引黃水閘啟閉控制系統的研制與應用

侯 濤 ，李曉煒

（1.濟南供水分局，山東 濟南 250032；2.歷城區黃河河務局，山東 濟南 250018）

引黃水閘閘門啟閉控制系統，是依托遙控裝置、傳感系統等先進技術，進行控制閘門啟閉運行的一種有效方式。目前引黃水閘運行管理，仍然存有技術設備滯后、勞動強度大、生產效率低和啟閉安全性差等問題。通過研制應用該控制系統，并在楊莊引黃水閘進行試驗，成功解決了以上問題。

1 控制系統研究的背景

1.1 引黃供水在社會經濟建設中的重要作用

黃河水是山東沿黃地區主要的淡水資源，同時還是引黃濟津、引黃保泉、引黃濟青等重要水源。引黃供水為沿黃地區工農業發展和社會穩定提供了水力資源，滿足了沿黃城市居民生活用水、促進了社會經濟發展，最大限度地保證了農作物關鍵期的用水，對農業增產豐收和城市生活、工業生產以及生態環境起到了舉足輕重的作用，為國民經濟發展和社會穩定做出了貢獻。

1.2 現狀和存在問題對引黃水閘運行的影響

沿黃各地農業灌溉最大特點是根據天氣及農作物的實際情況，按照早提晚關的引水作業模式，使用黃河水。為加大水資源利用率，實現供水效益最大化，當河道水位發生變化時，就需隨時調整閘門高度，酌情增加啟、閉閘門的次數，來穩定閘后水位和流量，避免因水量突變給閘后水渠工程造成不利影響。

1.3 應用新技術的必要性

多年來，水閘操作人員進行閘門啟閉時，多是手工操作，工作條件差環境艱苦。特別是調水調沙期間，天氣干旱無雨，氣溫較高，水位漲落幅度大，為確保閘后水位平穩，灌區水渠使用安全，一天啟閉調節10余次，勞動強度非常大。因此，研究試驗既減輕管理人員的體力勞動、又能節約工作時間、運行更安全可靠的操作使用設備和儀器迫在眉捷。為此，試驗、運用新型的水閘閘門啟閉控制系統進行啟閉調節閘門非常必要。

2 SZYK型閘門啟閉控制系統

2.1 控制系統組成和性能

該控制系統主要由遙控顯示器、接收器、控制柜、傳感器等組成。在距閘室200 m的范圍內，遙控發出閘門升降指令，接收器按照指令連接線路，經過控制柜控制閘門升降，同時將升降高度反饋顯示器，便于升降操作；設置了閘門啟閉區間，提高了閘門運行的安全性能。

2.2 控制系統原理

1）建立電機轉數與閘門啟閉高度的函數關系，即閘門升降高度為電機轉數的1.7倍。

2）安裝在啟閉電機上的傳感器，檢測其轉向和轉數等信息傳遞給接收器，經過接收器中的單片機（STC12LE5A16AD）進行處理，計算出閘門升降高度信息并發送給遙控器。

3）遙控裝置接收到信息，LED顯示屏就會及時顯示閘門的高度數據，供管理人員實時掌握水閘閘門運行狀況，進行閘門升降的調整。

2.3 控制系統主要參數

1）遙控器。發射功率為10 kW，電壓為3 V（2節5#電池）。在遙控器上設有電源開關、LED顯示器和2組升降按鈕。

2）接收器。接收功率為10 kW，電壓為12 V。在接收器上設有電源開關、升降控制線、閘門升降數據線、歸零鍵。

3）閘門升降測試應用值。人員測試平均值為1.69 mm/r和1.71 mm/r。故選取1.7 mm/r為理論值進行測試，后測試證明1.7 mm/r符合實際操作運用值。

4）在啟閉機動力電機上安裝了3個NPN常開型的傳感器，1個測電機轉動圈數，2個鑒別電機旋轉方向，將信息傳遞到接收器，單片機根據電機轉動方向和轉速進行處理，計算出閘門高度，將信息反饋到無線遙控器顯示。

5）本系統設有閘門啟閉高度區間0～2 m（即電機旋轉0～1 176 r，也可根據需要經過計算機程序進行調整設置）。

2.4 控制系統的研制

組織人員對電機設備、轉速和閘門高度進行測試，現場測試啟閉機上的齒輪轉速和閘門升、降高度。電機轉數為啟閉機設備設定的電機和齒輪轉數按 43.34∶1 折算值。

根據測試數據分析表明：啟閉機提升閘門要克服上升阻力和閘門自重，速度較慢。下降閘門則由于閘門自重下落較快。

啟閉電機JZ242型額定轉速為698 r/min。閘門起升額定速度為1.16 m/min，即1.66 mm/r。與測試平均數據1.69 mm/r相近，分析誤差主要因啟閉機連接閘門為油絲繩松緊程度不同所致。

通過組裝調試，打開遙控器右側電源開關，在距閘室200 m的范圍內，輕按遙控器上的1#升（降）或2#升（降）按鍵，接收器就會按照升降指令進行控制連線，啟動電機運轉，閘門就會隨之升降。同時遙控器顯示系統會實時顯示閘門的高度，管理人員根據情況進行升降調整操作，直至符合要求為止。

2.5 控制系統的使用情況

自2010年5月28日，SZYK型引黃水閘閘門啟閉控制系統在楊莊閘安裝試用至今，一直運行良好，達到了研制目的。

特別是調水調沙期間，管理人員能夠隨時掌握閘門啟閉高度、閘后水渠的水位和水勢情況，每次調整閘門達到要求，只需1人就能夠方便、快捷的完成。調水調沙期間，雖然大河水位變化無常，但管理人員都能夠輕松操作完成。使用SZYK型水閘閘門啟閉控制系統調控閘門，達到了準確、省時、省力、安全的目的，運行效果明顯，實用性強。

3 應用效果

3.1 實現了閘門啟閉無線遠程調控

應用水閘閘門啟閉控制系統調控閘門啟閉，在遠程無線遙控閘門啟閉操作上實現了新突破，解決了水閘運行時多人協同操作、反復調整、頻繁啟閉的現實問題，實現了200 m范圍內調控閘門高度的目的，減少了用工量，縮短了開啟時間，提高了工作效率。

3.2 提高了閘門運行安全度

在接收器單片機程序內設置閘門啟閉高度區間，即啟閉高度最小值0和最大值2 m。當閘門降至最小值時，啟閉操作自動停止，避免無限下降造成油絲脫槽和其他事件的發生；當閘門升至2 m時，啟閉操作同樣自動停止，避免了閘門過度上升帶來的不安全影響。

為保證操作安全，在遙控器、接收器都安裝了無線遙控系統啟閉閘門專用的電源開關，杜絕了閘門無計劃操作，避免了閘門運行的不安全因素。

3.3 實現了閘門運行狀態的實時再現

傳感器在啟閉機動力電機上的成功運用，實現了閘門運行狀態的實時再現。在啟閉機動力電機上安裝了3個NPN常開型傳感器。傳感器將運行信息傳遞到接收器，單片機根據電機轉動方向和轉數，計算升、降信息，并反饋到無線遙控器，遙控器屏幕就會顯示閘門運行高度信息，供操作人員查看和使用。此信息在遙控器上始終保留，管理操作人員實時查看閘門當時運行狀況，調整閘門運行狀態。

3.4 與遠程監控系統形成閘門操作功能上的互補

無線遙控接收設備利用電子模塊進行組裝，與遠程監控閘門操作系統并聯，共同使用閘門啟閉控制設施，不需任何切換操作，二者都可單獨使用，互不影響，操作閘門運行效果一樣，形成了閘門操作功能上的互補。因遙控器顯示系統隨時顯示現實的閘門高度信息，不會造成與遠程監控系統一同操作使用的可能。

3.5 減少設備運行頻率，延長了工程、設備使用壽命

SZYK型閘門啟閉控制系統，可一次精準地操控閘門啟閉到要求的高度，以達到控制閘門安全引水的目的。無線遙控系統提升閘門的運用，大大減少閘門啟閉頻率，降低運行設備磨損率，延長了設備的使用壽命。同時，利用該系統調控閘門，避免了閘后水躍及折沖水流等不利現象的產生，從而提升了工程運行的安全性。