分析自动化监控系统在橡胶坝的安全运行中的应用

摘要 橡胶坝是一种采用新型高分子合成材料的坝体，根据现场实际情况确定坝体的尺寸，然后将其锚固进入河床持力层，与河床形成封闭的整体。在需要挡水的时候就像坝体内注入一定量的水将其充胀，形成一个挡水坝，无需挡水时可以将坝体中的水放空，恢复原河道的过水断面。由于这个独有的特点，使得橡胶坝在城市供水、园林美化、防洪以及灌溉等方面有着极为广泛的应用。

关键词 橡胶坝；安全运行；自动化监控系统

中图分类号TV644 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）84-0135-02

在绝大多数的橡胶坝运行过程中都存在着橡胶坝体与混凝土坝体摩擦的现象，这是由于橡胶坝在水流的作用下会产生一定幅度的位移，与坝体也会产生一些碰撞，这就必然导致混凝土表面与橡胶坝的表面都会出现一定的磨损，随着时间的推移橡胶坝体存在着磨破的危险导致其在充水之后起不到挡水的作用。所以橡胶坝在运行的时候首先要考虑的就是水流冲击下橡胶坝体的磨损情况。

1 橡胶坝日常运行管理

1）橡胶坝体在充胀使用前要对坝体内的清洁情况进行检查，尤其是对砂、石等破坏性较大的杂质进行清除，以免造成橡胶坝体在急速的水流冲击之下与混凝土坝体发生剧烈的摩擦而导致橡胶坝体破损漏水；

2）坝袋底部与混凝土坝体基础底板的摩擦破坏同样不容忽视，尤其是橡胶坝袋塌落范围之内的下游混凝土底板以及侧面墙体，这就要求在混凝土施工的时候一定要保证混凝土底板和侧墙的平整和光滑，混凝土的浇筑要保证一次性成型。在日常维护的时候也要对这部分接触面给予充分的重视，对被水流冲击而粗糙的混凝土地面和侧面进行抛光处理；

3）橡胶坝体是一种柔性结构的材料，在水流的冲刷之下自身会产生或轻微或剧烈的颤动，这就会造成坝体表面不同程度的磨损，当坝袋被水冲击之时恰巧遇到上下游水位与坝顶溢流水深处于不利组合的状态之下，这种颤动会非常的剧烈，磨损情况也会非常严重，因此在日常的运行时我们也要注意观察和记录坝袋振动的幅度以及频率与坝高、上下游水位以及坝顶溢流水深等因素之间的关系，通过各因素的调节来减少坝袋由于自身振动而发生的磨损；

4）制作合适的水帽以减少坝袋的磨损，水帽在制作的过程中要尽量制作成圆弧形状，坝体的进水口以及排水口用法兰与水帽帽体连接牢固。另外水帽在安装的过程中应在确保水量满足要求的情况下尽量降低高度，因为过高的水帽高度会加剧过水泥沙、淤物等对帽体遮盖部分坝袋的撞击，甚至有可能导致坝袋的撕裂；

5）在寒冷时节，由于水体结冰膨胀会增大橡胶坝的压力，因此在水体结冰的时候应该适当的进行人工或者是机械的破冰以减轻坝袋的压力。除此以外还可以采用循环破冰技术，将水面下高于0℃的水抽到结冰的层面，将表面的冰层融化；

6）在运行的过程中坚决杜绝坝体超高以及超压的状态下运行，因为超高或者是超压的状态下，橡胶坝体的应力结构会发生改变，使用寿命也会大幅度的缩减。

2 自动化监控系统的具体应用措施

自动化监控系统是目前水利工程普遍采用的一种监控手段，该手段是利用计算机、网络、自动控制以及现场总线等高端技术对橡胶坝进行自动地监控，有效的保证水利工程的安全运行管理以及汛期的安全度汛工作，同时对于橡胶坝日常运营时的现代化管理水平以及相关的经济、社会效益都有着极为重要的意义。

2.1 监控系统结构解析

现行使用的橡胶坝监控系统主要是由数据采集系统以及监视控制系统两个部分组成，两个主要系统的合理化设计能够有效的提升监控系统的整体性和高效性，数据采集系统主要由现地监控系统和上位远程监控系统两个部分组成，当前国内橡胶坝的现地测控系统主要采用西门子s7-300系列的PLC平台所开发的系统，该系统以PLC为核心平台对分布在坝体的各个传感器所采集的信号进行集中处理，以此来完成对上下游水位以及阀门室的渗漏排水泵水位的监测，同时也对各个阀门运行时的角度、坝袋内的压力、坝体的高度以及其他的参数进行监测。

2.2 监控系统的功能设计简述

阀门和泵的控制主要由现场控制、远程控制、限位保护、相序保护以及过载保护等方式实现，现场控制是现场的操作人员通过对切换开关的控制来实现人工与自动两种控制方式的转换，人工控制需要操作人员按照规定的程序和方式开启或者关闭坝体的闸门和水泵，这种控制方式需要上级部门进行实时的监控。

远程控制需要在自动控制的前提之下进行，控制系统中的各级用户通过网络将指令发送至现场测控单元（PLC），阀门会根据指令自动的开启或者是关闭，水泵也会自动进行坝袋内水位的调节，这种控制方式由各级用户所拥有的权限而决定。

限位控制是对坝体运行的一个重要保证，在坝体内设置开启和关闭运行范围的开关，当运行状态超出这个范围之时，限位控制开关就会自动通知测控单元，开启或者切断电源，避免系统超出正常的运行范围。

相序保护是在启闭装置内安装相序保护器，以避免系统由于三相电源相序混乱而造成的系统非正常运行。

过载保护是在启闭装置内安装过载继电装饰，以电机功率为依据进行不同设置，当有电机过载或者是故障的时候，继电器将自动切断该电机的供电，以防止电机被烧毁。

2.3 数据监测设计

数据的检测应该包含上游水位、坝袋压力、电机动力、阀门开启角度、设备电源电压以及电路电流等因素，将这些因素都反映在PLC触摸控制屏上以方便操作人员的实时控制。

2.4 充排水监测系统的设计

充排水系统设计应包含充水泵、排水泵、转起动器、电气控制装置以及水位监测设备等等，同时坝袋的高度以及坝袋内的压力都要在该监测系统中有所体现，这样能够通过充排水状况的监测来实现整个体统的稳定运行。

2.5 监控流程的设计

监控流程的设计主要任务是合理的解决开关量逻辑控制以及模拟量回路控制两个难题，开关量逻辑控制决定着水泵阀门的启闭控制及其相关的联锁控制，拟量回路控制包括各个回路的PID控制算法的实现和比值控制系统和串级控制系统的实现。

3 结论

橡胶坝的安全运行关系到一个城市能否安全度过汛期，这与人民群众的安全、社会的安定息息相关，因此保证橡胶坝的安全运行我们要给与充分的重视，运用先进的自动化管理系统以确保橡胶坝在实时的监控之下正常的运行。

参考文献

[1]李文帅，华梁，程卫峰.橡胶坝袋在山区河道上的应用[J].河南水利与南水北调，2011（8）.