首页·永利娱乐平台·首页· 计算机技术 · 闸门自动控制系统在河网地区截污工程中的应用 郭 坤 曾新民 方阳生 (中山市规划设计院，中山 528400) 摘要 介绍在河网地区采用闸门自动控制系统进行截污的技术。将分散的闸门信息远传至中 心控制室，根据闸门井内水位、河涌水位、降雨量等信息远程 自动或手动控制闸门开关，实现河网地 区的污水截流。 关键词 截流式合流制排水管网 截污 远程 自控 闸门 0 引言 南方河网地区一般降雨频繁、降雨量大、地下水 近年来随着经济的发展和环保意识的提高，国 位和河涌水位较高，地面与河涌最高水位的高差很 内开始重视污水的治理，在老城市改造中，普遍采用 小，截污设施的选择较为困难 。在截污系统建设初 沿水体岸边建设截流干管，在原有排水管出口段设 期，由于闸门的造价相对较高，难以保证及时启闭， 置截流设施 ，将污水引入截污干管，送人污水处理厂 而没有被采用。所采用的溢流井、拍门等设施，在实 处理 。这种对合流制系统的截流式改造在污水系统 际运行中易发生漏污和倒灌，抬高堰顶后又易造成 建设初期具有易于实施、见效快、可使污水系统尽快 排水管上游积水 。由此造成污水处理厂进水浓度普 运转等特点，在我国南北地区均有广泛应用。 遍偏低 ，处理效果不好，难以正常运行。在这种情况 截流设施的功能是使原有排水系统中的旱流污 下，南方很多河网地区的城市，如苏州、杭州、中山 水和雨季时一定截流倍数的雨水通过截流管进入污 等，都已开始进行雨污分流改造，规划远期实行完全 水系统，同时所设置的截流设施既要不阻碍原有系 的雨污分流排水体制。雨污分流改造需要一个过 统的雨天排水能力，又要能防止雨季河水倒灌。 程 ，在有些地方也极为困难 。在分流改造之前和改 截流设施一般 由截污设施、防倒灌设施和限流 造难以进行的地方，仍然需要进行截污，因此有必要 设施组成。截污井 内设槽、堰或闸门等；防倒灌设施 改进现有的截污设施 。 采用拍门、鸭嘴阀等；限流设施有堰、小 口径喉管、旋 1 闸门截污系统 流调节阀、控制闸等。在南方河网地区常用的截污 在前述的几种截污和防倒灌设施中，闸门截污 和防倒灌设施有溢流堰、闸门井、拍门和鸭嘴阀，这 具有 以下两个优点：一是闸门密封性较好，平常关闭 几种设施的优缺点见表 1。 时，不存在河水倒灌的问题；二是闸门不阻水，打开 时，保持原有的排洪能力。这些特点使之适合于在 表 1 河网地区常用截污和防倒灌设施 河网地区截污应用，但 由于人工管理困难 的原因，在 设施 优点 缺点 以往 的截污工程中很少被采用。 构造 简单 ，无 需 堰的高程难以确定，高时易 溢流堰 维护 阻水，发生水浸 ；低时既容易 采用闸门截污时，一条河涌或一个流域可能需 倒灌又容易漏污 要多个闸门，如何在恰当的时机 ，及时开启或关闭闸 排水顺畅，双向止 造价较高，在人工控制下， 门并控制合适的开启度，是闸门在截污系统中应用 闸门 水严密 难以保证闸门的及时开启和 ， 防倒灌 关闭 的关键。当前信息网络发达，多点分散闸门的远程 ，维护管理困难 自控不再是障碍。 拍 门 造价低 逆 向止水不严密，易被卡 ， 水阻低 住， 引起倒灌 1．1 闸门自控系统构成 鸭嘴阀 水阻低，逆向止水 造价高 闸门自动控制系统能够根据 闸门井 内水位、 严密 ， 易被卡住，引起倒灌 河涌水位和降雨量信息 自动控制闸门开启或关 给水排水 Vo1．38 No．4 2012 121 闭，实现污水截流和排洪的自动控制 。系统 由总 动控制闸门启闭。 控端、各远程闸门终端和信息采集点组成。总控 闸门运行控制如下：①H ≤H，时：闸门保持关 端置于中心控制室，负责依据信息运算判断发送 闭；②H H 时：Hm10mm且H 2．5in，闸门 指令 。远程 闸门终端就是各 闸门井 ，每座闸门井 保持关闭；否则，闸门开启；③当水位下降至 H 一 内装有一套电动闸门和一个超声波液位计。信息 H 且 △H 一0时，延时5rain关闭闸门。 采集点有河涌水位信息采集和降雨量采集。河涌 其中，H 为降雨量，△H 为单位时间增加雨 水位信息采集点根据河涌情况和闸门分布数量设 量，H 为井内水位，H 为涌内水位 。 置 ，当只有一个 闸门或几个距离较近、涌水位相差 上述参数是初始运行参数，系统运行信息有 日 不大时可共用一个河涌水位信息；当河涌较长，闸 志记录，在系统运行一段时间后，这些参数根据系统 门较分散时，可在河涌首尾两个 闸门井外设置超 运行记录予以调整 。 声波液位计，采集河涌水位信息，其余闸门井外水 2 闸门电气系统设计 位信息可依据所在位置 内插计算得到。降雨量信 2．1 供 电 息通过 自动雨量计获取，自动雨量计可置于总控 闸门终端一般沿河涌两岸散列分布，其启闭机 室房顶。为了较好的通信稳定性，线路租用电信 及仪表 自控用电采用低压 380v／22oV 电缆供电， 运营商网络。系统示意如图1。 电源就近取 自市政公共 电源。PLC控制柜 自带不 间断电源(UPS)，可提供 2h在线式不间断电源给 工作站作备用电源 ，当主电源中断时，可至少维持 60rain自控操作 。 2．2 系统分层控制结构 闸门远程监控系统主要 由数据采集系统、闸门 启闭机控制系统、安防报警系统、数据通信系统等几 部分组成 。系统采用分层控制结构，由中央监控计 算机、一个 PLC控制主站和各个 闸门远程子站、现 场设备组成。 2．2．1 中控计算机 中控室可就近置于附近的排水值班室，如泵房 控制室、水利值班室等，也可以集成至统一的排水管 理中央控制室。如某市崩山涌闸f-I自控系统中，将 PLC主站上位机设在崩山涌排水泵站值班室，另外 通过以太网与市水利信息平台中央监控计算机相 连。PLC主站值班人员和全市中央监控人员均可 图 1 I闸门自动控制系统不蒽 以通过 PLC监控平台实时监控 ，系统有 自动、遥控、 1．2 控制状态 现场手动三种控制方式。 设计闸门可以统一控制或单独控制，具有三种 2．2．2 闸门PLC子站 控制状态 ： 闸f-iPLC子站负责对现场仪表数据的采集，以 (1)现场手动状态，闸门及启闭机须能够回传 及对现场设备进行控制。设备层由现场仪表、闸门 闸门状态(开启度)，在总控端实时显示； 启闭机、安防报警门禁等设备组成。这些仪表设备 (2)远程手控状态，总控室值班人员根据降雨 通过24VDC开关量信号及 4～20mA模拟信号， 和水位情况，远程控制闸门启闭； 把工艺参数、运行状态送到闸门PLC子站。如下位 (3)全 自动控制状态，总控室根据水位信息 自 机控制柜的超声波液位传感器把崩山涌中的水位值 122 给水排水 Vo1．38 No．4 2012 和各闸门的开闭状态送给编码器，编码器对水位及 态下应急处理的方案及手段。 闸门开闭信号进行编码 ，再将编码信号通过 RS一 闸门自动化远程监控系统在 中控室可查看现场 485通讯传给就地控制柜子站 PLC，子站 PLC将数 工艺、电气设备的运行状况 、反映现场运行状况的 据进行初步加工和处理后，基于MODBUSTCP／IP 模拟图、各类统计报表、各类参数的历史和实时趋势 协议的工业以太网，通过以太网模块接人Hub与上 曲线等，可根据历史数据调整系统运行参数至最佳 位机进行通讯，上位机 即崩 山涌排水泵站主站 运行状态。 PIC，经过计算按照要求对各闸门进行控制，就地控 闸门自动控制系统可实现无人或半无人值守， 制柜子站PLC接收到信息后，发出控制信号 自动控 大大减轻了排水设施管理人员的劳动强度 ，提高安 制闸门开启或关闭，达到远程 自动控制或遥控 的 目 全运行水平 。 的。就地控制柜设现场手动按钮 ，可优先对现场设 4 系统应用情况 备进行手动控制 。 该闸门系统最早于 2009年应用于某市城区崩 2．2．3 通讯 山涌的污水截流，崩山涌全长约7．5km，起端两岸 闸门控制系统上位机与下位机之间通讯租用数 地势较高，采用溢流堰截污，效果较好。下游两岸地 据通信运营商的以太网线路互联；下位机以太网网 势较低 ，设计采用闸门截污，排污 口经整合后，有 13 络收发器至上位机以太网网络收发器线路段 由通信 处闸门井，各井外河涌水位采取内插方式计算 。总 运营商负责。下位机与PLC控制柜 内设备之间以 控端置于崩山涌起端的泵站控制室，该系统经过一 RS一485方式通讯 。这样上位机与下位机可以分别 段时间的运行实践，自动控制运行稳定，达到旱流截 通过对现场控制柜的操作来实现对 闸门的近距离和 污，雨季排水要求 。闸门终端示意见图2。 远距离的控制 。闸门开度信号以4～20mA模拟量 格式送至子站 PLC采集。 河涌 2．2．4 设备安防报警系统 设备安防报警系统能监测到前端供电系统的工 作状态，一旦前端供电系统被破坏，系统能将前端断 电信息上报监控中心；系统安装有门禁设备，如果 PIC控制柜箱门、闸门防盗螺丝和启闭机防盗罩被 撬打开，系统会 向中心控制室监控系统上报被撬 a平面布置 信息。 3 闸门 自动控制系统特点 闸门自动控制能够对主要设备的运行状态和参 数、水位、降雨信息定时采集，并存于实时数据库，供 计算机系统实现画面显示、制表打印及完成各种计 算、控制等功能时使用。系统依据水位、降雨信息控 制闸门启闭，可以最大限度地截污，也可以有效地防 止积水和河水倒灌 。比如在降雨初期或小降雨量时 保持闸门关闭，在井 内水位上升至安全限值时及时 打开闸门，在河涌水位高于管网水位时保持关闭。 系统控制分三层实现，即中央控制、基本控制和 就地控制，运行稳定。实现对包括闸门等设施 内的 I 垦 全部仪表和机 电设备的监控，提供工程范围内主要 b闸门井剖面 设备运行工况的实时监视，提供故障报警和事故状 图2 闸门终端示意 给水排水 Vo1．38 No．4 2012 123 该闸门自动截污系统在崩山涌实现后 (系统界 不平会导致 闸门漏水 。 面见图3)，很快得到认可并被推广。在坦洲河北岸 5．4 其他 截污工程中，设置有 9个 自控 闸门，并与南岸的7个 设计时要注意井面高程和管底高程 的距离，要 闸门统一控制 。此项工程的工程质量有 了很大的提 保证闸门能够完全打开，必要时可部分抬高井面高 高，闸门密封性很好，系统运行稳定可靠。现在，三 程 ，有隐蔽需要时可采取绿化 围护遮挡 。每个启闭 乡、板芙、大涌等镇区都已开始采用此项技术，仅在 机应设置保护罩，保护罩兼具防盗报警功能和保护 2011年就有 5项截污工程 ，共 3O多个排污 口采用 功能。有条件时可在闸门井内和井外分别设置监控 此种截污方式 。 摄像头，分别用于查看井 内情况和防盗。 该系统还存在一项缺点有待改进，所采用限流 设施是小 口径喉管，在降雨排水期并不能控制截流 倍数 。因此，有条件 的应考虑增加 电动控制 阀门或 旋流阀等限流设施 ，实现对截流倍数的控制。 6 结语 闸门自动截污系统较好地解决了拍门漏水和溢 流堰阻水的问题，并且能够根据水位和降雨量信息 自动控制闸门启闭，较好地实现了南方河网地区的 图3 『门 自动控制系统界面 污水截流问题。 5 设计注意问题 5．1 选型 j={电话 该闸门自控系统中对 闸门及 闸门井质量要求 E-mail： 较高，闸门需采用镶铜双 向止水闸门，在河涌水位 收稿 日期 ：2011—12—05 高于井内水位时，闸门处于防倒灌状态，因此设计 ， ” “ ” ” “+ “ “+ “．卜” ” “ ” ” ” ” “_卜“_卜” ” 、‘‘ + + 时应适当提高反 向止水水头要求。闸门控制机构 ；新安江水质保护跨省生态补偿工程启动 ； 是闸门的核心，电机户外防护等级需达到 IP67， + 应采用质量较好 的大厂产 品。为满足 闸门开启 t 为保住长三角大水缸千岛湖的水质，据统计，近些t {年黄山拒绝的投资有40多项，投资总额超过40亿元。； 度控制要求 ，闸门位置指示器需采用小模数配换 2008年 ，财政部、环保部开始酝酿在新安江流域首推跨 齿轮组 ，并用精密电位器完成闸门位置的电信号 t省生态补偿。这一新政的推行在我国现有的法律、法规 十 反馈 。 j和政策尚属空 白。经过 4年的磋商、磨合 ，一套中央及 j 闸门可根据需要选用明杆或暗杆 。暗杆美观， i两省共同认可的规则终于在2012年初成型。其主要内i 但不易于观察闸门动向。闸门井设计时要兼顾功能 {容是 ：中央财政支出3亿元用于新安江治理。3年后，若 { 的使用和对河岸景观的影响。 t两省交界处的新安江水质变好，浙江地方财政再划拨安 徽 1亿元；若水质变差 ，安徽划拨浙江 1亿元；若水质没 5．2 选材 ；有变化，则双方互不补偿。这意味着全中国第一个跨省 ； 闸门终端一般位于野外，材质选用上需注意防 {流域生态补偿进入实质操作阶段。黄山市为保护新安 { 腐。闸门材质应采用球墨铸铁，防护罩、丝杆等主要 j江将于今年2月底拆除新安江5000只网箱，村民转而 ； 外露材质应选用不锈钢，螺钉、螺母、预埋件等铁质 i依靠生态旅游觅出路 ；沿江两岸已组建了7支专业打捞 i 配件应采用热浸镀锌处理。 {队，专 门负责清理江面垃圾，并在沿江 1O个乡镇建起垃 + 5．3 施工 t圾中转站或焚烧炉，100个村庄有了专业保洁队，收集村 闸门井是闸门的基座，其施工质量影响到闸门 i里的生活垃圾送往处理场；在黄山全境，威胁江水的造 i ；纸、印刷、纤维板、水泥四大类工厂全部被关闭。 ； 的密封性能和使用寿命，如果井壁不垂直，闸门安装 t (通讯 员 朱 彤)t 精确度差，闸门的启闭会造成丝杆过早损坏。井壁 124 给水排水 Vo1．38 No．4 2012

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