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從水利工程看自動化技術

時間:2019-07-15來源:智造商 麥總mcrazy

導語:每當談到自動化技術,我們想到的往往都是那些應用在生產線設備上、集成了先進的變頻、運動控制、傳感器和通訊總線的機電控制系統,它們為社會所帶來的價值,卻遠非只是掙錢那么簡單,這事還得從我最近走訪的兩個水利工程項目「青草沙水庫」和「虹口港泵閘」談起。

每當談到自動化技術,我們想到的往往都是那些應用在生產線設備上、集成了先進的變頻運動控制傳感器和通訊總線的機電控制系統,這些產品經常會被稱作是幫助企業“印鈔”的神器。但事實上,自動化技術的應用很多時候看上去其實很樸素,并沒有那么酷炫,可它們為社會所帶來的價值,卻遠非只是掙錢那么簡單。

為什么我會這么說呢?

這事還得從我最近走訪的兩個水利工程項目「青草沙水庫」和「虹口港泵閘」談起。

色妹妹自拍偷拍先說位于長興島西北方沖積沙洲青草沙上的青草沙水庫。

色妹妹自拍偷拍2006年上海市政府決定將擁有大量優質淡水的青草沙建設成為上海的水源地,以改變上海80%以上自來水源取自黃浦江的格局。2010年全部青草沙水庫工程完工,2011年6月青草沙水源地原水工程全面建成通水。

色妹妹自拍偷拍青草沙水庫面積近70平方公里,是中國最大的避咸蓄淡型河口江心水庫,設計有效庫容4.35億立方米,水質要求達到國家Ⅱ類標準,供水規模達719萬立方米/天,超過黃浦江水庫的供應總量,占上海原水供應總規模的50%以上,受水水廠16座,受益人口超過1100萬人。工程的建成和投入運行,改寫了上海飲用水主要依靠黃浦江水源的歷史。

水庫中有一項極為重要的自動化應用,就是水庫上下游水閘的高度調節和啟閉控制。其作用一方面是在非咸潮期自流引水入庫供水,在咸潮期通過水庫預蓄的調蓄水量和搶補水來滿足上海市的原水供應需求,另一方面則是借助上下游之間的水位落差和水流,來沖走水庫內淤積的泥沙。

自動化應用.jpg 

據了解,在青草沙水庫長達40公里的堤壩上,一共分布了15個閘口,每個閘口都會有1~2個閘門,每個閘門的升降都是由左右兩臺重載液壓油缸驅動,通過現場一臺PLC進行控制的,它們通過網絡連接起來,統一受中央控制室遠程操作和監控管理。

水利工程,自動化技術.jpg 

色妹妹自拍偷拍為了確保閘門左右兩側的高度始終能夠保持一致,防止其在升降過程中因傾斜而發生卡死的狀況,兩臺油缸在伸縮時的動作必須是同步的,這就需要將它們的位置實時反饋給控制系統進行比對,從而實現同步操作。我們注意到,在這里用于檢測油缸伸縮位置的其實是兩支來自上海精浦機電的拉線式多圈絕對值編碼器,除了輔助同步糾偏,它同時也為中控室遠程監控水閘的動作狀態提供相應數據支持。

自動化在水利工程應用.jpg 

當問到“為何會采用這樣的系統配置”時,現場技術人員告訴我,青草沙水庫處于長江入海口,海風中帶有鹽分,時常還會受到臺風、暴雨和雷電…等復雜氣候條件的影響,這些對于在現場使用的自動化電子產品的穩定運行都是極大的考驗,要知道在暴雨臺風時,是根本無法去現場檢修和更換電子部件的。因此,在這個水閘開度的控制應用中,產品在這種極端惡劣環境中運行的可靠性其實是極為重要的,現在這樣的配置是經過了多年水利工程項目驗證后比較成熟的解決方案。

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色妹妹自拍偷拍再來說說虹口港河道上用于擋潮和防汛排澇的虹口港泵閘。

虹口港水系河道貫穿虹口區的8個街道,被稱為是虹口的“母親河”。以前虹口港水閘“只進不出”,在遭遇“臺風、暴雨、高潮位”時,無法向外港直接排水,容易形成內澇,長期困擾周邊居民。

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新建的泵閘寬約30米,包括寬約8米、最大排水量可達80立方米/秒的水閘,和3座單臺排水量10立方米/秒的水泵。

水閘的開閉同樣是由兩臺液壓缸驅動的,也需要系統基于兩支拉線式多圈絕對值編碼器的反饋,對閘門動作進行同步控制。

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色妹妹自拍偷拍三座泵機,兩臺向外(黃浦江)排水,一臺由外向內(虹口港河道)進水,其動力則來自由日立提供的3個800kW/10kV高壓驅動系統。這讓港閘具備了極強的雙向灌流能力。一方面,即使在遭遇黃浦江高水位時,泵閘依然可以將虹口港的內河水直接排入到黃浦江,極大的提升了虹口、閘北兩區的排澇能力;另一方面,泵閘也可將黃浦江的活水引入虹口港,對凈化虹口港水質、改善周邊水環境起到一定的作用。

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色妹妹自拍偷拍整個虹口港泵閘的控制是由Schneider的ModiconQuantum系統提供的,水閘和泵機的操作則是由泵閘工作人員在中控室內進行的。據了解,從虹口區到整個上海市的很多河道,分布著幾十個大大小小像虹口港這樣的泵閘,如西泗塘泵閘、郝橋港泵閘…等等,它們實際上是相互聯通、協調、共同承擔著全市的防汛排澇和“南引北排”…等重要任務的,因此盡管泵閘日常的各種啟閉動作是在站內通過自動化系統在本地操作完成的,但這些動作指令的決策卻是由市政水利防汛部門結合各河道的水位、潮汐、氣候、水文…等各項數據,考慮各泵閘之間的協作聯動,綜合部署和調度的結果。而在問到“泵閘對自動化技術有怎樣的要求”時,我們得到的答案依然是“可靠性”。想象下如果因為PLC、驅動系統或編碼器的故障,導致水閘無法正常開閉或者泵機運轉異常,而讓城市在雨季汛期進入“看海”模式,這個損失豈是一筆經濟賬能夠算清楚的。

說到這,估計大伙應該能明白我在本文開頭那段話的意思了。自動化技術的確是已經進入到了信息化、網絡化、智能化的4.0時代了,但其“可靠性”在實際應用中的重要意義卻并沒有改變。就像這兩個水利工程的案例一樣,盡管為了便于綜合管理、提升系統的運營效率,已經采用了不少網絡化、信息化和物聯網技術,但這一切依然是以系統可靠、穩定的運行為核心基礎的,離開了這一點,任何其他所謂的技術“亮點”都是無從談起的。 

同時,我們也應該看到,自動化技術的價值,顯然也不應該僅僅停留在為企業提供利潤收益上,它實際上還有著十分重要的社會意義。好比這兩個水利工程項目就是為了更好的改善民生而引入自動化技術的,真的很難用財務數字去衡量其所帶來的社會價值。回過頭來說,即使是那些用于生工廠車間內的自動化技術,其實也是在通過生產出更多物美價廉的生活用品,為制造企業創造出了相應的經濟效益;其意義在于實實在在的幫助人們提升了生活質量,企業從中盈利只是一個自然的結果。

色妹妹自拍偷拍另外,本文這兩個案例所使用的產品看上去似乎并不怎么高大上,但據說如此使用自動化技術去解決市政供水和防汛排澇問題的方式,在全國乃至全世界各大城市都是難得一見的。所以說,所謂的創新并不能僅從產品技術本身來看,還是有必要結合具體的應用場景和實際需求的。用票圈里郭老師的一句話來說:遇到新問題,要先用老方法;而遇到老問題,則要試試新方法...


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