淺談船閘電氣自動(dòng)化控制設(shè)備改造與技術(shù)應(yīng)用

黃建春

摘 要：現(xiàn)階段，電氣自動(dòng)化設(shè)備在生產(chǎn)生活中扮演著重要角色，自動(dòng)化設(shè)備的安全性和可靠性也尤為關(guān)鍵。船閘自動(dòng)化控制設(shè)備改造和應(yīng)用的過程中，應(yīng)以船閘信息化建設(shè)為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，以保障船閘的平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：船閘電氣自動(dòng)化控制;設(shè)備改造

近年來，我國電氣自動(dòng)化應(yīng)用范圍得到明顯擴(kuò)張，該階段也取得了較為顯著的應(yīng)用效果，這一發(fā)展趨勢也為自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步創(chuàng)造了有利條件。船閘電氣自動(dòng)化控制設(shè)備既可優(yōu)化船閘系統(tǒng)控制效果，又可以彌補(bǔ)人工操作中存在的各項(xiàng)不足，保障船閘設(shè)備的有序運(yùn)行。

1船閘電氣自動(dòng)化控制設(shè)備改造概述

現(xiàn)如今，船閘工程電氣自動(dòng)化技術(shù)與電氣自動(dòng)化設(shè)備廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。船閘主要的作用是確保通航建筑物發(fā)揮自身作用，使船舶安全平穩(wěn)地通過閘壩，減少資源的損失。電氣自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用于船舶工程，與我國自主研究的閘壩自動(dòng)化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，能夠充分發(fā)揮其作用優(yōu)勢。如在船閘工程中應(yīng)用電氣自動(dòng)化設(shè)備，能夠顯著提高船閘自動(dòng)化水平，為船舶安全通航打下基礎(chǔ)。但是我國船閘自動(dòng)化技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比依然存在著不小的差距。相關(guān)部門需不斷創(chuàng)新我國船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備，研發(fā)船閘控制工程技術(shù)。

2船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造的發(fā)展

我國船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造發(fā)展主要分為三個(gè)階段，分別為設(shè)備終端改造階段、設(shè)備更新階段和技術(shù)升級(jí)階段。以下筆者就從發(fā)展中經(jīng)歷的三個(gè)階段入手，簡要分析船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造的發(fā)展進(jìn)程。

2.1設(shè)備終端改造階段

我國船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備終端改造的過程中，自動(dòng)化設(shè)備和船閘技術(shù)相對(duì)滯后，現(xiàn)有設(shè)備無法與我國船閘領(lǐng)域的發(fā)展相適應(yīng)。為改變這一狀況，我國也引進(jìn)了諸多先進(jìn)的船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備，且加大了船閘自動(dòng)化自主研發(fā)的力度。在相關(guān)領(lǐng)域研究人員的共同不懈努力下，我國已經(jīng)初步研制出性能較為完善的專用行程開關(guān)及船閘自動(dòng)跟蹤同步控制裝置。采取上述改造方法后，我國船閘運(yùn)行更為安全，大大改善了船閘的運(yùn)行環(huán)境，切實(shí)提高看船閘運(yùn)行及工作的效率。

2.2設(shè)備更新階段

設(shè)備更新的過程中，基于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的全面發(fā)展，我國尤其重視船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備的改造和技術(shù)創(chuàng)新。船閘工程中應(yīng)控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)，推動(dòng)船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的深入發(fā)展。另外，我國船閘運(yùn)營單位學(xué)習(xí)和借鑒了國外先進(jìn)設(shè)備，對(duì)設(shè)備自主研發(fā)投入大量的資源，研制出真正屬于我國的船閘電控系統(tǒng)，從而全方位增強(qiáng)了船閘運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。而且在自主研發(fā)的過程中也可積累大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2.3技術(shù)升級(jí)階段

我國船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)升級(jí)的過程中，電氣自動(dòng)化工程師利用自身積累的工作經(jīng)驗(yàn)，在工業(yè)化技術(shù)改造中，將PLC技術(shù)與以太網(wǎng)有機(jī)結(jié)合，在多座船閘間協(xié)同利用傳感裝置、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控系統(tǒng)及廣播系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)，為船舶自動(dòng)化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造新技術(shù)

就船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造新技術(shù)而言，本文將從船閘電氣拖動(dòng)及調(diào)速技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)這三方面來進(jìn)行詳細(xì)說明，希望能夠?yàn)楦玫姆治龃l電氣自動(dòng)化控制設(shè)備改造與技術(shù)應(yīng)用提供一些參考。

3.1船閘電氣拖動(dòng)及調(diào)速技術(shù)

3.1.1機(jī)械啟閉機(jī)有：

（1）螺桿式啟閉機(jī)：是一種用螺紋桿直接作用，或者通過導(dǎo)向滑塊、連接桿件及閘門門葉的相互作用對(duì)閘門進(jìn)行啟閉控制的裝置。螺桿式啟閉機(jī)既可以產(chǎn)生啟門力，又可以結(jié)合螺桿的承載負(fù)荷能力產(chǎn)生一定強(qiáng)度的閉門力。通常情況下，螺桿式啟閉機(jī)更加適用于中小型閘門。

（2）齒輪齒條式啟閉機(jī)：通過電力驅(qū)動(dòng)減速箱，依靠齒輪、軸承和后齒輪的相互聯(lián)動(dòng)作用，達(dá)到啟閉閘門的目的。齒輪齒條式啟閉機(jī)適用于橫拉門。

（3）圓盤推桿啟閉機(jī)：此類啟閉機(jī)是對(duì)四連桿機(jī)械構(gòu)造實(shí)行優(yōu)化改造的成果。借助電動(dòng)機(jī)與減速器的作用帶動(dòng)圓盤高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，控制閘門的啟閉。圓盤推桿式啟閉機(jī)具有適用范圍廣，安全穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢。

（4）齒條推桿式啟閉機(jī)：將由齒板與槽鋼組成的齒條的一端鉸接在閘門門葉的頂橫梁上，使推桿與齒輪水平銜接，依靠齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒條勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到控制閘門啟閉的目的。

（5）鋼絲卷揚(yáng)機(jī)式啟閉：此類型啟閉機(jī)被廣泛應(yīng)用到船閘閘門啟閉控制中。通過電力驅(qū)動(dòng)使纏繞鋼絲繩的減速齒輪持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，依靠鋼絲繩的收放控制閘門啟閉。由于鋼絲卷揚(yáng)式啟閉機(jī)的安全風(fēng)險(xiǎn)較高，已經(jīng)逐步被其他類型啟閉機(jī)所取代。

（6）滾珠絲桿啟閉機(jī)：滾珠絲桿啟閉機(jī)是一類極具代表性的船閘機(jī)械啟閉機(jī)。通過變頻器對(duì)滾珠絲桿的運(yùn)動(dòng)展開變頻控制，達(dá)到控制閘門啟閉運(yùn)行速率的目的。滾珠絲桿啟閉機(jī)具有調(diào)速方便，控制效果良好等優(yōu)勢。在推拉桿與閘門連接位置設(shè)置蝶形彈簧緩沖器，可以有效減輕負(fù)載突變產(chǎn)生的不利影響，降低緩沖力。

3.1.2液壓啟閉機(jī)

液壓啟閉機(jī)主要由動(dòng)力部分、執(zhí)行部分、控制部分和輔助部分組成，這四部分的具體情況如下：

①動(dòng)力部分：液壓泵，液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，將動(dòng)力機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液態(tài)油的液壓能。

②執(zhí)行部分：油缸，執(zhí)行系統(tǒng)關(guān)鍵元件，將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

③控制部分：壓力控制閥、流量控制閥以及方向控制閥等。通過對(duì)液態(tài)油的流量、流速和壓力的合理控制，滿足液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的性能要求。

④輔助部分：輔助系統(tǒng)主要包括油箱、連接接頭、濾油器和壓力表等組件。輔助系統(tǒng)可以促使動(dòng)力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相互聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)作業(yè)。

3.1.3船閘液壓啟閉機(jī)控制要求及優(yōu)化

液壓啟閉機(jī)具有系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化與通用化等基本特征，這也是液壓啟閉機(jī)屬于船閘啟閉機(jī)的主要原因。液壓啟閉機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)存在較大差異。在輸出功率保持一致的前提條件下，液壓啟閉機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的體量更輕，慣性更小，平穩(wěn)性更強(qiáng)，且安全系數(shù)更高。不僅有效解決了傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)因加工裝配誤差出現(xiàn)的非規(guī)律性震動(dòng)問題，還充分發(fā)揮了油液的系振作用，確保了閘門頻繁轉(zhuǎn)換的平穩(wěn)性。液態(tài)油既可以作為一種動(dòng)能轉(zhuǎn)換介質(zhì)，又可以作為機(jī)械表面潤滑劑，減小摩擦力，延長設(shè)備使用壽命。相比機(jī)械式啟閉機(jī)，液壓啟閉機(jī)對(duì)電機(jī)的控制更加靈便，自動(dòng)化程度更高。電液聯(lián)合應(yīng)用可以充分發(fā)揮這兩方面的優(yōu)點(diǎn)，保障循環(huán)作業(yè)的安全性。

3.2控制技術(shù)

電氣自動(dòng)化設(shè)備與技術(shù)在船閘系統(tǒng)中的應(yīng)用有著十分積極的現(xiàn)實(shí)意義，其中，控制技術(shù)的應(yīng)用是最為核心的環(huán)節(jié)。若無法有效控制船閘，則會(huì)在很大程度上阻礙電氣自動(dòng)化作用的有效發(fā)揮[2]。船閘建筑規(guī)模較大，若想充分保證控制的效果，則需先解決技術(shù)難題。我國在控制技術(shù)研究創(chuàng)新的過程中，也極大地推動(dòng)了船閘電氣自動(dòng)化技術(shù)的全面發(fā)展。

目前，基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制船閘運(yùn)行狀態(tài)較為普遍。船閘控制技術(shù)的發(fā)展主要分為五個(gè)階段，分別為繼電器控制技術(shù)，這一技術(shù)也是最為基礎(chǔ)的控制技術(shù);晶體集成電路，該技術(shù)與我國科技發(fā)展水平息息相關(guān)，晶體管是該階段尤為重要的研發(fā)項(xiàng)目。接下來是小規(guī)模PLC控制階段，這是PLC技術(shù)發(fā)展的初期取得一定研究成果后，所采用的控制技術(shù)。第四階段是大規(guī)模PLC階段，這一階段是我國PLC技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟的階段[3]。最后一個(gè)階段是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)嚴(yán)格控制船閘的運(yùn)行狀態(tài)，該技術(shù)也是現(xiàn)階段最具先進(jìn)性的控制技術(shù)，有利于保障系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行，且維修尤為便捷，具有人機(jī)互動(dòng)功能。

3.3傳感技術(shù)

傳感技術(shù)有利于維護(hù)船閘的穩(wěn)定性，合理利用傳感器能夠提高船閘的運(yùn)行效率。當(dāng)前，傳感技術(shù)現(xiàn)已處于相對(duì)成熟的發(fā)展階段，傳感器廣泛應(yīng)用于船閘的多個(gè)部位。利用傳感器能夠全面控制船閘的每個(gè)角落，實(shí)現(xiàn)船閘的全面控制，促使人員全方位了解每個(gè)位置的運(yùn)行情況。我國船閘傳感器和傳感技術(shù)發(fā)展水平顯著提高，傳感器類型十分豐富，研究的類別也相對(duì)較多，如高度傳感器、溫度傳感器、水位傳感器和壓力傳感器。不同傳感器的作用有所不同，所有的傳感器都能夠?qū)⑿盘?hào)順利地傳輸至總控制系統(tǒng)之中，確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以全面掌握船閘的運(yùn)行概況。

傳感器設(shè)計(jì)相對(duì)簡單。例如高度傳感器設(shè)計(jì)初期，以定制光電碼盤到旋轉(zhuǎn)編碼器。創(chuàng)新發(fā)展中，利用傳動(dòng)裝置即可形成鏈輪鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)行相對(duì)便捷，且維修相對(duì)便利，操作難度較小。需要注意的是，雖然設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但是零部件的精密度較高。

結(jié)束語：

通過以上分析我們可以獲知，電氣自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用在船閘設(shè)備中，發(fā)揮著極為關(guān)鍵作用。船閘控制是實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)傳感的支持下，能夠科學(xué)設(shè)計(jì)船閘線路，從而有效控制船閘，這也為電氣自動(dòng)化設(shè)備改造創(chuàng)新創(chuàng)造了有利條件。為此，在創(chuàng)新過程中，工作人員要及時(shí)了解控制技術(shù)、傳感技術(shù)和控制工藝流程技術(shù)，并能夠客觀認(rèn)識(shí)我國現(xiàn)階段船閘電氣設(shè)備改造中的各項(xiàng)不足，明確未來的改造方向和創(chuàng)新方向，以此更好的推進(jìn)我國船舶事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱留清.船閘電氣自動(dòng)化控制設(shè)備改造與技術(shù)應(yīng)用探討[J].中國科技投資，2019，000（032）：203-203.

[2]張浩.船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造與技術(shù)創(chuàng)新討論[J].輕松學(xué)電腦，2019，000（025）：P.1-1.

[3]蔣平.船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造與技術(shù)創(chuàng)新研究[J].中國水運(yùn)（上半月），2019，000（001）：24-25.

（南通市港航事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 南通 226000）