淺談沙沱升船機檢測裝置的配置

劉珂

摘 要：檢測裝置是實現(xiàn)電氣控制的基礎，在機械自動化領域具有廣泛的應用。沙沱升船機是集成機械、電氣和液壓系統(tǒng)為一體的大型交通工程，檢測裝置類別較多，功能各異。檢測裝置采集數(shù)據參數(shù)的準確性和狀態(tài)信息和可靠性，直接影響到沙沱升船機運行安全和穩(wěn)定。本文全面介紹了沙沱升船機檢測裝置的配置情況，為同類型升船機檢測系統(tǒng)設計提供參考。

關鍵詞：沙沱升船機;檢測裝置;檢測系統(tǒng)

1 沙沱升船機

烏江沙沱升船機由上游引航道、過壩渠道（上閘首）、本體段、下閘首、下游引航道等建筑物組成，型式為全平衡鋼絲繩卷揚式垂直升船機。船舶過壩時，依次通過上（下）游引航道、上（下）閘首進入由80根鋼絲繩懸吊的承船廂內，通過設于承重塔柱頂部機房內的主提升機驅動，使之沿承重塔柱導軌垂直升降運行，運送船只過壩。最大提升高度75.38m，通航規(guī)模為500噸級，設計年過壩能力210萬噸。

2 檢測裝置應用原理

沙沱升船機在運行過程中，檢測設備實時采集數(shù)據參數(shù)和狀態(tài)信息，反饋到現(xiàn)地級控制子站。計算機監(jiān)控系統(tǒng)對采集數(shù)據參數(shù)進行分析和比對，實時作出評價，擇優(yōu)對系統(tǒng)進行控制。同時，計算機監(jiān)控系統(tǒng)也能通過狀態(tài)信息及時發(fā)現(xiàn)、處理和預防各種可能出現(xiàn)的故障，保證沙沱升船機安全和穩(wěn)定運行。

3 檢測裝置類別

沙沱升船機運行檢測裝置有下列幾種：水位測量、水深測量、行程測量、位置測量、開度測量、船廂靜態(tài)調平檢測、船廂動態(tài)水平檢測、船舶探測裝置和船廂減速停位檢測、監(jiān)護檢測等。

3.1 水位測量

沙沱水電站庫容是日調節(jié)水庫，上下游水位變幅較大，變化率較高。為精確測量沙沱升船機上、下游引航道水位，沙沱升船機配置有水位測量裝置。在上（下）閘首檢修門和上（下）閘首外設置水位計井，分別安裝1套投入式壓力水深儀、1套吹氣式水深儀。測量得到的參數(shù)分別上送沙沱升船機上閘首現(xiàn)地控制子站和下閘首現(xiàn)地控制子站，作為承船廂與閘首對接的停位目標參數(shù)。

3.2 水深測量

沙沱升船機承船廂設計水深為2.5m，設置有水深測量裝置，確保廂內水深范圍在2.5m±0.1m的范圍內。在承船廂的左、右兩側的上、中、下位置各布置1個連通管，在連通管內裝設壓力式水深儀，測量承船廂6點的水深值，分別與6點平均值比較來判斷船廂的水平狀態(tài)和船廂的撓度。測量參數(shù)上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

為了監(jiān)測承船廂與閘首對接時間隙水深，在承船廂上、下游端廂頭各布置兩個開口于廂頭間隙的連通管，管口平面略低于船廂底平面，在各連通管內安裝壓力式水深儀。測量信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.3 船廂行程、速度、加速度測量

在主機四個卷筒軸上各裝設1個絕對型軸角編碼器，用于檢測承船廂行程。承船廂的速度和加速度，由編碼器在單位時間內輸出的步數(shù)，經PLC計算處理而得到。測量信號上送沙沱升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)主提升機房現(xiàn)地控制子站。

3.4 船廂減速、停位檢測

為了保證承船廂每次上行或下行時都能適時減速，并使承船廂內標準水位線與上游或下游水平面準確對齊停位，分別在承船廂上、下游廂頭四角各設置1套光電反射式承船廂減速、停位檢測裝置。每套檢測裝置包括4個測量開關，分別用來檢測承船廂的正常減速點、事故減速點、正常停位點及超行程緊急停機點。測量信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

另外，在每套檢測裝置分別對應的上游鋼渡槽下游端及下閘首工作大門的上游端各裝設1套水面指示裝置，分別用來指示上、下游水位。水面指示裝置由水位連通管、浮子、測繩、滑輪、平衡重、護管及水位標志板組成。水位標志板與浮子水位線始終處于同一水平面，這樣，水位標志板即可分別準確指示上、下游水位。水位標志板的另一作用是，通過一定的測量方式，使測量開關通過水位標志板時，測量開關輸出電信號，供PLC處理。在上、下閘首工作門特定位置分別另外安裝1套固定標志板，用于承船廂超行程緊急停機點的檢測及找點停位檢測。當用于承船廂超行程緊急停機點檢測的測量開關通過固定標志板而輸出電脈沖或開關量信號時，說明承船廂發(fā)生了超行程運行。

3.5 船廂行程偏差及找點停位檢測

在主機房平面相對于承船廂四角的地方裝設四套承船廂行程檢測機構，每一機構由相同的兩個鏈輪、兩個鏈輪支座、一根鏈條、一個配重以及兩個軸角編碼器組成。兩個軸角編碼器中，一個為絕對型，用于測量承船廂全行程和四角的行程偏差，以此判斷承船廂的水平度;另一個為增量型，測量承船廂減速點檢測開關B1經過上閘首工作門的P1（或下閘首工作大門上的P4）標志板后的行程，通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)與上游（或下游）水位測量值比較，確定承船廂適當?shù)臏p速點。測量信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)主提升機房現(xiàn)地控制子站。

3.6 船廂距主提升機房底板距離測量

沙沱升船機配置一套紅外光電測距儀，用來測量承船廂至主機房層底面的距離，并與絕對型軸角編碼器測量數(shù)值進行比較驗證行程測量的準確度。測量信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)主提升機房現(xiàn)地控制子站。

3.7 船廂水平檢測

3.7.1 船廂靜態(tài)調平檢測

在承船廂四角及左右側中部區(qū)域的承船廂外側分別安裝1套磁滯伸縮式位移傳感器用于承船廂靜態(tài)調平檢測。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.7.2 船廂水平檢測

設置一套連通管式水平檢測裝置，用于承船廂靜態(tài)及動態(tài)水平檢測。該裝置由連通管、測井、水位標尺、壓力傳感器、阻尼閥、放水放氣閥、排污閥等組成。將該裝置以一定的方式水平安裝在承船廂上，并向連通管內注入一定量的干凈水。4個測井分別布置在承船廂的四個角，測井安裝在甲板下部，在測井上分別設置有水位標尺及壓力傳感器，分別用于測井內水位指示及水位的測量與變送;阻尼閥防止連通管內水的振蕩;放水放氣閥可釋放連通管內殘存的氣泡，也可調整連通管測井內的水位;放水閥可將連通管內的水全部放掉。

裝置安裝好進行測量前，首先測量出安裝壓力傳感器的4個測點在承船廂處于水平狀態(tài)時的相對水平偏差值，即標定出4個測點的水平安裝偏差，該偏差在設備安裝完畢后將固定不變。通過PLC對壓力傳感器的輸出及4個測點的水平安裝偏差進行處理、計算，得出承船廂的水平偏差。

3.8 開度測量

3.8.1 船廂門開度測量

每個船廂臥倒小門開度檢測采用2套絕對型軸角編碼器。測量信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.8.2 閘首工作大門開度測量

在閘首工作門啟閉機上分別設置2套（左右油缸）內置式位移傳感器測量液壓啟閉機油缸活塞桿的行程，計算油缸活塞桿行程和閘門實際開度。測量信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)閘首現(xiàn)地控制子站。

3.8.3 閘首臥倒小門開度測量

閘首臥倒小門開度測量分別采用2套絕對型軸角編碼器及鋼絲繩自動收放裝置。測量信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)上閘首臥倒小門現(xiàn)地控制子站。

3.8.4 承船廂防撞梁行程測量

在承船廂防撞梁每一端所對應的承船廂甲板上設有用于鋼絲繩定位、導向的轉向滑輪組，采用絕對型軸角編碼器及鋼絲繩自動收放裝置，測量承船廂防撞梁行程，測量信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9 位置測量

3.9.1 主提升機制動器位置及閘皮磨損檢測

主提升機安全制動器每個制動單元上裝設二套位置微動行程開關，每套包括松閘位置檢測、上閘位置檢測及閘皮磨損檢測，檢測信號送主提升機房現(xiàn)地控制子站，只有當所有制動器油缸均處于松閘位置時（“與”操作），主機房現(xiàn)地控制子站才能輸出松閘信號。高速軸（電動機）的工作制動器的位置檢測方式與安全制動器相同。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)主提升機房現(xiàn)地控制子站。

3.9.2 平衡重鎖定裝置位置檢測

平衡重鎖定裝置每側每組鎖定位置檢測采用2只接近開關。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)主提升機房現(xiàn)地控制子站。

3.9.3 船廂臥倒小門位置檢測

每個船廂臥倒小門位置檢測采用4只接近開關。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.4 密封框位置檢測

每個密封框位置檢測采用12只接近開關。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.5 船廂頂緊機構退回到位及楔塊下滑位置檢測

船廂頂緊機構共4套，對稱布置在船廂兩側。在每個楔塊下滑報警位置安裝2只接近開關，在非工作狀態(tài)下，當楔塊因系統(tǒng)泄露而產生的下滑量超過一定值即楔塊下滑到下滑報警位置時，接近開關給出開關量報警信號。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.6 船廂對接鎖定裝置位置檢測

船廂對接鎖定機構（撐緊摩擦式）對稱布置在船廂兩側，共4套。每套對接鎖定機構位置檢測采用2只接近開關。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.7 船廂防撞梁位置檢測

每個防撞梁位置檢測采用8只接近開關。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.8 船廂上、下鎖定裝置位置檢測

船廂上鎖定裝置4套，當船廂需在上鎖定位置鎖定時，由人力將鎖定梁推出，船廂重量通過鎖定梁傳遞給塔柱;船廂下鎖定裝置4套，當船廂需在下鎖定位置鎖定時，由人力將鎖定架推出，船廂重量通過鎖定架傳至底板。每套鎖定裝置位置檢測采用2只接近開關。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)主提升機房現(xiàn)地控制子站。

3.9.9 承船廂上、下極限位置檢測

在承船廂上、下行極限位置各安裝2只行程開關，用來檢測承船廂的上、下行程極限位置。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)主提升機房現(xiàn)地控制子站，兩只行程開關的常開點分別接入主提升子站PLC-DI采集板，常閉點以串聯(lián)的方式接入主提升硬件主回路，確保主提升PLC故障時系統(tǒng)能正常停機制動。

3.9.10 閘首工作大門位置檢測

在上（下）閘首工作門門槽上、下兩極限位各裝4只接近開關，在閘首工作門啟閉機上設1只主令開關，檢測工作門的開、關終位置。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)上（下）閘首現(xiàn)地控制子站。

3.9.11 閘首工作大門鎖定裝置位置檢測

上（下）閘首工作大門鎖定裝置位置檢測采用4只瞬時動作的接近開關（閘首工作大門高度位置可調，在不同高度位置鎖定）。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)上（下）閘首現(xiàn)地控制子站。

3.9.12 閘首臥倒小門位置檢測

上（下）閘首臥倒小門位置檢測分別采用4只接近開關。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)閘首臥倒小門現(xiàn)地控制子站。

3.9.13 閘首臥倒小門鎖定裝置位置檢測

上（下）閘首臥倒小門鎖定裝置位置檢測分別采用4只瞬時動作的接近開關。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)閘首臥倒小門現(xiàn)地控制子站。

3.10 壓力測量

每個密封框壓力測量采用4只壓力繼電器。檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.11 監(jiān)護檢測裝置

為了確保主提升機設備安全運行，設置同步軸扭矩檢測裝置4套，檢測信號上送升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)主提升機房現(xiàn)地控制子站。

3.12 船舶探測裝置

為了監(jiān)測船舶安全停位狀態(tài)，確保臥倒門正常關閉，在上閘首、船廂、下閘首均設置船舶探測裝置。采用紅外光電開關（配套提供水位隨動裝置），作用范圍20m。

4 常見故障處理

在升船機日常保養(yǎng)和維護時，要定期檢查檢測裝置的工作狀況，根據采集數(shù)據參數(shù)和狀態(tài)信息異常狀態(tài)，分級判斷故障原因。檢測裝置發(fā)生松動和位移時，要及時加固和復位;采集參數(shù)異常時，首先檢查外部環(huán)境條件，恢復正常工作條件，其次采用類比排除法，對比同機構上同功能檢測裝置工作狀態(tài)，判斷裝置損壞與否，及時更換該部位檢測裝置。對于處理后的檢測裝置，要進行標定和調試，確保檢測功能的正常。

5 結束語

沙沱升船機自2017年8月1日試運行以來，設備運行狀況良好，檢測裝置采集數(shù)據參數(shù)的準確性和狀態(tài)信息和可靠性，確保了沙沱升船機運行安全和穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]余友安，廖安康，金遼.構皮灘垂直升船機金屬結構和機械設備設計研究[J].人民長江，2019，05（50）：119-126.

[2]張英.三峽升船機控制系統(tǒng)設計和可靠性研究[D].陜西，西北工業(yè)大學：2006.

[3]張慧.三峽升船機船舶安全檢測及預警系統(tǒng)的研究[D].遼寧，大連海事大學：2016.

[4]潘小芬.巖灘升船機的運行維護[J].水電廠自動化，2001，04（84）：68-71.