,他們對我們精浦的值多圈編碼器的信任!感謝全國各地水利閘門已選用了數千上萬個上海精浦的值多圈編碼器,它們默默無聞地、十年如一日地守護著各個城市、鄉村不被水淹。

水利自动化对编码器産品的品质可靠性要求高、社会责任重大。而为了更多的普及化推广使用,産品定价又不能高——这是做自动化的社会责任,不是生意经。

我們已經爲上海、爲全國水利自動化服務了18年。我们用産品品质的可靠性和全生命周期服务的负责任精神,为全国的水利自动化服务。

下雨了,暴雨又要來了,你的城市還會有積水看海” ?

这里有自动化、数字化技術。

這裏有我們自動化人的付出。

 

我爲上海而驕傲!

我爲自動化爲城市服務而驕傲!

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