這是在城市化后，城市水利治理的大問(wèn)題?，F在的發(fā)展趨勢，是城市化人口將超過(guò)總人口的50%。每個(gè)城市的人口高速增長(cháng)，也給城市水利科學(xué)設計與管理帶來(lái)了很大的挑戰。

上海作為全國大的2千多萬(wàn)人口的超大城市，在城市水利管理上面已經(jīng)走在了世界的前列，上面所說(shuō)的“過(guò)去的上海”已經(jīng)不再發(fā)生！

上海是怎么做到了“”的城市水利先進(jìn)管理水準的？

這里有科學(xué)設計與管理，這里有自動(dòng)化、數字化技術(shù)。

一，水是城市生命的緣，治水是城市的良心。

智者樂(lè )水，仁者治水。

城市化要發(fā)展離不開(kāi)管理“水”。

中華民族有著(zhù)治水的傳統，才得以延續生存，發(fā)展。

大禹治水，使得中華民族在中原大地安頓下來(lái)，開(kāi)始了農耕大時(shí)代。

兩千年前的李冰治理了四川都江堰，四川盆地富饒了兩千年，才有三國爭霸的蜀國與諸葛亮的故事。

兩大詩(shī)人白居易、蘇東坡歷*在杭州大興城市治水，疏浚杭州西湖至錢(qián)塘江，留下了調蓄城市雨水、河水、湖水的美麗的西湖。為紀念白居易和蘇東坡，他們在杭州治水時(shí)堆積的河堤，被稱(chēng)為“白堤”和“蘇堤”，并留下膾炙人口傳頌千年的故事，白娘娘的斷橋殘雪、蘇堤春曉、與美麗的詩(shī)句：

水光瀲滟晴方好，山色空蒙雨亦奇。

欲把西湖比西子，淡妝濃抹總相宜。

這是宋代蘇東坡在把杭州西湖疏浚治理好之后，在蘇堤上向著(zhù)西湖的得意詩(shī)作。

“欲把西湖比西子，淡妝濃抹總相宜”。為民治水，多美??！

在上海，就在我們公司附近就有一座元代水閘遺址，上海先民在700多年前為上海這座城市修建了水利疏浚系統，利用河流的潮汐水位的落差，自然調節水流。原來(lái)上海700多年前就已經(jīng)開(kāi)始了城市化居民入住了，不是“小漁村”哦。這種利用河道水位高低落差調節河道水流緩急疏浚河道的辦法，放在今天，我們稱(chēng)為“生態(tài)流量”管理城市河道。

在今天在上海，我們上海精浦機電公司的工程師們和全上海的水利工程師們、城市水利管理者們，在跟700多年前上海先民們做著(zhù)同樣的事，只是我們加上了現代化技術(shù)——自動(dòng)化閘門(mén)控制技術(shù)管理水閘，并全上海的閘門(mén)數字化城市水利系統聯(lián)網(wǎng)了。

水利自動(dòng)化是可靠性和責任心，是良心工程。

水利的自動(dòng)化技術(shù)并不復雜，技術(shù)亮點(diǎn)似乎不高，但是系統的可靠性要求高，需十年如一日的可靠，因為水利自動(dòng)化的社會(huì )責任重大。其中，數字化聯(lián)網(wǎng)是亮點(diǎn)，如何產(chǎn)品選型是重點(diǎn)。

十年如一日的責任，它遠比央視春晚的四個(gè)小時(shí)的舞臺自動(dòng)化可靠性要求更高，社會(huì )意義更大。

水利是干什么的？

喝水、生活用水——水庫；

城市河道、下水道——雨水、防洪防澇防積水“看海”。

城市河道的淤積、黑臭——疏浚，生態(tài)流量。

在農村在西北，水利自動(dòng)化還要擔負起方圓幾百公里的農村水利灌溉與計量核算。

所有這些都離不開(kāi)圍積蓄水——水打開(kāi)——開(kāi)度調節——水位控制——水流落差流動(dòng)。

水利的“水”就是閘門(mén)，水的開(kāi)度大小，就是閘門(mén)開(kāi)度的自動(dòng)化高度控制，自動(dòng)化高度控制的傳感器——就是要用到值多圈編碼器。必須是值多圈編碼器，中國水利上經(jīng)過(guò)二十多年的各種高度傳感器比較后，已經(jīng)證實(shí)了用值多圈編碼器是經(jīng)濟可靠的，已沒(méi)有爭論。

而全上海所有閘門(mén)的開(kāi)度高低的調節控制，已經(jīng)實(shí)現了遠程數字化聯(lián)網(wǎng)，關(guān)系到全上海各個(gè)河道地區的水位高低的調節。

包括與上海周邊城市浙江的嘉興與江蘇的蘇州的水利聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)。

二。超級工程長(cháng)江口青草沙水庫

——城市水源從哪里來(lái)？

——處于長(cháng)江入?？诘慕行牡那嗖萆乘畮?，實(shí)現全上海市民70%以上的生活供水的水源地，送往全上海各個(gè)區的16個(gè)水廠(chǎng)。

上海青草沙水庫，位于長(cháng)江入?？诘慕?。

青草沙水庫兩端相距十幾公里，圍一圈四十公里，水庫容量大于十個(gè)西湖。

超級工程青草沙水庫在設計時(shí)，設計者就面臨著(zhù)三大難題：

1，上海雖然是屬于江南水鄉，但是缺少水源，面對滾滾長(cháng)江，卻已經(jīng)是長(cháng)江的下游了，長(cháng)江水裹挾著(zhù)從上游沖下來(lái)的泥沙和一路排放的污水、上游城市人的“洗腳水”，一起混在江水里流了下游來(lái)。

這如何能在長(cháng)江滔滔大流中心找到其中的好水，從中取出無(wú)數瓢，留下來(lái)并送給上海市民享用？

2，長(cháng)江口外面就是大海，每年會(huì )有海水咸潮突然返流，海水鹽分是不能進(jìn)入水庫的，不然很難清理。當咸潮出現時(shí)，必須立刻關(guān)閉所有閘門(mén)，不得有任何差錯。

3，長(cháng)江口處于海邊，海風(fēng)帶有鹽分，每年還有臺風(fēng)暴雨、雷擊感應，這對于在現場(chǎng)使用的自動(dòng)化電子產(chǎn)品的可靠性是極大的考驗。在暴雨臺風(fēng)時(shí)候，是無(wú)法再上去檢修更換電子部件的。

帶著(zhù)這幾個(gè)問(wèn)題，就需要設計者設計科學(xué)的調度，自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)控制水庫上下游的十幾個(gè)閘門(mén)開(kāi)度大小，保持流水不腐，留下好水，排出泥沙，放掉臟水，堵住咸潮返流。而且上下游閘門(mén)相距十幾公里，兩端的閘門(mén)開(kāi)度調節不僅僅是要實(shí)現可靠的自動(dòng)化控制，而且還需要數字化聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動(dòng)。

所以，閘門(mén)自動(dòng)化控制及系統可靠性，對于青草沙水庫運行成功與否極為關(guān)鍵。

水閘高度控制是由左右兩個(gè)開(kāi)度傳感器檢測高度，同步糾偏的提升或者下降。開(kāi)度傳感器是通過(guò)一個(gè)機械傳動(dòng)的拉繩傳感器機構和值多圈編碼器組成。

值多圈編碼器的信號進(jìn)入近地的控制柜，由PLC控制左右液壓油缸同步啟閉，不能發(fā)生任何傾斜，如果大閘門(mén)左右高度發(fā)生傾斜就有可能卡死閘門(mén)，一旦發(fā)生閘門(mén)卡死，這就要有兵哥哥上來(lái)處理了。這需要對左右兩個(gè)油缸高度的傳感檢測的準確性，并且始終調節兩邊油缸的液壓流量，保持左右油缸的位移同步上下啟閉閘門(mén)。

這必須要用可靠的機械式值多圈編碼器，因為不允許數據有錯，在閘門(mén)安裝調試好以后，是再也沒(méi)有“開(kāi)機找零”這樣的機會(huì )了。設想一下，兩個(gè)油缸只要有一個(gè)油缸高度反饋是錯誤的，這門(mén)還怎么能動(dòng)的去找零位？

而在現場(chǎng)使用的值多圈編碼器，又需要有符合各種戶(hù)外及海邊使用的高標準嚴要求，例如外殼的防水防塵IP保護等級，外殼材質(zhì)的防海風(fēng)侵蝕，甚至還有鳥(niǎo)糞腐蝕；例如抗感應雷擊的電磁兼容性EMC基本測試認證；例如夏季長(cháng)期暴曬的工作溫度范圍；例如水閘開(kāi)動(dòng)時(shí)受水流激烈沖擊的巨大的振動(dòng)，抗振動(dòng)等級標準，例如編碼器的輸出信號有兩路輸出，便于現場(chǎng)緊急檢查。等等。

青草沙水庫交付使用近十年了，這么大的水庫三班倒的管理人數僅幾十人，自動(dòng)化程度很高，長(cháng)期運行的可靠性得到了印證。它保證了上海超過(guò)70%以上的人口的用水，從此自來(lái)水管放出來(lái)的水不再有“咸味”。

三，外灘虹口港泵閘

——城市如何防止暴雨后的積水“看海”

城市如何治理河道黑臭。

這里是外灘虹口港泵閘，我們圖片面對的是黃浦江和對岸——上海的標志東方明珠塔，而另一邊是虹口區100萬(wàn)居住人口和繁華的商業(yè)大街。這座泵閘，就是保衛我們面前的虹口區不會(huì )因為暴雨而積水“看海”的守護神。

既然叫泵閘，就是由泵和閘門(mén)兩部分組成。閘門(mén)仍然是有左右兩個(gè)油缸啟動(dòng)高低，并且還是個(gè)弧形閘。閘門(mén)自動(dòng)化控制也是與青草沙水庫相似的，由PLC控制左右雙油缸同步糾偏的開(kāi)閉水閘。另外，虹口港泵閘還配置了三個(gè)大功率水泵，每個(gè)水泵前后也有多個(gè)閘門(mén)。它有兩個(gè)作用，其一是在暴雨來(lái)臨之前，關(guān)閉內河外河水閘，用大力水泵將市區下水道的水全部排空至外河黃浦江，空出足夠的蓄水容量，當暴雨來(lái)時(shí)繼續大力排水，保持下水水位不會(huì )淹至街面。如果局部暴雨雨水很大，泵閘還需要向其他周邊泵閘平均水位輸送雨水，多路并行的加大排放流量。

“大力神”水泵，處于負八米的與下水道一個(gè)平面。其中前面的水泵是雙向的。

虹口港這一類(lèi)泵閘的第二個(gè)作用，是河道的生態(tài)流量控制，這就是像700年前上海元代水閘做著(zhù)同樣的事，不過(guò)我們已有更先進(jìn)的技術(shù)，主動(dòng)式自動(dòng)化泵取和潮汐大數據管理。這里的泵閘利用黃浦江潮汐水位高低的變化，以及雙向大力水泵的抽取，通過(guò)關(guān)閘門(mén)蓄水，等到水位有一定的落差時(shí)再開(kāi)閘放水，由于有落差，水流較急，起到了沖擊河道淤積的作用，并且流水不腐的防治城市河道黑臭發(fā)生。

通過(guò)江河潮汐和城市水位大數據積累科學(xué)調度生態(tài)流量。黃浦江的潮汐大約是十個(gè)小時(shí)多一次，每天兩次的泵閘配合，以城市大數據積累，計算出合理的蓄水放水時(shí)間，保持了市區河道的生態(tài)流量的流動(dòng)，戶(hù)樞不蠹、流水不腐，上海的河道已經(jīng)不再黑臭。 

這些都需要自動(dòng)化控制，并且全市河道泵閘的聯(lián)網(wǎng)。

在全上海，浦東、虹橋兩大機場(chǎng)、全市市區各個(gè)河道、各個(gè)工業(yè)園區、黃浦江上游、淀山湖流域直至太湖東山，都有這樣一個(gè)個(gè)的泵閘站，綜合有幾百個(gè)水閘閘門(mén)，都已經(jīng)實(shí)現了自動(dòng)化控制和數字化聯(lián)網(wǎng)。

圖片——虹橋機場(chǎng)附近的泵閘正在汛期前檢查

上海的周邊城市浙江的嘉興和江蘇的蘇州也已經(jīng)與上海水利實(shí)現了數字化聯(lián)網(wǎng)。

四、水利自動(dòng)化編碼器選型的幾個(gè)重點(diǎn)

水利自動(dòng)化的關(guān)鍵是閘門(mén)的開(kāi)度調整與數字化聯(lián)網(wǎng)，值多圈編碼器是關(guān)鍵傳感器，又因為是在戶(hù)外環(huán)境下需要長(cháng)期可靠的使用，水利自動(dòng)化編碼器的選型就極為重要了。

1，防水防塵的IP保護等級，以及外殼材料

水利項目肯定是和水有關(guān)，防水的防護等級當然相當重要，編碼器的外殼要達到IP67的防護等級，必須是無(wú)螺絲密封的，才能有效的防止雨淋、水霧等天氣因素造成編碼器的損壞。還有南方天氣濕度高也會(huì )對編碼器的防護等級有所要求，再有就是汛期水閘開(kāi)閘放水巨大的水霧也相當于是編碼器接受水淋，所以防護等級非常重要，需要強調的是IP防護等級是標準，需要有經(jīng)過(guò)標準組織認可的第三方認證的證明。例如可以由德國TUV萊茵實(shí)驗室測試認證。 

IP67第三方實(shí)驗認證報告

2，工作溫度范圍

因為水閘大多是露天環(huán)境下的，編碼器大都是暴露在露天的環(huán)境下工作，多加一個(gè)罩殼，不像很多自動(dòng)化產(chǎn)品是為工廠(chǎng)自動(dòng)化設計的，呆在工廠(chǎng)較好的環(huán)境下。水利自動(dòng)化編碼器在夏天要經(jīng)受長(cháng)期的高溫暴曬，所以對工作溫度的要求也是非常嚴苛的，汛期往往是大伏天，有些地區蕞高溫度可達到40度以上，編碼器必須經(jīng)受烈日下長(cháng)時(shí)間的暴曬，長(cháng)期在高溫下工作，這就需要編碼器經(jīng)過(guò)高溫通電工作測試。

這里的工作溫度測試，是指在極限高溫和極限低溫下，保持在極限溫度下通電能正常工作，所謂正常工作是轉動(dòng)編碼器軸數據輸出正常。存儲溫度的測試是無(wú)需通電的。在水利項目戶(hù)外的環(huán)境下標注存儲溫度沒(méi)有意義。

另外，電子產(chǎn)品的工作溫度范圍從側面也反映了內部元器件選型的性能標準，經(jīng)過(guò)大量的比較，標注70度和標注80度工作溫度范圍的比較，經(jīng)長(cháng)期和大量各種場(chǎng)景下的使用，具可統計的分析，可靠性或者是損壞率有著(zhù)非常明顯的差別。

3，抗感應雷擊和電磁兼容性

水利項目的編碼器大多都是暴露在空曠的大地中，在春夏季雷雨較多時(shí)節，打雷的感應電磁場(chǎng)很有可能沿著(zhù)水面傳導，對編碼器周邊環(huán)境造成電氣沖擊，這就需要編碼器經(jīng)過(guò)電磁兼容性認證，其中靜電放電、快速脈沖群測試，是把雷擊感應簡(jiǎn)單物理化后實(shí)驗測試。

水利項目的自動(dòng)化選型，有各種類(lèi)型的PLC、大型電機、電磁抱剎電磁閥等，尤其還會(huì )有潮濕、灰塵等較差的環(huán)境，編碼器信號電纜至控制柜大部分有十幾米，有些是幾十米，這對于編碼器長(cháng)期對各種電氣抗干擾能力提出很高的要求。編碼器的電磁兼容性測試，帶著(zhù)較長(cháng)的編碼器電纜共同測試。

對于編碼器的電氣抗干擾特性，對應的標準是電磁兼容性EMC標準，其中的測試項目例如靜電沖擊，快速脈沖群沖擊，是把雷擊感應分解成各種物理特性對編碼器進(jìn)行測試。EMC同樣需要有標準組織認可的第三方認證，例如德國TUV萊茵實(shí)驗室的認證。 

 4，抗振動(dòng)沖擊等級

小浪底水庫開(kāi)閘沖沙，圖片由網(wǎng)友老王頭提供

上圖是黃河小浪底水庫閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)，巨大的水力沖擊帶來(lái)巨大的轟鳴聲，現場(chǎng)閘門(mén)的振動(dòng)是很大的

虹口港主閘油缸上的精浦編碼器

再看這種直接將編碼器安裝在油缸設備上，油缸開(kāi)啟時(shí)的振動(dòng)也是很大的，同樣也對編碼器的抗振等級提出很高的要求。因此，要求編碼器的抗振動(dòng)、抗沖擊等級也需要達到標準?？拐駝?dòng)等級是10G，抗沖擊等級是100G。這是標準，所以需要有第三方測試認證。

TUV萊茵測試的精浦編碼器抗振動(dòng)與沖擊認證報告

5，雙信號輸出雙重確認——推薦編碼器雙信號輸出

例如一路數字信號，另一路是模擬量信號，可以實(shí)現現場(chǎng)和遠端雙看、互相確認，數字信號可以保證數字準確不受干擾，而模擬量信號現場(chǎng)有電工師傅拿萬(wàn)用表也能量測，可以快速判斷編碼器的是否正常工作。這對于水利自動(dòng)化的現場(chǎng)緊急檢查是非常重要的。

6，對水利自動(dòng)化編碼器供應商的要求

編碼器產(chǎn)品的品質(zhì)可靠性，需要有可追溯的質(zhì)量管理體系與全生命周期服務(wù)的保障。

水利項目工作環(huán)境復雜難度高，社會(huì )責任大，自動(dòng)化控制的性能可靠性要求高，馬虎不得一點(diǎn)點(diǎn)，不然社會(huì )責任后果很?chē)乐?，提供自?dòng)化控制系統及產(chǎn)品的廠(chǎng)家，一是要有全面的質(zhì)量管理體系保證，需要有第三方品質(zhì)管理認證。另一方面需要有產(chǎn)品全生命周期服務(wù)。

水利自動(dòng)化需要全生命周期服務(wù)，需要長(cháng)期的在水利系統服務(wù)應用業(yè)績(jì)與經(jīng)驗積累，從幫助用戶(hù)選型開(kāi)始，就要以終為始，從水利應用復雜的場(chǎng)景為用戶(hù)準確選型。其次，有品質(zhì)保障的各種第三方認證證書(shū)，可保證項目的調試周期，按時(shí)交驗項目。在項目驗收后仍然可保證現場(chǎng)響應與服務(wù)，在水利項目長(cháng)期的使用中，現場(chǎng)使用指導，服務(wù)，維護保養，更換與改造項目銜接，等等的全生命周期跟蹤服務(wù)。這需要有長(cháng)期在水利系統服務(wù)積累的社會(huì )責任心。

 六

感謝上海及上海周邊數百個(gè)水閘自動(dòng)化，他們對我們精浦的值多圈編碼器的信任！感謝全國各地水利閘門(mén)已選用了數千上萬(wàn)個(gè)上海精浦的值多圈編碼器，它們默默無(wú)聞地、十年如一日地守護著(zhù)各個(gè)城市、鄉村不被水淹。

水利自動(dòng)化對編碼器產(chǎn)品的品質(zhì)可靠性要求高、社會(huì )責任重大。而為了更多的普及化推廣使用，產(chǎn)品定價(jià)又不能高——這是做自動(dòng)化的社會(huì )責任，不是生意經(jīng)。

我們已經(jīng)為上海、為全國水利自動(dòng)化服務(wù)了18年。我們用產(chǎn)品品質(zhì)的可靠性和全生命周期服務(wù)的負責任精神，為全國的水利自動(dòng)化服務(wù)。

下雨了，暴雨又要來(lái)了，你的城市還會(huì )有積水”看海” 嗎?

這里有自動(dòng)化、數字化技術(shù)。

這里有我們自動(dòng)化人的付出。

我為上海而驕傲！

我為自動(dòng)化為城市服務(wù)而驕傲！