閘門控制系統(tǒng)改造的應用研究—以渠村分洪閘為例

濮陽黃河河務局渠村分洪閘管理處 馬 慧 祁剛山 韓登杰 秦瑞康

閘門控制系統(tǒng)改造的應用研究—以渠村分洪閘為例

濮陽黃河河務局渠村分洪閘管理處 馬 慧 祁剛山 韓登杰 秦瑞康

渠村分洪閘位于大堤樁號47+776～48+525處，該閘為鋼筋混凝土灌注樁開敞式閘門，采用固定卷揚式啟閉機，自從閘門建成以來，沒有進行過重大技術改造，一直使用線控技術，經過多年的使用，筆者發(fā)現(xiàn)閘門的控制系統(tǒng)存在如下問題：控制操作準確率、自動化程度低，效率不高，控制部分故障多；控制技術落后，不能適應水管體制的發(fā)展要求；控制電路是開放式設計，直接面對操作人員，操作安全系數(shù)低。針對上述問題，本文，筆者介紹了一種新技術，以解決原有系統(tǒng)的不足。

一、系統(tǒng)描述

1.系統(tǒng)結構。在原閘門控制系統(tǒng)主要增加以下設備：1套PLC（可編程控制器）系統(tǒng)、1套TeSys U電機啟動控制器、1個旋轉編碼器和1套人機界面。系統(tǒng)結構框圖見圖1。

2.PLC的主要特點。

（1）可靠性高，抗干擾能力強。PLC的生產廠家在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使PLC可直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場并穩(wěn)定可靠地工作。目前，各廠家生產的PLC平均無故障時間都大大超過了IEC（國際電工委員會）規(guī)定的10萬h。而且為了適應特殊場合的需要，有的PLC生產廠商還采取了冗余設計和差異設計，進一步提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。

（2）適應性強，應用靈活。由于PLC產品均為系列化生產，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結構，組合和擴展方便，用戶可以根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足具有不同功能的控制系統(tǒng)的要求。

（3）編程方便，簡單易用。PLC的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受電氣技術工人的歡迎，近年來又發(fā)展了面向對象的順控流程圖語言，也稱功能圖，使得編程更為簡單。

（4）設計、安裝和調試方便。PLC中含有大量相當于中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等常用電器元件的“軟元件”，又用程序代替硬連線，安裝接線工作量小。設計人員只要有PLC就可以進行控制系統(tǒng)設計，并可在實驗室進行模擬調試。

（5）維修方便，維修工作量小。PLC有完善的自診斷、履歷情報存儲及監(jiān)視功能。PLC對于其內部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O狀態(tài)均有顯示，工作人員通過它可以查出故障的原因，有利于問題的解決。

（6）功能完善。除了基本的邏輯控制、定時、計數(shù)和算術運算等功能外，配合特殊的功能模塊還可以實現(xiàn)點位控制、PID運算、過程控制和數(shù)字控制等功能，有利于工廠的管理。此外，PLC還可以與上位機通信，通過遠程模塊還可以控制遠端設備。

3.TeSys U型啟動控制器的特點。

（1）集隔離器、斷路器、接觸器、熱繼電器和功能模塊于一體，只需單體設備即可完成電動機直接啟動控制的全部功能。

（2）所有功能模塊采用插拔式結構，無需手動接線，不允許錯誤的選型配合。

（3）利用低功耗、寬電壓范圍接觸器線圈以及寬范圍整定電流（4倍）電子式熱繼電器控制保護，精準無誤。

（4）相比傳統(tǒng)方案，體積減小40%，接線時間節(jié)省60%，型號數(shù)量更減少90%。

（5）符合IEC947/EN60947-6-2的全面配合標準，即使在短路情況下也不會出現(xiàn)主觸點的熔焊危險。

二、系統(tǒng)功能

1.實現(xiàn)了控制自動化。通過對控制系統(tǒng)的改造，使分洪閘閘門控制實現(xiàn)自動化。原來閘門操作需要兩個人才能完成，一個人通過觀察在閘墩上標注的開啟高度，然后再告訴操作人員閘門啟閉、停止等操作；而通過控制電路，只需一個人即可自動實現(xiàn)閘門每個檔次（原來操作每半米為一個檔次）的操作。

2.實現(xiàn)了閘門高度運行情況的實時顯示。通過引入人機界面、位移傳感器和TeSys U電機啟動控制器，分洪閘門的開啟高度及閘門運行情況可以實時顯示到操作人員面前，使操作人員可以實時了解閘門的運行狀況，讓閘門運行更安全可靠。

3.實現(xiàn)了觸摸屏控制。通過觸摸屏實現(xiàn)各種按鈕的控制功能。從而提高了操作的準確性，使操作更人性化。改變了原來閘門的各種操作按鈕是機械控制、操作不準確、故障高和不美觀的問題。

三、結論

渠村分洪閘閘門控制系統(tǒng)改造為安全分泄特大洪水提供了可靠保證，降低了操作工作強度，為北金堤滯洪區(qū)和黃河下游人民的財產和生命安全提供了有力保障。

該閘門控制系統(tǒng)改造完全是自行設計，節(jié)約設計費用5 000元左右，在分洪閘上運行后，閘門每孔啟閉操作由原來的2名人員減少為1名，按照分洪閘的操作規(guī)程，閘門的操作人員由原來的16人減少為8人，按分洪閘的人均經費（每人每年25 600元）計算，間接為單位節(jié)省人員開支20萬元左右。新控制系統(tǒng)的應用也大大降低了原線控故障率，按照每孔每年減少0.6萬元計算（閘門共56孔），全年共節(jié)省各種維修維護成本33.6萬元左右。合計為單位減少54.1萬元經費開支，經濟效益顯著。該系統(tǒng)自改造后運行以來，安全無誤，有效地提高了閘門控制系統(tǒng)的自動化管理水平。