水闸系统的可靠性

【摘　要】为了有效提高水闸的可靠性,保证水闸的安全运行,本文将对水闸的特点、水闸系统硬件与软件的可靠性方面进行讨论,以期为水闸的安全监测与可靠性评价工作提供理论支持.

【关 键 词】水闸系统；特点；可靠性分析

水闸的作用在于调节水位、控制水量,同时还要求具有挡水与泄水的功能,在防洪、治涝、供水等方面都发挥了非常关键的作用.由于水闸自身的特点,要求水闸在满足安全性要求时,还具有较强的适用性与耐久性,也就是前文所提到的可靠性.与一般的混凝土大坝比较而言,水闸在结构、荷载等有着其明显的区别.所以,已有的相关安全监测技术规范中的条款未能对水闸的可靠性监测进行有效监督,即使有些规定设置了相关的章节,但内容过于简单,可操作性不足.鉴于此,对水闸的特点进行分析是非常有必要的,应充分运用相关专业的科研成果对水闸系统的可靠性进行研究,为水闸的安全运行奠定基础.

1.水闸系统的特点

1.1结构与材料

水闸由三个部分组成,分别是闸室、上连接段游和下游连接段.水闸的主体是由钢筋混凝土与钢结构构建而成的梁板薄壁结构.而且,水闸的钢筋用量、金属结构都比一般的大体积混凝土大坝要多,体型却相对单薄,而且由于存在用于启动与闭合等活动部件与机电设备较多,相应的发生振动、冲刷、锈蚀的可能性会有所增加,应重点注意.

1.2荷载及作用

1.2.1基本荷载

水闸的基本荷载包括正常或设计水位下的水重、静水压力,风压力等多种来源的荷载,而在考虑基本荷载时,需要对以下几个问题提起注意：

第一,水中的含沙量对水重有一定影响.

第二,排水闸与挡潮闸等,单向挡水是不够的,需要双向挡水.

第三,水压力对于水重的岸墙稳定有比较明显的影响,而且水压力的大小和分布均与土体形状等有关系.

第四,水闸的运行时间一旦发生变化,那么淤沙压力也会相应的有所变化.

第五,要重视风压力与浪压力对水闸的动力作用.

第六,冰的厚度与温度的变化决定着冰推力的大小,而且结构临水处的几何形状也会影响冰推力.另外,结冰后悔对闸门的顺利开启有一定影响,从而影响水闸的可靠性.

第七,温度、土体力学性质和土壤含水量等因素对岸墙的稳定性的土冻胀力有一定影响.

1.2.2特殊荷载

水闸系统的特殊合作包括校核洪水位下的水重、扬压力、地震等出现可能性较小的其它荷载.

1.2.3环境对水闸系统的作用

另外,空气或水中的请示性气体也会使水闸结构发生老化.而风浪则是与前文所述的作用形成相互促进的关系而加速水闸结构的老化速度.

1.3地基及处理

如果地基对稳定验算和沉降校核的要求不能满足时,应立即采取诸如换土垫层、桩基础等合适的办法进行处理.

2.水闸系统硬件设计可靠性分析

2.1供电线路

水闸系统的正常运行,需要两方面的保障内容,一是供电线路的安全性,二是稳定性.鉴于控制系统的各种基本构成控制元件缺乏抵抗雷击损害的“免疫力”,雷击之后一旦出现严重损害事故,将难以进行修补恢复.所以系统设计首要考虑的因素就是感应雷,其入侵路径多集中于对水闸系统有控制作用的供电线路,所以非常有必要建立接地系统,并安装防雷装置,同时可以采用诸如多级保护等其它措施.

可以通过提高供电质量来实现供电线路的稳定性.闸控现场的供电存在各种不同的不稳定因素,譬如大功率电机的冲击作用等各种原因,供电不稳定的状态通常表现为电压的异常波动.另一方面,也有某系系统的供电采取了PLC控制单元的模式,这种模式是利用电机供电电源或者直接加装开关电源进行供电的.这种供电的方法看似简单,但其中隐藏着提供的电源超过PLC额定输入控制范围之外的隐患因素,同时也可能受到电网系统内部其他用电设备的干扰.就此问题,笔者认为可以通过设置控制单元供电与动力供电两个不同的系统,减少干扰情况的发生,必要时还可以用稳压滤波来保证供电系统的稳定性.

另外,水闸电机的控制方式一般为正反转,这也是相序正确接入主回路相序的重要渠道,但由于主回路必须具备相序检测功能,而且为了提高维护的便利性和保护好闸控电机,水闸电机的控制方式需要综合考虑过压过流的保护以及紧急停机等内容.

2.2现场环境

机械、温湿和布线等工头构成了现场控制柜的工作环境.其中要求较高的防护等级有中低压设备和弱电装置,尤其是弱电装置在温湿度方面要求非常高.而闸控现场,通常来说夏季炎热,冬季寒冷,湿度较大,因此防高温、防冷凝以及防潮工作非常重要.

控制柜元器件在安装布线时,其程序内容包括中低压设备安装间距的控制,对感应元件进行消弧处理,隔离屏蔽的功率线以及柜体的接地等,必须与电气设备安装规范中的要求保持一致.而且,运行作业电机的振动作用对楼板结构的闸控现场容易产生机械干扰作用,因此要求通过增加减振弹簧、橡胶垫脚等方式使控制柜元器件的安装更加牢固.

2.3采集与控制

闸门开度、电参数、水位等共同构成了水闸的远程监控系统前端模拟量的采集的采集对象,然而数据采集的过程中,由于受到分散分布的闸控相关传感器影响,存在着受到外界干扰的明显迹象.因此,笔者认为传感器的选择要做到因地制宜,除了要综合判断传感器是否具备防尘和防震等的环境适应能力,而且还要密切关注测域的精度和量程等.传感器测量精度的主要影响内容是量程,而量程是否与精度的准确联结,需要依靠传动变化装置予以实现,据此笔者建议,在设计和安装说传动变比装置的时候,要将设计重心放于主要构成元件轴承和变比齿轮之上,一是要严格对正轴向联结的机械,如有必要可以增加弹性联轴器.二是要设计自收功能于开度传感器上,同时选择能够满足高度作业环境下抗疲劳强度的弹簧.

3.水闸系统软件设计可靠性分析

水闸系统软件由现地PLC和上位机两个程序构成.现地PLC的主要作用是实现远程监控,处于系统的核心地位,因此对PLC程序提出了较高的要求,除了要求其必须具备常规的控制功能,还要具备数据处理、控制逻辑等功能.

现地PLC的数据处理指的是对模拟量信号的数字滤波,以及对输入开关量信号的防抖动处理.对模拟量信号的数字滤波的常见方式是对模拟信号采取联系多次采样取均值；对输入开关量信号的防抖动方式是对开关量信号在硬件滤波基础上增加软件延时.

反馈检测的主要目的是保证控制信号输出系统之后,具备快速反应于作用对象的能力,而远程操作也具有快速及时通盘了解现场实际情况的要求,因此,快速跟踪和及时反馈现场实际情况的输出控制需要尽快地实现.

控制逻辑的操作,经常性出现,各种冲突行为,譬如正反转的互锁或限位,多级闸门启动顺序的的错乱等,这些冲突行为的避免和减少,需要依靠程序设计予以实现.尤其必须注意的是,在约束启闭动作规范和范围的时候,要以现场实情为基本依据,譬如当地闸门建设标准以及水库要求.

总线通信由现地设备实现,远程通信则依赖于现地与上位机的距离调控,这两方面是系统通信的主要内容.为了使得总线通信和远程通信趋于合理化,要在编程过程中适当延长现地总线通信工作站的相应时间,并在以集中采集单一化的控制相关站点对象为目的,划分控制作业进行中的站点优先等级,保证控制行为有的放矢.最后是设定合理的控制范围,有效掌握通信的次数和数据量,减少数据延时或丢失现象发生的情况,尤其是现地与上位机之间的远程通信,而上位机的操作步骤的化繁为简,将在底层处理部分运算,也是控制系统通信不可或缺的手段之一.

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