南水北調(diào)解臺(tái)站液壓閘門自動(dòng)化控制改造技術(shù)探討

戴 康 李尚志 蔣興勇 薦 威

（南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司徐州分公司 徐州 221000）

1 工程概況

南水北調(diào)解臺(tái)站是南水北調(diào)東線工程的第八級(jí)抽水泵站。工程位于江蘇省徐州市賈汪區(qū)境內(nèi)的不牢河輸水線上，毗鄰解臺(tái)船閘。工程建成后，將與劉山站、藺家壩站聯(lián)合運(yùn)行，共同實(shí)現(xiàn)出駱馬湖125m3/s，入下級(jí)湖75m3/s 的調(diào)水目標(biāo)，同時(shí)發(fā)揮樞紐原有的排泄徐州地區(qū)和微山湖湖西片756 m2澇水的排澇效益。

解臺(tái)站工程主體工程包括泵站、節(jié)制閘等工程。解臺(tái)泵站設(shè)計(jì)調(diào)水流量125m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程5.84m，安裝5 臺(tái)套2900ZLQ32-6 型立式軸流泵（含備機(jī)1臺(tái)），配TL2800-40/3250 型同步電動(dòng)機(jī)。水泵葉輪直徑2900mm，單機(jī)設(shè)計(jì)流量31.5m3/s，單機(jī)功率2800kW，總裝機(jī)容量14000kW。泵站為堤身式塊基型結(jié)構(gòu)，站身共分兩塊底板，中塊兩孔一聯(lián)，邊塊三孔一聯(lián)。采用肘形進(jìn)水流道，平直管出水流道，快速門加小拍門斷流。站上設(shè)工作門、事故門各5臺(tái)套，均采用QPPY Ⅱ-2×160kN 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉；站下進(jìn)水流道配平面鋼質(zhì)檢修門2 套共4 扇，電動(dòng)葫蘆起吊。站下游有攔污柵橋和攔污柵，配HQ-A型回轉(zhuǎn)式清污機(jī)10 臺(tái)套，SPW 型皮帶輸送機(jī)輸送污物。解臺(tái)節(jié)制閘設(shè)計(jì)排澇流量500m3/s，為鋼筋混凝土胸墻式結(jié)構(gòu)，共3 孔，每孔凈寬10m，設(shè)鋼質(zhì)平板門，采用QPPY Ⅱ-2×160kN 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉。

2 運(yùn)行管理中存在的問題

（1）所有閘門在控制過程中，當(dāng)任意一孔閘門的控制出現(xiàn)問題時(shí)，其他閘門無法正常開啟，從而對(duì)泵站的運(yùn)行存在嚴(yán)重的不安全隱患。

（2）閘門的開度無法正常顯示，數(shù)據(jù)采集不穩(wěn)定，經(jīng)常報(bào)錯(cuò)，導(dǎo)致閘門無法正常啟閉，從而嚴(yán)重影響泵站機(jī)組的正常運(yùn)行。

（3）現(xiàn)場(chǎng)原有液壓?jiǎn)㈤]機(jī)閘門開度設(shè)備已損壞，開度數(shù)據(jù)無法正常傳輸，開度數(shù)據(jù)無法校準(zhǔn)，從而對(duì)整個(gè)液壓控制系統(tǒng)存在嚴(yán)重制約。

（4）節(jié)制閘閘門跨度大，左右油缸的同步存在問題，當(dāng)左右油缸工作過程中出現(xiàn)誤差，無法糾正過來，從而會(huì)左右失衡導(dǎo)致閘門傾斜，卡在門槽里面。

（5）油缸控制系統(tǒng)很單一，控制柜設(shè)備已老化，其中一些元器件已老化，運(yùn)行不靈敏，中間繼電器經(jīng)常誤動(dòng)，與實(shí)際不符合。

（6）控制柜由于服務(wù)年限較長(zhǎng)，柜內(nèi)PLC 老舊，觸摸屏為黑白顯示，老化嚴(yán)重，系統(tǒng)陳舊，操作不靈活，數(shù)據(jù)顯示不清晰，數(shù)據(jù)處理與實(shí)際存在誤差，存在一定的安全隱患。

（7）當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化出現(xiàn)問題以后，系統(tǒng)無靈活的解決方案，只能強(qiáng)制手動(dòng)操作。

3 液壓閘門自動(dòng)化控制改造措施

根據(jù)運(yùn)行管理中存在的問題，對(duì)解臺(tái)站液壓閘門現(xiàn)地控制及自動(dòng)化系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)更新，完善閘門控制系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3．1 節(jié)制閘門糾偏改造措施

采用HLW-I 精度拉線位移開度傳感器，信號(hào)采集核心元件為進(jìn)口器件精度為mm 的開度采集設(shè)備，信號(hào)直接傳輸至糾偏儀進(jìn)行處理，滿足液壓設(shè)備的使用需求，不受其他設(shè)備的影響，提高了設(shè)備控制準(zhǔn)確度。通過拉線位移開度傳感器將左右兩邊液壓缸的行程記錄下來，傳給糾偏儀，通過儀表的信號(hào)處理單元對(duì)左右兩邊液壓缸的行程進(jìn)行比較，將比較的結(jié)果顯示到儀表上面，通過輸出繼電器將信號(hào)傳到電氣自動(dòng)化控制回路，控制液壓系統(tǒng)的糾偏電磁閥，從而控制進(jìn)回油系統(tǒng)。當(dāng)左右行程恢復(fù)到規(guī)定值以內(nèi)時(shí)，糾偏繼電器停止輸出，從而糾偏電磁閥停止工作，使兩邊液壓缸行程同步，閘門能安全穩(wěn)定的正常運(yùn)行。

3．2 快速閘門控制改造措施

配套設(shè)計(jì)采用HLW-I 精度拉線位移開度傳感器，信號(hào)采集核心元件為進(jìn)口開度傳感器，輸出信號(hào)為4～20mA，精度為14 位的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，信號(hào)直接傳輸至PLC 進(jìn)行處理，滿足液壓設(shè)備的使用需求，不受其他設(shè)備的影響，提高了設(shè)備控制準(zhǔn)確度。通過拉線位移開度傳感器將液壓缸的行程記錄下來，傳給現(xiàn)地控制PLC，PLC 處理單元對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行比較計(jì)算，將比較的結(jié)果顯示到觸摸屏上面，輸出繼電器將信號(hào)傳到電氣自動(dòng)化控制回路，從而來控制液壓系統(tǒng)，保證閘門能安全穩(wěn)定的正常運(yùn)行。設(shè)備拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 設(shè)備拓?fù)鋱D

3．3 控制柜改造措施

控制柜具體改造措施分為兩個(gè)部分：一是在原有控制柜的功能基礎(chǔ)上，更換PLC 可編程控制器，增加液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的糾偏功能，在原有功能的基礎(chǔ)上，合理進(jìn)行程序開發(fā)，使之更符合現(xiàn)場(chǎng)的使用要求；在新的PLC 系統(tǒng)中，保留原有的通信方式，以便和現(xiàn)有的監(jiān)控組態(tài)軟件進(jìn)行通信，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的所有數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)上。二是增加獨(dú)立的手動(dòng)控制按鍵系統(tǒng)，當(dāng)PLC 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，使用時(shí)靠轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換控制。

3.3.1 柜內(nèi)PLC 的升級(jí)改造

更換PLC，使用原同型號(hào)的PLC，該P(yáng)LC 是施耐德各系統(tǒng)PLC 中的高檔產(chǎn)品，該P(yáng)LC 功能強(qiáng)大，性能優(yōu)越，穩(wěn)定可靠，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求。

3.3.2 增加液壓糾偏功能

設(shè)備上增加可控制的電磁閥在液壓系統(tǒng)的回路上，使用糾偏控制儀采集閘門兩側(cè)開度傳感器的信號(hào)。具體糾偏過程是：在閘門運(yùn)行時(shí)，開度傳感器將采集到的信號(hào)通過雷格碼的形式傳送到糾偏控制儀，由糾偏控制儀對(duì)開度傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行跟蹤、計(jì)算和控制，并將開度傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20MA 模擬量傳送給PLC，PLC 根據(jù)閘門兩邊的開度傳感器采集的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算閘門兩邊運(yùn)行的距離，當(dāng)兩邊運(yùn)行的距離相差超過設(shè)定的值時(shí)，糾偏控制儀輸出控制信號(hào)，PLC 接收到控制信號(hào)，并根據(jù)測(cè)量計(jì)算的數(shù)據(jù)，對(duì)閘門進(jìn)行糾偏，控制相應(yīng)的電磁閥暫時(shí)關(guān)閉，待距離相差小于一定數(shù)值后，糾偏控制儀停止輸出糾偏控制信號(hào)，PLC 重新讓電磁閥導(dǎo)通，從而完成了糾偏的操作。

3.3.3 增加獨(dú)立手動(dòng)操作系統(tǒng)

根據(jù)柜體內(nèi)的可供安裝的空間，單獨(dú)做一個(gè)操作板，將轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鍵都安裝操作板上，再將操作板固定在現(xiàn)有的控制柜內(nèi)，操作按鍵選用自鎖帶燈的按鍵，并聯(lián)在每個(gè)需要進(jìn)行控制的回路上，并增加使用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行操作方式的切換控制，以保證使用時(shí)的安全可靠性。

4 結(jié)語

解臺(tái)站液壓閘門自動(dòng)化控制改造，具有控制簡(jiǎn)單、操作方便、性能卓越、工作可靠等特點(diǎn)，減輕了運(yùn)行管理人員的管理難度，保障了設(shè)備安全運(yùn)行，滿足液壓閘門自動(dòng)化控制的要求