船闸闸室水位检测工艺的优化与应用分析

严学铨

关键词：船闸闸室水位检测工艺;工艺优化;工艺应用

引言：

水位计是船闸中确保控制超灌、水平开门、自动关阀，以及是否需要补水的传感设备，对于船闸的正常运行十分关键。船闸闸室水位检测结果的可靠性和精准性，直接关乎船闸闸室的运行安全，因此此项检测工艺是船闸运行过程中的重要环节。

1.基本条件概述

船闸其实就是建在通航河流上为克服水位落差的通航建筑物，其利用连通器原理克服大坝的上下游水位落差。某大坝船闸中水位计是确保水平开门、自动关阀的关键设备。船闸闸室水位监测的精准与否对于船闸的正常运行发挥着重要作用。将压阻式水位计分别设置在闸室的上游与下游，各设置1支。分别在1#闸首上游侧、6#闸首下游侧设置两支水位计检测布点。

2.奇数表决法

奇数表决法，犹如一件事物，被若干人进行取舍表决，奇数是其表决对象。若干人中，多数意见相同，表示可取，否则应该舍弃。通常情况下，诸多数据在被某个系统进行采集时，采集数量往往存在诸多限制，此时便可将某个奇数作为采集频率，随之在采集频率不断加大的情况下，对于数据结果，展开奇数表决，以表决结果作为数据置于系统中的最终取舍。此项方法对于系统而言，可以将硬件故障影响有效消除，最大程度体现系统抗干扰性能，同时也可使置于系统中的数据更加具备可信度、可靠性。基于硬件冗余角度，此项方法还可掩盖系统故障，同时判断故障位置与类型，并且可使故障部分在相关软件手段之下进行替代和隔离，实现系统正常运行的有效维护目标[1]。

3.硬件设计

3.1水位计布设

水位计选用PTX1830型产品，为使水位计在水下环境按照要求正常工作，确定水位计的不同量程时，主要根据水位计井高程，水位计防护等级为IP68，检测精度为±0.06%。

本文优化水位检测系统的具体对象为某船闸1#、2#闸室，目前阶段，共有两支水位计增设于两个闸室的四个水位计井中，相当于共有三支水位计在每个水位计井中，并且给每个水位计进行编号，分别为A、B、C，随后为获得单井水位，可采取奇数表决法有效计算，为保证单支水位计在水下环境中正常运行，避免出现无法校准等现象，需要助于单支水位计在计算判断过程中实现自动机制。

3.2信号采集与传输

为使新增水位计可以实现采集有效化，实施方案优化中，主要将采集模块6ES7337-7NF00-0AB0的工作，利用西门子S7-300系列模拟量加以完成。模块信号接口，供电DC24V（输出4～20mA），精度16位，通道8个。对屏总屏蔽信号电缆是此次连接电缆，用于水位计信号连接，这条电缆敷设过程中，经由接线盒，至现地子站控制柜，接入可编程逻辑控制器，经过中央处理器，上传采集信号至集中控制，实现信号采集与传输[2]。

4.软件优化

4.1程序算法及有效性判断

单支水位计进行零点校正算法和斜率换算法时，可以采用模拟量功率模块，这一模块存在于原程序中，通过多次采集处理后的水位数值，并且加以平均计算，可以有效获知单支水位计数值。分别是HA、HB、HC。

将两两差值绝对值应用于三支水位计的水位值计算中，可以有效得出三支水位计的精准差值为：

σAB=|HA-HB|

σAC=|HA-HC|

σBC=|HB-HC|

同时，对于三支水位计在某个水位计井中的有效平均水位值取ΔH，其值为ΔH=HA+HB+HC/3，那么每支水位计的平均值和有效值的差方σ2A、σ2B、σ2C可以是：

σ2A=（ΔH-HA）2

σ2B=（ΔH-HB）2

σ2C=（ΔH-HC）2

4.2程序设计说明

水位采集控制程序的现有系统中，增加处理综合功能、新水位计信号采集模块，以及新水位计信号采集、零点计算、滤波处理功能模块;三支水位计在每个水位计井中的异常判断、差值计算、超限自动切除功能模块;三支水位计投切数据处理功能以及故障状态模块;并且还有三支水位计比选功能模块[3]。

4.3人机交互界面设计

设置新增水位计于集控操作员站的监测数据画面，同屏显示同闸室上游两侧水位计井和同闸室下游两测水位计井，水位计共计六支的数据。并且，对比显示单支水位计、单井水位、两两差值[4]。同时，该操作员站，还可设置单支水位计的断开与投入，操作过程十分简便。同时，还可根据趋势曲线画面，查询多支水位计或者单支水位计历史数据曲线，完成后续分析、对比等功能，方便追溯水位计原始数据进行检测。同时，可以分析水位计工作环境中的水位数据及状态。

4.4检测设备的应用

检测设备是由运行监测与监护检测两个部分组成，可以对上下游水位进行精准检测，同时也可以对承船厢水深、行程等进行有效检测。通过检测设备的有效应用，能确保船闸安全可靠运行，防止设备损坏事件及碍航事件的出现。

结束语：

综上所述，通过水位计检测工艺优化及应用，集控操作员站可以对三支水位计的两两差值以及检测实值进行清晰显示，并且可以根据画面曲线判断历史数据，有效完成相关数据查询工作。因此，通过此项工艺优化及应用，可以解决此前无法实现单支水位计自校准判断，同时也可自动提示出现超限异常的水位计所在环境，并且完成断开故障与自动报警功能，有效维护船闸运行中的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]潘誠， 熊锦玲， 胡志芳. 三峡船闸闸室水位检测工艺的优化与应用[J]. 水运工程， 2020， 000（002）：94-97.

[2]崔霖峰， 杨雪， 陈邦松，等. 武汉市区域地下水位监测网优化研究[J]. 地下水， 2019， 041（004）：33-36.

[3]江涛， 陈冲， 蒲浩清. 精确定位及计算机视觉技术在三峡，葛洲坝船闸智能引泊上的应用[J]. 水运工程， 2020， 000（002）：52-56.

[4]陈涛， 彭翰林. 大藤峡船闸闸室浮式系船柱埋件安装技术创新与实践[J]. 水利建设与管理， 2020， v.40;No.323（05）：7-10+14.