水利自動(dòng)化有哪些注意重點(diǎn)

這是在城市化后，城市水利治理的大問(wèn)題?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)，是城市化人口將超過(guò)總?cè)丝诘?/span>50%。每個(gè)城市的人口高速增長(zhǎng)，也給城市水利科學(xué)設(shè)計(jì)與管理帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。

上海作為全國(guó)大的2千多萬(wàn)人口的超大城市，在城市水利管理上面已經(jīng)走在了世界的前列，上面所說(shuō)的“過(guò)去的上海”已經(jīng)不再發(fā)生！

上海是怎么做到了“”的城市水利先進(jìn)管理水準(zhǔn)的？

這里有科學(xué)設(shè)計(jì)與管理，這里有自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)。

一，水是城市生命的緣，治水是城市的良心。

智者樂(lè)水，仁者治水。

城市化要發(fā)展離不開(kāi)管理“水”。

中華民族有著治水的傳統(tǒng)，才得以延續(xù)生存，發(fā)展。

大禹治水，使得中華民族在中原大地安頓下來(lái)，開(kāi)始了農(nóng)耕大時(shí)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(guó)爭(zhēng)霸的蜀國(guó)與諸葛亮的故事。

兩大詩(shī)人白居易、蘇東坡歷*在杭州大興城市治水，疏浚杭州西湖至錢塘江，留下了調(diào)蓄城市雨水、河水、湖水的美麗的西湖。為紀(jì)念白居易和蘇東坡，他們?cè)诤贾葜嗡畷r(shí)堆積的河堤，被稱為“白堤”和“蘇堤”，并留下膾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(shī)句：

水光瀲滟晴方好，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后，在蘇堤上向著西湖的得意詩(shī)作。

“欲把西湖比西子，淡妝濃抹總相宜”。為民治水，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多年前為上海這座城市修建了水利疏浚系統(tǒng)，利用河流的潮汐水位的落差，自然調(diào)節(jié)水流。原來(lái)上海700多年前就已經(jīng)開(kāi)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(diào)節(jié)河道水流緩急疏浚河道的辦法，放在今天，我們稱為“生態(tài)流量”管理城市河道。

在今天在上海，我們上海精浦機(jī)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多年前上海先民們做著同樣的事，只是我們加上了現(xiàn)代化技術(shù)——自動(dòng)化閘門控制技術(shù)管理水閘，并全上海的閘門數(shù)字化城市水利系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)了。

水利自動(dòng)化是可靠性和責(zé)任心，是良心工程。

水利的自動(dòng)化技術(shù)并不復(fù)雜，技術(shù)亮點(diǎn)似乎不高，但是系統(tǒng)的可靠性要求高，需十年如一日的可靠，因?yàn)樗詣?dòng)化的社會(huì)責(zé)任重大。其中，數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)是亮點(diǎn)，如何產(chǎn)品選型是重點(diǎn)。

十年如一日的責(zé)任，它遠(yuǎn)比央視春晚的四個(gè)小時(shí)的舞臺(tái)自動(dòng)化可靠性要求更高，社會(huì)意義更大。

水利是干什么的？

喝水、生活用水——水庫(kù)；

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(tài)流量。

在農(nóng)村在西北，水利自動(dòng)化還要擔(dān)負(fù)起方圓幾百公里的農(nóng)村水利灌溉與計(jì)量核算。

所有這些都離不開(kāi)圍積蓄水——水打開(kāi)——開(kāi)度調(diào)節(jié)——水位控制——水流落差流動(dòng)。

水利的“水”就是閘門，水的開(kāi)度大小，就是閘門開(kāi)度的自動(dòng)化高度控制，自動(dòng)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(guó)水利上經(jīng)過(guò)二十多年的各種高度傳感器比較后，已經(jīng)證實(shí)了用值多圈編碼器是經(jīng)濟(jì)可靠的，已沒(méi)有爭(zhēng)論。

而全上海所有閘門的開(kāi)度高低的調(diào)節(jié)控制，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)，關(guān)系到全上海各個(gè)河道地區(qū)的水位高低的調(diào)節(jié)。

包括與上海周邊城市浙江的嘉興與江蘇的蘇州的水利聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)。

二。超級(jí)工程長(zhǎng)江口青草沙水庫(kù)

——城市水源從哪里來(lái)？

——處于長(zhǎng)江入?？诘慕行牡那嗖萆乘畮?kù)，實(shí)現(xiàn)全上海市民70%以上的生活供水的水源地，送往全上海各個(gè)區(qū)的16個(gè)水廠。

上海青草沙水庫(kù)，位于長(zhǎng)江入海口的江心。

青草沙水庫(kù)兩端相距十幾公里，圍一圈四十公里，水庫(kù)容量大于十個(gè)西湖。

超級(jí)工程青草沙水庫(kù)在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者就面臨著三大難題：

1，上海雖然是屬于江南水鄉(xiāng)，但是缺少水源，面對(duì)滾滾長(zhǎng)江，卻已經(jīng)是長(zhǎng)江的下游了，長(zhǎng)江水裹挾著從上游沖下來(lái)的泥沙和一路排放的污水、上游城市人的“洗腳水”，一起混在江水里流了下游來(lái)。

這如何能在長(zhǎng)江滔滔大流中心找到其中的好水，從中取出無(wú)數(shù)瓢，留下來(lái)并送給上海市民享用？

2，長(zhǎng)江口外面就是大海，每年會(huì)有海水咸潮突然返流，海水鹽分是不能進(jìn)入水庫(kù)的，不然很難清理。當(dāng)咸潮出現(xiàn)時(shí)，必須立刻關(guān)閉所有閘門，不得有任何差錯(cuò)。

3，長(zhǎng)江口處于海邊，海風(fēng)帶有鹽分，每年還有臺(tái)風(fēng)暴雨、雷擊感應(yīng)，這對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)使用的自動(dòng)化電子產(chǎn)品的可靠性是極大的考驗(yàn)。在暴雨臺(tái)風(fēng)時(shí)候，是無(wú)法再上去檢修更換電子部件的。

帶著這幾個(gè)問(wèn)題，就需要設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)科學(xué)的調(diào)度，自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)控制水庫(kù)上下游的十幾個(gè)閘門開(kāi)度大小，保持流水不腐，留下好水，排出泥沙，放掉臟水，堵住咸潮返流。而且上下游閘門相距十幾公里，兩端的閘門開(kāi)度調(diào)節(jié)不僅僅是要實(shí)現(xiàn)可靠的自動(dòng)化控制，而且還需要數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動(dòng)。

所以，閘門自動(dòng)化控制及系統(tǒng)可靠性，對(duì)于青草沙水庫(kù)運(yùn)行成功與否極為關(guān)鍵。

水閘高度控制是由左右兩個(gè)開(kāi)度傳感器檢測(cè)高度，同步糾偏的提升或者下降。開(kāi)度傳感器是通過(guò)一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)的拉繩傳感器機(jī)構(gòu)和值多圈編碼器組成。

值多圈編碼器的信號(hào)進(jìn)入近地的控制柜，由PLC控制左右液壓油缸同步啟閉，不能發(fā)生任何傾斜，如果大閘門左右高度發(fā)生傾斜就有可能卡死閘門，一旦發(fā)生閘門卡死，這就要有兵哥哥上來(lái)處理了。這需要對(duì)左右兩個(gè)油缸高度的傳感檢測(cè)的準(zhǔn)確性，并且始終調(diào)節(jié)兩邊油缸的液壓流量，保持左右油缸的位移同步上下啟閉閘門。

這必須要用可靠的機(jī)械式值多圈編碼器，因?yàn)椴辉试S數(shù)據(jù)有錯(cuò)，在閘門安裝調(diào)試好以后，是再也沒(méi)有“開(kāi)機(jī)找零”這樣的機(jī)會(huì)了。設(shè)想一下，兩個(gè)油缸只要有一個(gè)油缸高度反饋是錯(cuò)誤的，這門還怎么能動(dòng)的去找零位？

而在現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，例如外殼的防水防塵IP保護(hù)等級(jí)，外殼材質(zhì)的防海風(fēng)侵蝕，甚至還有鳥糞腐蝕；例如抗感應(yīng)雷擊的電磁兼容性EMC基本測(cè)試認(rèn)證；例如夏季長(zhǎng)期暴曬的工作溫度范圍；例如水閘開(kāi)動(dòng)時(shí)受水流激烈沖擊的巨大的振動(dòng)，抗振動(dòng)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，例如編碼器的輸出信號(hào)有兩路輸出，便于現(xiàn)場(chǎng)緊急檢查。等等。

青草沙水庫(kù)交付使用近十年了，這么大的水庫(kù)三班倒的管理人數(shù)僅幾十人，自動(dòng)化程度很高，長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性得到了印證。它保證了上海超過(guò)70%以上的人口的用水，從此自來(lái)水管放出來(lái)的水不再有“咸味”。

三，外灘虹口港泵閘

——城市如何防止暴雨后的積水“看海”

城市如何治理河道黑臭。

這里是外灘虹口港泵閘，我們圖片面對(duì)的是黃浦江和對(duì)岸——上海的標(biāo)志東方明珠塔，而另一邊是虹口區(qū)100萬(wàn)居住人口和繁華的商業(yè)大街。這座泵閘，就是保衛(wèi)我們面前的虹口區(qū)不會(huì)因?yàn)楸┯甓e水“看海”的守護(hù)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(gè)油缸啟動(dòng)高低，并且還是個(gè)弧形閘。閘門自動(dòng)化控制也是與青草沙水庫(kù)相似的，由PLC控制左右雙油缸同步糾偏的開(kāi)閉水閘。另外，虹口港泵閘還配置了三個(gè)大功率水泵，每個(gè)水泵前后也有多個(gè)閘門。它有兩個(gè)作用，其一是在暴雨來(lái)臨之前，關(guān)閉內(nèi)河外河水閘，用大力水泵將市區(qū)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(dāng)暴雨來(lái)時(shí)繼續(xù)大力排水，保持下水水位不會(huì)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，多路并行的加大排放流量。

“大力神”水泵，處于負(fù)八米的與下水道一個(gè)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(gè)作用，是河道的生態(tài)流量控制，這就是像700年前上海元代水閘做著同樣的事，不過(guò)我們已有更先進(jìn)的技術(shù)，主動(dòng)式自動(dòng)化泵取和潮汐大數(shù)據(jù)管理。這里的泵閘利用黃浦江潮汐水位高低的變化，以及雙向大力水泵的抽取，通過(guò)關(guān)閘門蓄水，等到水位有一定的落差時(shí)再開(kāi)閘放水，由于有落差，水流較急，起到了沖擊河道淤積的作用，并且流水不腐的防治城市河道黑臭發(fā)生。

通過(guò)江河潮汐和城市水位大數(shù)據(jù)積累科學(xué)調(diào)度生態(tài)流量。黃浦江的潮汐大約是十個(gè)小時(shí)多一次，每天兩次的泵閘配合，以城市大數(shù)據(jù)積累，計(jì)算出合理的蓄水放水時(shí)間，保持了市區(qū)河道的生態(tài)流量的流動(dòng)，戶樞不蠹、流水不腐，上海的河道已經(jīng)不再黑臭。 

這些都需要自動(dòng)化控制，并且全市河道泵閘的聯(lián)網(wǎng)。

在全上海，浦東、虹橋兩大機(jī)場(chǎng)、全市市區(qū)各個(gè)河道、各個(gè)工業(yè)園區(qū)、黃浦江上游、淀山湖流域直至太湖東山，都有這樣一個(gè)個(gè)的泵閘站，綜合有幾百個(gè)水閘閘門，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制和數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)。

圖片——虹橋機(jī)場(chǎng)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(jīng)與上海水利實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)。

四、水利自動(dòng)化編碼器選型的幾個(gè)重點(diǎn)

水利自動(dòng)化的關(guān)鍵是閘門的開(kāi)度調(diào)整與數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)，值多圈編碼器是關(guān)鍵傳感器，又因?yàn)槭窃趹敉猸h(huán)境下需要長(zhǎng)期可靠的使用，水利自動(dòng)化編碼器的選型就極為重要了。

1，防水防塵的IP保護(hù)等級(jí)，以及外殼材料

水利項(xiàng)目肯定是和水有關(guān)，防水的防護(hù)等級(jí)當(dāng)然相當(dāng)重要，編碼器的外殼要達(dá)到IP67的防護(hù)等級(jí)，必須是無(wú)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(huì)對(duì)編碼器的防護(hù)等級(jí)有所要求，再有就是汛期水閘開(kāi)閘放水巨大的水霧也相當(dāng)于是編碼器接受水淋，所以防護(hù)等級(jí)非常重要，需要強(qiáng)調(diào)的是IP防護(hù)等級(jí)是標(biāo)準(zhǔn)，需要有經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)組織認(rèn)可的第三方認(rèn)證的證明。例如可以由德國(guó)TUV萊茵實(shí)驗(yàn)室測(cè)試認(rèn)證。 

IP67第三方實(shí)驗(yàn)認(rèn)證報(bào)告

2，工作溫度范圍

因?yàn)樗l大多是露天環(huán)境下的，編碼器大都是暴露在露天的環(huán)境下工作，多加一個(gè)罩殼，不像很多自動(dòng)化產(chǎn)品是為工廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)的，呆在工廠較好的環(huán)境下。水利自動(dòng)化編碼器在夏天要經(jīng)受長(zhǎng)期的高溫暴曬，所以對(duì)工作溫度的要求也是非常嚴(yán)苛的，汛期往往是大伏天，有些地區(qū)蕞高溫度可達(dá)到40度以上，編碼器必須經(jīng)受烈日下長(zhǎng)時(shí)間的暴曬，長(zhǎng)期在高溫下工作，這就需要編碼器經(jīng)過(guò)高溫通電工作測(cè)試。

這里的工作溫度測(cè)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(zhuǎn)動(dòng)編碼器軸數(shù)據(jù)輸出正常。存儲(chǔ)溫度的測(cè)試是無(wú)需通電的。在水利項(xiàng)目戶外的環(huán)境下標(biāo)注存儲(chǔ)溫度沒(méi)有意義。

另外，電子產(chǎn)品的工作溫度范圍從側(cè)面也反映了內(nèi)部元器件選型的性能標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)大量的比較，標(biāo)注70度和標(biāo)注80度工作溫度范圍的比較，經(jīng)長(zhǎng)期和大量各種場(chǎng)景下的使用，具可統(tǒng)計(jì)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(yīng)雷擊和電磁兼容性

水利項(xiàng)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(shí)節(jié)，打雷的感應(yīng)電磁場(chǎng)很有可能沿著水面?zhèn)鲗?dǎo)，對(duì)編碼器周邊環(huán)境造成電氣沖擊，這就需要編碼器經(jīng)過(guò)電磁兼容性認(rèn)證，其中靜電放電、快速脈沖群測(cè)試，是把雷擊感應(yīng)簡(jiǎn)單物理化后實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

水利項(xiàng)目的自動(dòng)化選型，有各種類型的PLC、大型電機(jī)、電磁抱剎電磁閥等，尤其還會(huì)有潮濕、灰塵等較差的環(huán)境，編碼器信號(hào)電纜至控制柜大部分有十幾米，有些是幾十米，這對(duì)于編碼器長(zhǎng)期對(duì)各種電氣抗干擾能力提出很高的要求。編碼器的電磁兼容性測(cè)試，帶著較長(zhǎng)的編碼器電纜共同測(cè)試。

對(duì)于編碼器的電氣抗干擾特性，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)，其中的測(cè)試項(xiàng)目例如靜電沖擊，快速脈沖群沖擊，是把雷擊感應(yīng)分解成各種物理特性對(duì)編碼器進(jìn)行測(cè)試。EMC同樣需要有標(biāo)準(zhǔn)組織認(rèn)可的第三方認(rèn)證，例如德國(guó)TUV萊茵實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證。 

 4，抗振動(dòng)沖擊等級(jí)

小浪底水庫(kù)開(kāi)閘沖沙，圖片由網(wǎng)友老王頭提供

上圖是黃河小浪底水庫(kù)閘門開(kāi)啟時(shí)，巨大的水力沖擊帶來(lái)巨大的轟鳴聲，現(xiàn)場(chǎng)閘門的振動(dòng)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(shè)備上，油缸開(kāi)啟時(shí)的振動(dòng)也是很大的，同樣也對(duì)編碼器的抗振等級(jí)提出很高的要求。因此，要求編碼器的抗振動(dòng)、抗沖擊等級(jí)也需要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。抗振動(dòng)等級(jí)是10G，抗沖擊等級(jí)是100G。這是標(biāo)準(zhǔn)，所以需要有第三方測(cè)試認(rèn)證。

TUV萊茵測(cè)試的精浦編碼器抗振動(dòng)與沖擊認(rèn)證報(bào)告

5，雙信號(hào)輸出雙重確認(rèn)——推薦編碼器雙信號(hào)輸出

例如一路數(shù)字信號(hào)，另一路是模擬量信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)端雙看、互相確認(rèn)，數(shù)字信號(hào)可以保證數(shù)字準(zhǔn)確不受干擾，而模擬量信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)有電工師傅拿萬(wàn)用表也能量測(cè)，可以快速判斷編碼器的是否正常工作。這對(duì)于水利自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)緊急檢查是非常重要的。

6，對(duì)水利自動(dòng)化編碼器供應(yīng)商的要求

編碼器產(chǎn)品的品質(zhì)可靠性，需要有可追溯的質(zhì)量管理體系與全生命周期服務(wù)的保障。

水利項(xiàng)目工作環(huán)境復(fù)雜難度高，社會(huì)責(zé)任大，自動(dòng)化控制的性能可靠性要求高，馬虎不得一點(diǎn)點(diǎn)，不然社會(huì)責(zé)任后果很嚴(yán)重，提供自動(dòng)化控制系統(tǒng)及產(chǎn)品的廠家，一是要有全面的質(zhì)量管理體系保證，需要有第三方品質(zhì)管理認(rèn)證。另一方面需要有產(chǎn)品全生命周期服務(wù)。

水利自動(dòng)化需要全生命周期服務(wù)，需要長(zhǎng)期的在水利系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用業(yè)績(jī)與經(jīng)驗(yàn)積累，從幫助用戶選型開(kāi)始，就要以終為始，從水利應(yīng)用復(fù)雜的場(chǎng)景為用戶準(zhǔn)確選型。其次，有品質(zhì)保障的各種第三方認(rèn)證證書，可保證項(xiàng)目的調(diào)試周期，按時(shí)交驗(yàn)項(xiàng)目。在項(xiàng)目驗(yàn)收后仍然可保證現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)與服務(wù)，在水利項(xiàng)目長(zhǎng)期的使用中，現(xiàn)場(chǎng)使用指導(dǎo)，服務(wù)，維護(hù)保養(yǎng)，更換與改造項(xiàng)目銜接，等等的全生命周期跟蹤服務(wù)。這需要有長(zhǎng)期在水利系統(tǒng)服務(wù)積累的社會(huì)責(zé)任心。

 六

感謝上海及上海周邊數(shù)百個(gè)水閘自動(dòng)化，他們對(duì)我們精浦的值多圈編碼器的信任！感謝全國(guó)各地水利閘門已選用了數(shù)千上萬(wàn)個(gè)上海精浦的值多圈編碼器，它們默默無(wú)聞地、十年如一日地守護(hù)著各個(gè)城市、鄉(xiāng)村不被水淹。

水利自動(dòng)化對(duì)編碼器產(chǎn)品的品質(zhì)可靠性要求高、社會(huì)責(zé)任重大。而為了更多的普及化推廣使用，產(chǎn)品定價(jià)又不能高——這是做自動(dòng)化的社會(huì)責(zé)任，不是生意經(jīng)。

我們已經(jīng)為上海、為全國(guó)水利自動(dòng)化服務(wù)了18年。我們用產(chǎn)品品質(zhì)的可靠性和全生命周期服務(wù)的負(fù)責(zé)任精神，為全國(guó)的水利自動(dòng)化服務(wù)。

下雨了，暴雨又要來(lái)了，你的城市還會(huì)有積水”看海” 嗎?

這里有自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)。

這里有我們自動(dòng)化人的付出。

我為上海而驕傲！

我為自動(dòng)化為城市服務(wù)而驕傲！