探討船閘電氣自動化控制設備改造與技術應用

朱虹霏

（廣西西江開發(fā)投資集團有限公司，廣西梧州 543199）

0 引言

隨著國家綜合國力快速提升，人們的生活質量有了極大的改善，工業(yè)化發(fā)展越來越快，電氣自動化設備的運用也越來越廣泛。船閘工程中電氣自動化技術和電氣自動化設備應用的最為廣泛，船閘在社會中的作用就是作為通航建筑物，承擔著保證船舶順利安全通過閘壩的責任。

1 船閘概述

船閘就是用以保證船舶順利通過航道上集中水位落差的廂形水工建筑物。通航船閘作為通航建筑物的一種，對于暢通航道、便利和發(fā)展水路運輸，具有不可替代作用。由于船閘是樞紐的重要組成部分，過閘船舶在通航活動中的必經之路，是河航道中的重要結點，對于防洪和航行交通都具有重要作用，如圖1所示。

圖1 船閘

近年來，隨著水運事業(yè)的不斷發(fā)展，水上運輸量急劇增大，船閘的地位愈發(fā)重要。然而船閘在長時間使用過程中會出現(xiàn)不同程度的損傷，比如受到船舶撞擊以及自身老化因素影響，使得船閘內部結構的穩(wěn)定性受到一定破壞，從而帶來安全隱患。因此，船閘的電氣自動化設備的使用以及技術的創(chuàng)新，是社會發(fā)展的必然選擇。

2 船閘工程中電氣自動化技術的應用現(xiàn)狀

近年來，我國不斷從國外引入先進的電氣自動化技術和先進的電氣自動化設備使我國的船閘自動化水平得到了很大的提升和發(fā)展，特別是近年來我國在船閘自動化技術中又創(chuàng)新的應用了PLC和計算機網絡控制技術。與以前相比，我國船閘的自動化控制技術已經得到了巨大的進步和發(fā)展，但是我國船閘控制技術與國外的先進技術相比仍然存在相當大的差距，這也阻礙著我國船閘工程電氣自動化技術的進一步發(fā)展。而且國外在船閘工程電氣自動化設備技術上還形成了壟斷的趨勢，在對我國出售電氣自動化設備的過程中，不會向我國出售電氣自動化設備的技術。因此，我國的船閘發(fā)展只有在引入的先進電器自動化技術設備中不斷探索和創(chuàng)新，努力提高自主的電氣自動化設備的創(chuàng)新能力，從而具有自主的船閘工程控制技術。

3 船閘電氣自動化設備的改造歷程

3.1 船閘電氣自動化設備爭端改造階段

在船閘電氣自動化設備爭端改造階段中，由于在船閘運營過程中缺少相應的船閘自動化設備和船閘技術水平的不足，導致現(xiàn)有的船閘設備已經跟不上船閘領域的發(fā)展。因此我國引入了大批的先進船閘電氣自動化設備，并且國內也對船閘自動化領域的相關技術進行攻關和自行研制。經過船閘領域的研究人員不斷的努力，已初步研發(fā)出了高性能的專用行程開關、船閘活動橋自行控制系統(tǒng)和船舶自動跟蹤同步控制裝置等。通過這些改造措施，極大地提高了船舶在通過船閘時的安全性，并且還改善了船閘在工作過程中的工作環(huán)境，提升了船閘的工作效率。

3.2 船閘電氣自動化設備更新階段

在船閘電氣自動化設備更新階段，相關人員對船閘電氣自動化設備進行了全面改造和技術上的創(chuàng)新。在船閘工程領域應用了控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)，這樣極大地促進了船閘電氣自動化設備的技術提升。同時船閘運管單位也不斷從國外先進設備上進行摸索創(chuàng)新，從而研究出了自主的船閘電控系統(tǒng)，將船閘在工作時的安全性、可靠性和維護性大幅提升，在這個過程中也為電氣自動化技術的創(chuàng)新階段積累了大量的經驗。

3.3 船閘電氣自動化設備系統(tǒng)技術升級階段

在船閘電氣自動化設備系統(tǒng)技術升級階段，電氣自動化工程師們在幾十年經驗的積累下，通過融合工業(yè)化的技術改造將以太網大規(guī)模應用PLC技術實現(xiàn)了多座船閘之間可以協(xié)同利用傳感裝置、計算機控制系統(tǒng)、網絡圖像監(jiān)控系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)的升級改造技術，實現(xiàn)了船閘自動化技術水平質的飛躍。

4 船閘電氣自動化設備改造技術創(chuàng)新分析

4.1 船閘電氣拖動及調速技術

4.1.1 船閘人字門啟閉機

在船閘電氣自動設備改造技術創(chuàng)新中對船閘的電氣拖動以及調速技術的改造是非常重要的。而在整個改造過程中，其中創(chuàng)新的技術主要就是船閘人字門啟閉機。采用人字門啟閉機，主要使用的就是滑差電動脫機，這樣可以實現(xiàn)調速。但是在使用該技術的同時，出現(xiàn)了“超灌超泄”的不良情況，影響了滑差電動脫機的正常工作，讓其一直處于一種低負荷的工作狀態(tài)，從而導致船閘的調速不能正常進行，出現(xiàn)時空紊亂的情況。因此，后來進行升級改造，使用的是雙速鼠籠式電動機，這樣可以快速實現(xiàn)變級調速的目標和要求。但是對電氣自動化設備的保護不夠，帶來一定的安全隱患，一旦問題出現(xiàn)，就會導致船閘不能正常使用。最后，則是采用了變速調頻的技術，避免電機變速對設備造成不良的影響以及損耗。

4.1.2 活動橋啟閉機

活動橋啟閉機是另一個比較重要的創(chuàng)新技術。該技術最開始的創(chuàng)新結合改造，也是使用的滑差電動脫機，最重要的是，初期使用的是開環(huán)控制，但是在船閘實際的使用該系統(tǒng)的過程中，發(fā)現(xiàn)該技術不能與電氣設備同步，也就是會互相影響，反而延遲了船閘的運行，導致船閘運行的不順暢。所以，在發(fā)現(xiàn)這個問題以后，進一步對該技術進行改造和創(chuàng)新，并且根據(jù)掌握的某些技術和研究，比如在原有的設備之上，加上高差檢測裝置，以及增加一個伺服電機，并且還需要對系統(tǒng)的同步性進行調整，等每一個環(huán)節(jié)都調整完成以后，需要在和電氣自動化設備共同試驗，觀察該技術是否能夠與電氣自動化的設備能夠同步，并且跟蹤的效果是否符合現(xiàn)在的要求和標準。最重要的是，在改進以后，讓閉環(huán)控制具備了大量的跟蹤裝置和偵察裝置，并且把調速系統(tǒng)也進行了改裝，這樣可以保證調速的方便性，在其中使用了旋轉編碼器、單片機技術，同時還使用了PLC技術，這三種技術在船閘自動化技術創(chuàng)新中的應用，更能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且便于維護和檢修。

4.2 傳感技術

傳感技術對船閘的穩(wěn)定性具有重要的作用。使用傳感器，可以加快船閘運行的效率和速度，并且確保其穩(wěn)定性。而且傳感技術已經比較成熟，同時傳感器被安置在了船閘的各個位置，通過傳感器可以控制船閘的每一各位置，了解每一處的具體情況。我國對船閘的傳感器以及傳感技術一直在探索，而且由于傳感器的種類比較多，有高度傳感器、溫度傳感器、水位傳感器以及壓力的傳感器等，所以研究的類別比較復雜。不同的傳感器有不同的作用，但都有一個特征，都會把信號傳輸回到總控制系統(tǒng)之中，讓計算機系統(tǒng)了解船閘的具體情況。比如，高度傳感器中的旋轉編碼器已經取代了從前的定制光電碼盤，利用旋轉編碼器可以忽視惡劣天氣的影響，在船閘工程領域進行全天候運行。

4.3 控制技術

控制技術是船閘電氣自動化設備改造技術中最關鍵的環(huán)節(jié)。如果不能對船閘進行全方位的控制，就會導致電氣自動化失去作用和效果。但是由于船閘建筑過于龐大，想要實現(xiàn)全面控制，在技術上存在一定的難度?，F(xiàn)階段，相關人員對控制技術的研究和創(chuàng)新，促進了船閘電氣自動化的發(fā)展。目前，使用的是計算機全面操控傳船閘的運行。船閘控制技術第一個階段是繼電器控制技術，該技術是最原始的控制技術。第二階段則是晶體管集成電路，該控制技術與當時的科技發(fā)展有直接的關系，晶體管在該階段是我國重點研發(fā)項目。第三階段是小規(guī)模PLC控制，這是PLC控制技術剛開始有一定的研究成果以后應用的控制技術。第四階段是大規(guī)模的PLC技術，該階段PLC技術已經比較成熟。第五階段，則是使用的計算機網絡控制船閘的運行，也是目前最先進的控制技術。計算機網絡控制實現(xiàn)了人機交互，使得整個系統(tǒng)更加安全，而且維修十分便利。

4.4 控制工藝流程

控制工藝流程是自動化技術創(chuàng)新的最后一個要求，流程越簡單，對設計和技術創(chuàng)新的幫助越大。首先，目前比較重要的對船閘的控制方法是利用計算網絡進行控制，其控制流程的簡單化對計算機控制船閘的運行具有巨大的優(yōu)勢。因此，在設計的時候，內部要精細化，這樣可以避免因為程序和零部件等導致控制工藝出現(xiàn)問題。其次，在創(chuàng)新控制工藝流程的時候，應該秉承在不影響正常船閘運行的基礎上，實現(xiàn)簡單化設計的要求和目標。最后，則是對監(jiān)控方面實現(xiàn)精密化的處理。

5 結語

綜上所述，在船閘電氣自動化控制設備改造過程中，不僅要對電氣設備自身的質量、結構、標準等做好把關，同時也要在電氣設備改造前對設備相應的功能進行詳細的測試，從而確保改造后的設備能夠穩(wěn)定運行，這樣才能提升船閘電氣自動化運行效率，保障通航設備的安全運行。