光電開關式反弧門限位裝置在三峽船閘上的應用初探★

佘立子，杜 滿，盧昊天，望 昊，朱小龍

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002）

引言

三峽船閘為雙向五級船閘，最大工作總水頭113 m，單級最高工作水頭45.2 m[1]。三峽船閘通過布置在24個反弧門井的反向弧形門控制輸水廊道的通斷來實現(xiàn)各級閘室以及與上下游間的水位控制。反弧門系統(tǒng)通過間接檢測的方式實現(xiàn)門葉開關終位置信號的檢測。因此，反弧門限位裝置對于船閘運行控制具有十分重要的意義。

1 現(xiàn)狀

現(xiàn)有的反弧門位置檢測裝置由固定在油缸活塞桿吊頭的感應板觸發(fā)安裝在導軌處的限位開關來實現(xiàn)間接控制。由于感應板均為鍍鋅碳鋼材質(zhì)，反弧門井內(nèi)常年環(huán)境潮濕，且閘室高水位時，反弧門關終限位開關與下滑位限位開關均沒在水中，碳鋼材質(zhì)感應板必然會產(chǎn)生銹蝕。由于高水頭船閘反弧門在輸水末期吊桿會產(chǎn)生震動，因而會造成安裝在吊頭的感應板感應限位開關信號不穩(wěn)定。反弧門限位傳感器主要作用是將反弧門的位置信號傳給PLC綜合處理，現(xiàn)有感應方式下，反弧門關終及下滑位信號發(fā)訊時在反弧門吊桿完全伸出狀態(tài)，處于反弧門井中部，檢修人員更換關終及下滑位限位開關十分不便。

2 研究目的

通過改變限位開關感應形式，在降低吊桿擺動對限位信號感應影響風險的同時，將反弧門關終與下滑位限位裝置整體移至水面上，方便運行維護人員檢修與維護。

3 方案設計

用光電開關代替原距離感應式限位開關，當油缸活塞桿向下運動至關終位時，固定在反弧門油缸吊桿缸頭處的撞環(huán)卡住固定在鋼絲繩上的擋塊，使鋼絲繩拉動收繩器下方遮光板隨反弧門活塞桿向下運動至光電開關中間，觸發(fā)光電開關信號，使設備停機。光電式限位裝置設計圖如圖1所示。

3.1 光電開關選型

根據(jù)船閘現(xiàn)場情況，所選擇的光電開關需滿足以下幾點要求：

1）根據(jù)設計，采用對射型光電開關且電壓為24 V DC。

2）由于反弧門井環(huán)境潮濕，光電開關IP等級要達到防潮以上。

3）為了方便安裝，光電開關體積要盡可能小巧。

綜合以上條件，選取了西克GSE6-P1112與倍加福M100/MV100-RT/76a/103/115兩種光電開關。但目前三峽船閘的實際應用中，應用最廣的是倍加福系列開關，為了方便采購，最終確定采用倍加福M100/MV100-RT/76a/103/115。

3.2 撞環(huán)設計

撞環(huán)采用不銹鋼材質(zhì)，一端通過鋼扎帶固定在反弧門吊桿組吊頭，另一端由兩塊工裝拼接，鋼絲繩從中間穿過。撞環(huán)設計圖如下頁圖2、圖3所示。

3.3 擋塊與擋板設計

考慮到擋塊要穿過鋼絲繩，且固定在鋼絲繩上，因此采用標準不銹鋼方管對切，將鋼絲繩從管中穿過后，由螺栓固定。擋塊設計圖如下頁圖4所示。

考慮到矩形擋板在反弧門井中可能會由于氣流的作用產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，影響信號觸發(fā)。因此，采用塑料小球來做擋板。

3.4 光電開關安裝支架設計

支架的主要作用為將收繩器與光電開關集成，并固定在上層檢修平臺上。選用兩根長為1.7 m的角鋼通過鋼扎帶在上層檢修平臺欄桿上固定，角鋼上部設計支架固定收繩器，下部兩層分別固定對射型光電開關，如圖5所示。

4 現(xiàn)場驗證

4.1 現(xiàn)場接線

倍加福M100/MV100-RT/76a/103/115為對射型三線制光電開關。發(fā)射端發(fā)射紅光至接收端，通過遮光板阻斷紅光的接收來實現(xiàn)信號通斷的控制。

根據(jù)船閘應用實際，我們采用暗通來輸出信號，將光電開關接收端頂部旋鈕指針指向“D”，感應距離調(diào)至最小。

具體接線為：由反弧門端子箱中取直流24V電源送至光電開關，光電開關接收器4根信號線送至反弧門井旁端子箱，由已敷設的電纜送至機房2號柜經(jīng)X1端子排，最后接入PLCDI模塊。

4.2 原理驗證

根據(jù)設計，當反弧門吊桿運行接近下滑位時，撞環(huán)觸碰撞塊，帶動撞塊與小球繼續(xù)向下運動，當反弧門吊桿至下滑位時，小球擋住光電開關信號，PLCDI模塊常開點閉合。反弧門吊桿繼續(xù)向下運動，離開下滑位，下滑位光電開關恢復，PLCDI模塊常開點斷開。反弧門吊桿運行至關終位，小球擋住光電開關信號，PLCDI模塊常開點閉合。

支架安裝完畢，首先進行關閥過程模擬：活塞桿向下運動帶動下拉收繩器至下滑位與關終位，分別檢查小球是否能有效觸發(fā)信號。實驗效果如圖7、圖8所示。

5 結(jié)語

模擬運行中，光電開關信號觸發(fā)穩(wěn)定，且受鋼絲繩擺動影響小，原理性驗證成功。與現(xiàn)行反弧門限位裝置相比，具有檢修維護方便、不受吊桿擺動影響的優(yōu)點。但本方案對于是否長期適用于三峽船閘運行工況還有待進一步驗證，光電開關支架的穩(wěn)固性有待進一步研究。