船閘電氣自動化設(shè)備改造與技術(shù)創(chuàng)新研究

蔣平

摘 要：船閘電氣自動化控制設(shè)備與技術(shù)的升級改造，可以高效建立和統(tǒng)籌實施與促進船閘信息化發(fā)展和規(guī)劃進程，在提高科學(xué)管理水平和船閘運行的安全可靠性上，根據(jù)實際需要對設(shè)備和技術(shù)予以不斷改進和完善，持續(xù)探討與實踐控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理、實時監(jiān)測、業(yè)務(wù)查詢，以及站網(wǎng)、通航、預(yù)案和調(diào)度等管理上的平衡與最優(yōu)化，才能真正保證船閘的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：船閘;自動化;技術(shù)創(chuàng)新

中圖分類號：U641? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）01-0024-02

1 船閘電氣自動化概述

作為應(yīng)用最廣的通航建筑物，船閘能夠很好地確保船舶的順利通行。我國在上個世紀就開始對發(fā)達國家的電氣自動化技術(shù)進行學(xué)習(xí)，相繼引進了一系列的電氣自動化控制設(shè)備，再加上我國具有越來越高的船閘自動化技術(shù)，有效提升了我國船閘自動化程度。水利工程的船閘最早采用按照高度自動化運行配置的電氣控制系統(tǒng)，其主要對防撞裝置、事故檢修門、活動吊橋、通行信號燈、閘閥門等進行控制;其船閘的現(xiàn)場傳感裝置主要為船舶自動探測裝置、水位計及水位差計、限位開關(guān)等;主要是由集中控制裝置完成其中的程序控制和信號處理，由無觸點和有觸點等不同的邏輯控制設(shè)備共同構(gòu)成了集控裝置。此外，船閘還配備工業(yè)電視系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同狀態(tài)的運行方式，也就是單機運行、半自動運行和全自動運行。

2 船閘工程中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題

船閘是一個建筑物，是保證船舶在江河上順利通行的建筑物。船閘對我國的船舶的重要性不言而喻。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國向國外學(xué)習(xí)，并且引進了電氣自動化設(shè)備，也就是電氣工程及其自動化技術(shù)，這樣方便了對船閘的操控，提高了船舶的通行效率。我國目前的研究水準在不斷地上升，借助于之前引進的電氣化設(shè)備進行全新的研究和創(chuàng)新。所以，電氣自動化設(shè)備，在我國船閘之中的使用效率很高。我國最典型的船閘電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用以及設(shè)備的改造，就是葛洲壩的改造，成為了我國的代表。電氣自動化技術(shù)在我國的應(yīng)用逐漸地推行開來，而且技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。

雖然我國的船閘已經(jīng)在使用電氣自動化技術(shù)，但是在使用的過程中，仍然存在一定的問題，這些問題影響到了船閘的正常使用。因此需要詳細地分析一些存在的問題，以及使用的解決策略和方法，希望可以保證船閘的正常使用。目前我國船閘的自動化技術(shù)的使用，存在的問題主要是缺乏自主創(chuàng)新的技術(shù)。我國關(guān)于船閘的電氣自動化設(shè)備以及自動化技術(shù)的研究，已經(jīng)有了很大的進步。

3 船閘電氣自動化改造與技術(shù)創(chuàng)新

3.1船閘+水電站電氣控制系統(tǒng)一體化

船閘+水電站一體化集成平臺最基本的一個特點就是將船閘系統(tǒng)和水電站系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)集成在一個平臺上監(jiān)控。船閘系統(tǒng)的PLC與監(jiān)控計算機之間通訊協(xié)議采用的是ModbusTCP/IP，這是目前在工業(yè)自動化領(lǐng)域中主流的一種通訊方式，其支持標準的TCP/IP協(xié)議，通訊速率可達100MB。在一體化集成平臺上使用ModbusTCP/IP協(xié)議進行上下位機的數(shù)據(jù)通訊，充分利用其通訊速率高，畫面刷新及響應(yīng)速度快等優(yōu)點。

（1）水電站監(jiān)控。每臺水輪發(fā)電機組圖形的主要發(fā)電數(shù)據(jù)，包括有功功率、無功功率和轉(zhuǎn)速等。

（2）船閘監(jiān)控。主要運行數(shù)據(jù)包括：上下游閘閥門的運行狀態(tài)及位置，閘閥門的開度，閘室內(nèi)外水位，通航信號燈指示、運行電機電流等。

（3）變電站數(shù)據(jù)。水電站系統(tǒng)變電站的運行數(shù)據(jù)，包括400V變壓器、35kV變壓器的詳細運行數(shù)據(jù)等。

（4）歷史趨勢分析。調(diào)用水電站和船閘的系統(tǒng)運行歷史數(shù)據(jù)?？筛鶕?jù)需要自行選擇要進行分析的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)生成趨勢曲線，根據(jù)曲線的波動，可分析相關(guān)設(shè)備在當(dāng)時的運行狀態(tài)。

（5）水位分析。調(diào)用水位曲線的監(jiān)控畫面。水位是水電站和船閘系統(tǒng)的一個非常重要的監(jiān)控參數(shù)。在后期的運行管理中，可以將水電站側(cè)和船閘側(cè)的上下游水位運行趨勢曲線放在同一張畫面上進行數(shù)據(jù)分析比較。

（6）實時曲線。調(diào)用實時曲線的監(jiān)控畫面。主要將水電站系統(tǒng)的水輪發(fā)電機組運行參數(shù)進行實時曲線分析，在實時曲線畫面中顯示電流、有功功率、功率因素和勵磁電流參數(shù)，也可以根據(jù)需要，調(diào)整曲線顯示內(nèi)容。

（7）運行報表。運行報表記錄生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等。包括運行日報表、船閘與水電站水文日報表、運行月報表，船閘系統(tǒng)閘次統(tǒng)計報表，生成的報表可支持直接在線打印。

3.2船閘檢修排水泵房半自動化控制改造

船閘輸水廊道檢修排水泵房主要用于閥門檢修時，排除工作閥門段廊道內(nèi)的積水，保證工作人員對閥門的正常檢修或緊急故障處理。

船閘檢修排水泵房操作規(guī)程規(guī)定：例行動機深井泵至少運行30分鐘，潛水泵至少運行1小時，且三臺泵不能同時工作，兩臺泵不能同時啟動，深井泵啟動前潤滑水至少開啟5分鐘。檢修排水模式用于船閘計劃性停航檢修期間排出廊道內(nèi)的水，一般工作在夜間，便于白天施工人員順利進入廊道內(nèi)進行施工作業(yè)，因此其半自動運行過程中對于設(shè)備停機的準確度要求較高，在廊道內(nèi)水已排干的情況下能夠準確停機，防止電機在無水狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)。

（1）硬件配置。采用西門子300系列PLC模塊搭建泵房半自動控制系統(tǒng)的硬件平臺。主要采用315系列CPU帶3個數(shù)字量輸入模塊和2個數(shù)字量輸出模塊，輸入信號包括兩臺深井泵軟啟動器的控制信號、潛水泵控制信號、潤滑水控制信號、模式控制信號以及泵出水檢測信號。輸出信號主要包括驅(qū)動相應(yīng)指示燈以及驅(qū)動控制繼電器的信號。傳感器主要包括潤滑水出水檢測裝置和泵出水檢測裝置。

（2）軟件設(shè)計。軟件設(shè)計基于西門子S7開發(fā)環(huán)境，對三種工作模式下三臺泵的運行控制流程進行梯形圖編寫，實現(xiàn)泵無論處于何種狀態(tài)都能夠完整地執(zhí)行整個模式運行，即某臺泵處于故障或手動狀態(tài)，程序也能自動判斷并繼續(xù)模式的運行。

例行動機運行模式。程序設(shè)計首先檢測三臺泵的狀態(tài)，檢測潤滑水的狀態(tài)以及是否處于例行動機模式下，在一鍵啟動觸發(fā)控制信號后，首先進行潤滑水的運行，10分鐘后1#深井泵啟動，啟動2#深井泵，待深井泵停機后再啟動潛水泵運行，整個運行模式以時間控制中間環(huán)節(jié)，保證設(shè)備按照運行規(guī)程自動運行，同時保證設(shè)備的動機時間。

檢修排水運行模式。檢修排水模式下，程序先檢測潤滑水和各臺泵設(shè)備的狀態(tài)，遵循船閘泵房運行操作規(guī)程，順序啟動各臺設(shè)備運行，模式停止以泵出水檢測信號為停機信號。

滲漏排水運行模式。滲漏排水模式下，每次只需要選擇一臺泵運行，因此其軟件設(shè)計按照選擇不同的泵設(shè)備有不同的信號檢測流程。

4升級改造應(yīng)用與管理建議

4.1關(guān)聯(lián)船閘設(shè)施管理系統(tǒng)

船閘電氣自動化設(shè)備及其管理系統(tǒng)對船閘信息化應(yīng)用有著重要的支撐作用。電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的升級改造，在實時監(jiān)測、運行控制、數(shù)據(jù)和事件記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表查詢等方面形成的做法與經(jīng)驗，建議關(guān)聯(lián)到正處于升級改造階段的船閘設(shè)施管理系統(tǒng)中，有利于在統(tǒng)一管理格局下，通過系統(tǒng)的資源整合與模式互補，提升控制系統(tǒng)的應(yīng)用效益。

4.2加大信息化人才培養(yǎng)和使用力度

目前，船閘運行操作崗位上的工作人員，基本都具備自動化控制系統(tǒng)的操作技能，能夠維持船閘的正常運轉(zhuǎn)。但是，期望更有效地發(fā)揮升級改造后的新系統(tǒng)效益，能夠在今后系統(tǒng)運行的過程中發(fā)現(xiàn)較深層次的問題并自己動手解決，這對平均年齡相對較大、學(xué)識層次相對較低的操作班組來說，無疑是很困難的。建議加快對信息化人才的引進，促使船閘操作班組的結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，同時加快普及計算機與網(wǎng)絡(luò)新知識，強化系統(tǒng)問題模擬實戰(zhàn)，多管齊下，將控制系統(tǒng)使用好、養(yǎng)護好。

5結(jié)語

綜上所述，電氣自動化設(shè)備改造與技術(shù)創(chuàng)新，在船閘設(shè)備應(yīng)用過程中，不僅提高了操作效率，還有利于船閘自動化、信息化的發(fā)展，對于我國船閘可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

參考文獻：

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