全自动缆道测流系统在量水中存在的问题及措施

张体刚，于 明，王爱苹

(山东省聊城市位山灌区管理处，山东聊城252000)

1 灌区测站及全自动缆道测流系统概述

位山灌区骨干渠道总长274 km，布设了21个主要测站，20个测站安装了EKL－3A型全自动缆道测流系统，负责灌区整个灌溉网络体系的水沙测验任务。测流设备主要有旋浆式流速仪、25 kg或50 kg铅鱼、开口悬索式缆道等，采用无线传输的方式实现数据传递［1］。

EKL－3A型全自动缆道测流系统，具有技 术 先 进、运行 可 靠、自动化程度高、操 作 简 便 、测量精度高等特点。主要由水文绞车、交流变频器、数据采集卡、PLC(程序逻辑控制器)、光栅增量编码传感器、信号源、无线测流、计算机系统等部分组成。通过计算机进行全自动或手动控制测流，最终可自动生成标准的断面流量报表［1］。

2 实际应用中存在的问题

2.1 铅鱼不能下放

一种情况是铅鱼在岸上时上升、下降、后退、前进运行都正常，但只要铅鱼一入水行车就停止，随之下降运行转为上升运行，直到铅鱼露出水面就会自动停车。

另一种情况是行车在铅鱼没入水时就只能进行上升、后退运行而不可以进行下降、前进操作，此时变频器无响应。

2.2 多计或少计流速信号

在测流过程中流速仪会产生伪信号，它是接触丝在接触点产生抖动，由于接触丝的抖动就会造成在一个流速信号导通周期内产生多个信号的现象。具体表现在当听到的了一个流速信号时，测试状态单元信号数目栏上却计了几个或不计流速信号。

2.3 缆道信号系统

1)无水面信号:一种情况是指当水面信号板入水时信号反馈单元水面信号指示灯不亮，实时数据与特殊控制单元上的入水深值不能自动清零。另一种是测流时铅鱼在第一次入水时有水面信号，而从第二次开始，铅鱼水面信号板入水后均没有信号。

2)无流速信号:当进行测流作业时，信号反馈单元流速信号指示灯不亮，测试状态单元无流速信号特征值。

3)无河底信号:当铅鱼运行至河底时，缆道一直向下放，不自动停车。

3 存在问题的原因分析

3.1 由河底信号工作原理分析铅鱼不能下放的原因

河底信号工作原理是铅鱼行车到河底，托盘托起链接干簧管，产生一信号，经信号线被系统信号源采集，并发回河底频率信号。操作系统在铅鱼没有入水时上升、下降、后退、前进运行无误，说明河底信号接受正常控制台没有收到信号;如果操作控制台收到了河底信号，而铅鱼出水后河底信号又消失，就会导致铅鱼一入水就停车，下降运行并转为上升运行，直到铅鱼露出水面，不能正常测流;操作系统在铅鱼根本就没有入水的情况下就不能进行下降、前进工作，显然是因为此时信号接收盒已经收到了河底信号。具体说就是河底信号在不该有的时候出现了。

3.2 接触丝抖动造成多计或少计数现象

流速仪长期使用无校核、清洗、更换或者渠道测点流速过低等原因会导致接触丝接触点抖动，产生不应有的信号。由图1可以看出:理想的流速信号在接触丝导通过程中只会产生一个脉冲信号，测试状态单元信号数目栏中就会计一个数;而带抖动的信号则会造成声音拖拉不干脆，产生多个脉冲，信号接收盒将会把每个带抖动产生的脉冲信号都当成流速信号记录下来，形成异常流速信号，从而影响测流精度。

图1 流速信号的对比

3.3 缆道综合信号仪的分析

缆道综合信号仪由缆道综合信号接收器和水下综合信号源两部份组成，其特点是可将河底、水面、流速信号转化成频率不同的音频信号，由缆道“无线”发回，而接收器由于采用了先进的锁相环音频译码电路、抗干扰能力强、灵敏度高，从而可在行车过程中将信号取出 ，可靠的完成缆道测速、测深。工作原理如图2、图3。水面、流速、河底信号线(2、3、4号线)始终与地线(1号线)短路造成信号源无法检测到信号线入水前后水阻的变化，导致信号不能产生。

图2 水下信号源工作原理

图3 缆道综合信号接收器工作原理

4 解决的对策和措施

4.1 提高托盘式河底信号的可靠性

测量铅鱼河底信号，观察入水前的状态。使万用表电阻档连接干簧管正、负极，听到“滴”的一声，说明铅鱼托盘式河底信号此时无异常，工作人员可以在铅鱼身按上水下信号源，并利用操作台将铅鱼前进到河边，点击下降仔细观察托盘入水状态(要求此处水深正好将铅鱼淹没水面且工作人员手能安全触到托盘的地方为宜)。正常的状态是——铅鱼入水后托盘仍处于自然下垂状态，而当触到河底时托盘将会被缓慢托起，控制台内的信号接收盒就应该收到一个河底信号(如果河水较浑看不清铅鱼，也可以在铅鱼入水后用手去感应托盘是否触底)，如果观察到的状态不是上述情况，可判断铅鱼托盘式河底信号在水下的工作状态是异常的。如图4是一种较理想的托盘悬挂式河底信号装置，通过实践证明这种措施可大大提高河底信号的可靠性。

第一步、在铅鱼底部挖一个深度以大于干簧管直径1cm的矩形槽，长、宽能放入干簧管为宜;

第二步、引正负极两根导线于干簧管两端;

第三步、将焊好导线的干簧管平放入矩形槽内，同时将两根导线引致铅鱼表面;

第四步、用融化的石蜡完全填满装有干簧管的矩形槽(用蜡烛或火漆也可);

第五步、待石蜡凝固后用铝皮或铜皮(切记:不能用铁皮)将矩形槽表面封住;

第六步、将干簧管一根导线用铁钉固定在铅鱼身上，是河底信号的负极，另一根导线就是河底信号的正极;

第七步、在托盘对应干簧管的位置固定一个磁钢，固定方法可采用铜片压住磁钢的同时再用双管胶粘住;

第八步、把铅鱼下垂直尾翼和托盘中间用铁链悬挂。

至此，托盘悬挂式河底信号装置加工完成。

图4 托盘悬挂式河底信号装置结构示意图

4.2 去抖延时的合理设定

通常解决抖动信号的方法是在采集端做延时判断，将在接触丝导通过程中产生的所有脉冲都当成是一个流速信号记录下来，如果前后两个信号的时间差小于延时 时间差，则可以认为是伪信号。操作者往往在启动前去修改延时时间差，来确保不丢失每一个真实的信号，但是在一个全断面的测流过程各个测点的流速延时又是不一样的，当测试状态单元有流速信号音响时注意观察所记录的信号数，假如每次流速信号音响都是连续声音而信号数无增加，则是信号去抖延时选择数设置偏大;假如每次流速信号音响有拖拉音而信号数目跳大，则是信号去抖延时选择数设置偏小。因此需要根据测站具体情况对信号周期延时作进一步细分或做延时自适应，直到满足为止。

4.3 注重检查易耗件，留心观察信号状态

河底、水面、流速信号都无时，用万用表测量水下综合信号源电压，电压低于6.5 V以下时，对以上情况均有影响，应及时对其充电。

信号源电压充盈、信号接收盒等硬件无故障，有水面、河底信号而无流速信号应注重检查三点:一是流速信号3号线是否和信号源插头内部的4号孔连通。二是流速仪身是否与铅鱼身连通，如不通，建议在铅鱼身和流速仪身间接根导线即可。三是3号流速仪信号连接线不通有损，建议更换新的水下信号线;有流速、水面信号而无河底信号应注重检查三点:一是水下信号源插头内部的5号孔是否与4号河底信号连接线连通。二是干簧管有无损坏。三是干簧管安装底座与铅鱼身不导通;有河底、流速信号而无水面信号应注重检查两点:一是2号水面信号线与铅鱼身连接是否正常;二是水面信号连接线2号线与1号地线短路。

4.4 有爱岗敬业、责任心强的测流人员

全自动测流系统虽然已经在灌区普及，但是在某些地方还存有人为因素，测流人员在思想上更不能完全依赖它，测流时应一丝不苟、善于总结、做到未雨绸缪，才能全面做好测水量水工作。否则，谈提高测流精度只是一句空话。

［1］张体刚，张传刚，杨玉广.全自动测流系统在位山灌区的应用［J］.山东水利.2010(01+02).

［2］王国涛，贾哲，钟家江，等.水文缆道测流系统常见故障分析［J］.河南水利与南水北调.2009(10).