船闸电气自动化设备改造与技术创新研究

    蒋平

    

    摘 要：船闸电气自动化控制设备与技术的升级改造，可以高效建立和统筹实施与促进船闸信息化发展和规划进程，在提高科学管理水平和船闸运行的安全可靠性上，根据实际需要对设备和技术予以不断改进和完善，持续探讨与实践控制系统在数据管理、实时监测、业务查询，以及站网、通航、预案和调度等管理上的平衡与最优化，才能真正保证船闸的安全稳定运行。

    关键词：船闸;自动化;技术创新

    中图分类号：U641? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）01-0024-02

    1 船闸电气自动化概述

    作为应用最广的通航建筑物，船闸能够很好地确保船舶的顺利通行。我国在上个世纪就开始对发达国家的电气自动化技术进行学习，相继引进了一系列的电气自动化控制设备，再加上我国具有越来越高的船闸自动化技术，有效提升了我国船闸自动化程度。水利工程的船闸最早采用按照高度自动化运行配置的电气控制系统，其主要对防撞装置、事故检修门、活动吊桥、通行信号灯、闸阀门等进行控制;其船闸的现场传感装置主要为船舶自动探测装置、水位计及水位差计、限位开关等;主要是由集中控制装置完成其中的程序控制和信号处理，由无触点和有触点等不同的逻辑控制设备共同构成了集控装置。此外，船闸还配备工业电视系统，可以实现不同状态的运行方式，也就是单机运行、半自动运行和全自动运行。

    2 船闸工程中电气自动化技术的应用现状及问题

    船闸是一个建筑物，是保证船舶在江河上顺利通行的建筑物。船闸对我国的船舶的重要性不言而喻。而随着科学技术的发展，我国向国外学习，并且引进了电气自动化设备，也就是电气工程及其自动化技术，这样方便了对船闸的操控，提高了船舶的通行效率。我国目前的研究水准在不断地上升，借助于之前引进的电气化设备进行全新的研究和创新。所以，电气自动化设备，在我国船闸之中的使用效率很高。我国最典型的船闸电气自动化技术的应用以及设备的改造，就是葛洲坝的改造，成为了我国的代表。电气自动化技术在我国的应用逐渐地推行开来，而且技术也在不断地创新。

    虽然我国的船闸已经在使用电气自动化技术，但是在使用的过程中，仍然存在一定的问题，这些问题影响到了船闸的正常使用。因此需要详细地分析一些存在的問题，以及使用的解决策略和方法，希望可以保证船闸的正常使用。目前我国船闸的自动化技术的使用，存在的问题主要是缺乏自主创新的技术。我国关于船闸的电气自动化设备以及自动化技术的研究，已经有了很大的进步。

    3 船闸电气自动化改造与技术创新

    3.1船闸+水电站电气控制系统一体化

    船闸+水电站一体化集成平台最基本的一个特点就是将船闸系统和水电站系统的运行数据集成在一个平台上监控。船闸系统的PLC与监控计算机之间通讯协议采用的是ModbusTCP/IP，这是目前在工业自动化领域中主流的一种通讯方式，其支持标准的TCP/IP协议，通讯速率可达100MB。在一体化集成平台上使用ModbusTCP/IP协议进行上下位机的数据通讯，充分利用其通讯速率高，画面刷新及响应速度快等优点。

    （1）水电站监控。每台水轮发电机组图形的主要发电数据，包括有功功率、无功功率和转速等。

    （2）船闸监控。主要运行数据包括：上下游闸阀门的运行状态及位置，闸阀门的开度，闸室内外水位，通航信号灯指示、运行电机电流等。

    （3）变电站数据。水电站系统变电站的运行数据，包括400V变压器、35kV变压器的详细运行数据等。

    （4）历史趋势分析。调用水电站和船闸的系统运行历史数据。可根据需要自行选择要进行分析的数据。系统根据数据生成趋势曲线，根据曲线的波动，可分析相关设备在当时的运行状态。

    （5）水位分析。调用水位曲线的监控画面。水位是水电站和船闸系统的一个非常重要的监控参数。在后期的运行管理中，可以将水电站侧和船闸侧的上下游水位运行趋势曲线放在同一张画面上进行数据分析比较。

    （6）实时曲线。调用实时曲线的监控画面。主要将水电站系统的水轮发电机组运行参数进行实时曲线分析，在实时曲线画面中显示电流、有功功率、功率因素和励磁电流参数，也可以根据需要，调整曲线显示内容。

    （7）运行报表。运行报表记录生产过程中的数据、状态等。包括运行日报表、船闸与水电站水文日报表、运行月报表，船闸系统闸次统计报表，生成的报表可支持直接在线打印。

    3.2船闸检修排水泵房半自动化控制改造

    船闸输水廊道检修排水泵房主要用于阀门检修时，排除工作阀门段廊道内的积水，保证工作人员对阀门的正常检修或紧急故障处理。

    船闸检修排水泵房操作规程规定：例行动机深井泵至少运行30分钟，潜水泵至少运行1小时，且三台泵不能同时工作，两台泵不能同时启动，深井泵启动前润滑水至少开启5分钟。检修排水模式用于船闸计划性停航检修期间排出廊道内的水，一般工作在夜间，便于白天施工人员顺利进入廊道内进行施工作业，因此其半自动运行过程中对于设备停机的准确度要求较高，在廊道内水已排干的情况下能够准确停机，防止电机在无水状态下的空转。

    （1）硬件配置。采用西门子300系列PLC模块搭建泵房半自动控制系统的硬件平台。主要采用315系列CPU带3个数字量输入模块和2个数字量输出模块，输入信号包括两台深井泵软启动器的控制信号、潜水泵控制信号、润滑水控制信号、模式控制信号以及泵出水检测信号。输出信号主要包括驱动相应指示灯以及驱动控制继电器的信号。传感器主要包括润滑水出水检测装置和泵出水检测装置。

    （2）软件设计。软件设计基于西门子S7开发环境，对三种工作模式下三台泵的运行控制流程进行梯形图编写，实现泵无论处于何种状态都能够完整地执行整个模式运行，即某台泵处于故障或手动状态，程序也能自动判断并继续模式的运行。

    例行动机运行模式。程序设计首先检测三台泵的状态，检测润滑水的状态以及是否处于例行动机模式下，在一键启动触发控制信号后，首先进行润滑水的运行，10分钟后1#深井泵启动，启动2#深井泵，待深井泵停机后再启动潜水泵运行，整个运行模式以时间控制中间环节，保证设备按照运行规程自动运行，同时保证设备的动机时间。

    检修排水运行模式。检修排水模式下，程序先检测润滑水和各台泵设备的状态，遵循船闸泵房运行操作规程，顺序启动各台设备运行，模式停止以泵出水检测信号为停机信号。

    渗漏排水运行模式。渗漏排水模式下，每次只需要选择一台泵运行，因此其软件设计按照选择不同的泵设备有不同的信号检测流程。

    4升级改造应用与管理建议

    4.1关联船闸设施管理系统

    船闸电气自动化设备及其管理系统对船闸信息化应用有着重要的支撑作用。电气设备自动化控制系统的升级改造，在实时监测、运行控制、数据和事件记录、数据统计和报表查询等方面形成的做法与经验，建议关联到正处于升级改造阶段的船闸设施管理系统中，有利于在统一管理格局下，通过系统的资源整合与模式互补，提升控制系统的应用效益。

    4.2加大信息化人才培养和使用力度

    目前，船闸运行操作岗位上的工作人员，基本都具备自动化控制系统的操作技能，能够维持船闸的正常运转。但是，期望更有效地发挥升级改造后的新系统效益，能够在今后系统运行的过程中发现较深层次的问题并自己动手解决，这对平均年龄相对较大、学识层次相对较低的操作班组来说，无疑是很困难的。建议加快对信息化人才的引进，促使船闸操作班组的结构不断优化，同时加快普及计算机与网络新知识，强化系统问题模拟实战，多管齐下，将控制系统使用好、养护好。

    5结语

    综上所述，電气自动化设备改造与技术创新，在船闸设备应用过程中，不仅提高了操作效率，还有利于船闸自动化、信息化的发展，对于我国船闸可持续发展有着重要意义。

    参考文献：

    [1]熊锦玲，吴炅，李大洪，望昊，李业舟，郑雄韬.三峡船闸检修排水泵房半自动化控制改造研究[J].科技创新与应用，2018（29）：76-77.

    [2]蒲皓，刘轰.船闸+水电站电气控制系统一体化集成平台研究及应用[J].通讯世界，2018（06）：198-199.