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过程工业-应用于F?RMITZTAL大坝的全新监测技术

供稿:WAGO—万可电子(天津)有限公司 2018/5/8 11:32:59

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  • 关键词: 过程工业 水位监测
  • 摘要:为了管理F?rmitztal大坝,霍夫水资源管理局要测量一系列的水位:地下水位、渗流水位、流入和流出水位。此外,还要监测在大坝相对测量点处施加的静水压力,从而确保大坝的安全性。在自2013年以来实施的现代化过程中,水资源管理局在WAGO的帮助下已经一定程度地实现了水位监测的自动化。

自动监测水位

为了管理F?rmitztal大坝,霍夫水资源管理局要测量一系列的水位:地下水位、渗流水位、流入和流出水位。此外,还要监测在大坝相对测量点处施加的静水压力,从而确保大坝的安全性。在自2013年以来实施的现代化过程中,水资源管理局在WAGO的帮助下已经一定程度地实现了水位监测的自动化。

F?rmitztal大坝位于巴伐利亚州东北部,于1978年投入使用,是20世纪50年代以来由政府在该自由州建设的24座水库之一,用于实现可持续性水资源管理。它由副坝和主坝构成,总蓄水容量约为1050万立方米。大坝核心结构为填土坝,长约800米、高30米,坝顶宽度为8米,并包含一条拥有可进出区域的控制通道。

F?rmitztal大坝主要用于改善萨勒河水资源管理水平较低的状况,萨勒河发源于策尔小镇附近Gro?e Waldstein群山脚下,距离大坝只有几公里。从此处,它沿着坐落于支流上的大坝向西北流去,在此过程中,F?rmitz支流和相邻的Lamitz支流汇入,最终流向18公里外的霍夫市。F?rmitztal大坝的水位控制系统就位于霍夫市。通常每年的7月至9月降水量偏少,必须以每秒至少一立方米的流速从大坝排出一定的水量,确保水资源受到保护,不受霍夫市污水处理厂污水排放的影响。因此,水资源管理局每年要供应约四百万立方米的水量。

除了帮助提升萨勒河的水位,这座大坝还具有特定的高水位防护功能,相对而言,这一功能不那么重要。此外,借助1991年安装的改装涡轮机,利用水力进行发电。每年发电量约为400,000 kWh,相当于125个家庭一年的耗电量。而且,水库还成为了当地的休闲场所,是游泳、划船和潜水爱好者的天堂。

2014年,对主坝的测量设备进行了大规模改造。“迄今为止,我们每周都会手动测量一次水位。但是,到了冬季,有时测量点会被冰雪覆盖,无法测量水位。”Matthias Sudholt解释道,他与当地高校一起负责大坝的监测技术。在2014年,沿着大坝铺设了光纤电缆环网(LWL)。从那时起,WAGO-I/O-SYSTEM750就一直负责记录水位并将其传输至位于大坝运营大楼内的控制中心。在控制中心,可以在面板上对数据进行管理和可视化。在未来几年内,计划进一步对网络进行扩展。


LWL网络与WAGO-I/O-SYSTEM750进行交互

LWL网络用于连接控制中心与大坝内外额外的七个点:其中包括两个控制通道输入的主要交汇点以及发电机所在的发电站。设置在斜坡洞穴中的测量点将设备深深埋入大坝,与涡轮控制器结合后,可控制从大坝中流出,然后流入萨勒河以及发电机所在的发电站的水量。在控制通道的最低点(排水泵)测量包括渗流在内的多个变量。

在大坝技术中心可将记录的大坝相关数据清晰地进行可视化——这意味着Matthias Sudholt可随时以直观方式查看F?rmitztal大坝的水位。

总共采用40个测量点控制地下水位,这些测量点遍布在大坝的迎水侧和/或背水侧。如今,可通过LWL网络将之前手动记录的测量值传输至不同的交汇点。在此处,通过以太网交换机将数据输入WAGO-I/O-SYSTEM 750并报告给控制中心,再由控制中心收集数据并进行可视化。大坝还有30个用于监测水压的测量点。目前,这类数据仍需现场采集。水资源管理局的长期目标是通过网络将测得的所有数据自动传输至控制中心从而实现可视化,并在控制中心和不同站点的现场面板上对其进行控制。

目前,较远的远程测量点的数据通过无线电信号传输至控制中心并输入I/O-SYSTEM 750中,其中包括萨勒河在魏斯多夫和霍夫境内的水位、F?rmitz和Lamitz汇入水库的水量、水库的水位以及Lamitz的剩余水量。这些数据有助于霍夫水资源管理局随时掌握大坝的运行状态和萨勒河的状况。

对于大坝上不需要持续监测的测量点,采用移动测量箱记录数据。使用此测量箱记录的数据存储在本地控制器上,并通过Bluetooth?传输至最近的开关柜。除了Bluetooth?天线,该测量箱上还装有WLAN网关,用于接入WebVisu,从而获取现场测量数据。

适合不需要持续监测的测量点的移动解决方案;测量箱记录的数据通过Bluetooth?传输至最近的开关柜。

WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR(在此搭配WAGO的EPSITRON电源)在大坝受到气象因素干扰,导致发生危险的可能性增大时(会对仪表和下游的自动化系统产生不良影响),仍能可靠运行。

可随时扩展

为控制流畅的数据流,水资源管理局采用WAGO的PFC200控制器执行大部分作业。外部分配箱和F?rbau水位除外:此处采用的不是标准版WAGO-I/O-SYSTEM,而是XTR版,因为在受到气象因素干扰时,危险程度不断升级,这会对仪表和下游的自动化系统产生不良影响。“除了750系列,WAGO还提供全新WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR,这也是针对此类极端应用的定制解决方案。”Sudholt解释称(见下文)。787-840电源可由EPSITRON?-USV管理模块(787-870)保护,免受意外断电影响,用于为全部八个站点的I/O-SYSTEM供电。

“WAGO系统的模块化设计理念是最突出的优势。目前已安装的系统可通过安装适当的端子和电路板随意扩展,只需对其他组件进行参数设置和连接即可,而无需重新进行复杂的编程。”Sudholt在介绍F?rmitztal大坝自动化监测系统的未来扩展方案时如此表示。“此外,WAGO可依靠其密集的分销网络提供非常快速、可靠的客户服务。”

WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR——极端条件下的理想选择

此自动化系统十分坚固耐用,即使在极端的户外条件下也能可靠运行。即使是非常宽的-40°C至+70°C的温度范围,也能保证高度的运行安全性,这是其能在F?rmitztal大坝应用的决定性因素。该系统具有卓越的抗振性,可抵御5g的振动(相当于50 m/s2的加速度)以及高达25g的持续冲击,因此可直接安装在靠近产生强烈振动和冲击的组件的位置。耐电强度经过强化,750XTR系列电子组件可免受故障影响。优化的EMC特性也可有效防止不良的电磁辐射干扰,这样即使靠近高度灵敏的第三方系统时也可使用。由于WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR不仅拥有较高的强度,而且支持基于IEC 60870-5-101/-103/-104、IEC 61850-7、IEC 61400-25的常用远动协议以及MODBUS,因而成为水资源管理应用的理想选择。

审核编辑(王静)
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