一種無人值守的自動控制式新型水閘技術研發

賴佑賢 閆曉滿

(廣州市水電建設工程有限公司， 廣東 廣州 510600)

一種無人值守的自動控制式新型水閘技術研發

賴佑賢 閆曉滿

(廣州市水電建設工程有限公司， 廣東 廣州 510600)

水閘作為水利工程中的重要組成部分，通過開閉閘門幫助實現攔水、提高水位、泄洪、排水等重要功能，在水利工程中占據重要地位。目前，水閘啟閉是通過設置限位裝置來實現。然而，停留在水閘關閉或開啟位置的異物常常成為導致水閘形成“非正常”啟閉的“偽限位點”。無人值守自動控制式新型水閘技術的提出，克服了現行水閘啟閉系統的缺陷和不足，為水閘的安全正常使用提供了保障，也大大提升了水閘運行管理的科技含量。

水閘運行； 限位裝置； “偽限位點”； “非正常”啟閉

1 概 述

隨著中國經濟的快速發展，水利工程項目建設越來越多。水閘作為水利工程中的重要組成部分，其施工建設數量逐漸增多。水閘通過開閉閘門，能幫助實現攔水、提高水位、泄洪、排水等重要功能，在水利工程中占據重要地位[1-3]。然而，目前使用的大多數水閘門啟閉系統都存在一定的技術缺陷和不足，對水閘結構及電器控制系統進行技術升級與改造，對保證水閘的安全與正常使用十分重要。本文介紹了一種無人值守的自動控制式新型水閘技術及其應用成果。

2 水閘基本結構及運行中存在的技術問題

水閘結構主要分為上游連接段、下游連接段和閘室三部分。

水閘間的主體是水閘閘室，閘室內部設置有啟閉機、底板和各類工作橋等。上游連接段包括防沖槽、護坡、翼墻等，水閘下游連接段包括護坡、海漫和消力池等。水閘正常啟閉是確保水閘各項功能的先決條件。目前水閘的通用運行模式是通過設置限位裝置，來實現水閘按照設定形成關閉。但在實際運行過程中明顯存在“非正常”啟閉的問題，為水閘運行安全帶來嚴重威脅。

3 水閘自動化控制系統的研究

針對現有技術的不足，充分利用電氣及自動化技術，研制提供一種新型水閘是可行的[4-5]。要求新提出的水閘技術能夠在閘門卡滯后允許啟閉機的螺桿向下運動一段小距離，同時欠電流繼電器動作，斷電停機，保障啟閉機安全；同時，通過荷重傳感器發回的荷重信號，可精確測定、顯示、控制啟閉機閘門的荷重信息，有助于促進啟閉機的自動化升級改進，擴展啟閉機的功能，使啟閉機適應時代要求，在水利工程中發揮更大作用，實現閘門自動控制與水閘遠程控制，無人值守，全面自動化管理。

水閘自動控制系統原理如圖1所示。自動控制系統的控制器采用PLC可編程控制器。該閘門自動控制系統工作時，施工人員首先對系統進行參數設定，微控制器根據設定的信息和霍爾開關反饋回來的高度信息控制渦輪蝸桿運動，從而帶動螺桿達到控制啟閉的目的。同時，為了方便操作人員的監控，微控制器將成孔作業的相關參數通過液晶屏顯示出來。

圖1 水閘自動控制系統原理

PLC控制器的軟件可以使用模塊化設計，可根據系統的劃分方法分成很多個模塊，如：采用數據管理、數據更新、圖形處理、閘門監控、網絡數據傳輸、系統安全管理模塊、控制決策模塊等軟件模塊。對PLC編程可實現對閘門的控制。

4 無人值守的自動控制式新型水閘技術的實現

為構建無人值守的自動控制式新型水閘，采用如下技術方案：一種新型水閘，包括閘門、啟閉機及電柜，啟閉機包括基座、設置于基座上的機箱、提供動力的電機、設置于機箱內且與電機輸出軸連接的蝸輪蝸桿組件及與蝸輪內螺母螺紋配合的升降螺桿，螺桿的末端通過吊耳與閘門連接，螺桿的末端設有長圓形吊耳孔，電柜上設有欠電流繼電器，欠電流繼電器與啟閉機的控制電路連接，閘門由門框以及閘板組成，閘板的阻水面上設有加強板。

圖2 啟閉機部分結構示意圖1—閘門；101—門框；104—閘板；105—吊耳；2—啟閉機；3—電柜；201—基座；202—機箱；4—電機；203—吊耳孔；301—欠電流繼電器；8—荷重傳感器

圖2為啟閉機部分結構示意圖。如圖2所示，一種新型水閘，包括閘門1、固定安裝在閘門橫梁上方的啟閉機2 以及設置在啟閉機上的電柜3，所述啟閉機包括安裝在閘門橫梁上的基座201，基座上固定有一機箱202、在機箱的同一水平線上固定有一提供動力的電機4，電機的輸出軸與設置于機箱內的蝸輪蝸桿組件旋轉連接，蝸輪的內螺母與升降螺桿螺紋配合，其中，閘門的頂端設有一吊耳105，螺桿的末端通過吊耳與閘門連接，螺桿的末端設有長圓形吊耳孔203，電柜上設有欠電流繼電器301，欠電流繼電器與啟閉機的控制電路連接。通過上述設計，在閘門卡滯后，由于螺桿末端的吊耳孔為長圓形，其允許螺桿繼續向下運動一段小距離，同時，由于電機空載運行，運行電流突然下降， 欠電流繼電器運作，切斷電路，啟閉機停止工作，從而防止螺桿被頂彎，最終導致啟閉機損壞的情況發生。

圖3 為新型閘門右視圖。如圖3所示，閘門由門框101及閘板104組成，為了防止閘門被沖擊的水流損壞，在閘板的阻水面上設有加強板102。加強板呈拱形，加強板與閘板之間設有若干加強筋103。

圖3 新型閘門右視圖1—閘門；102—加強板；103—加強筋

圖4 新型柔性法蘭結構示意圖5—上法蘭；6—下法蘭；7—緩沖墊

圖4 為新型柔性法蘭結構示意圖。如圖4所示，為了防止啟閉機受淤泥以及其他河道黏性物質污染，在基座與機箱之間設置有柔性法蘭。柔性法蘭包括與基座下端面連接的上法蘭5、與機箱上端面連接的下法蘭6及設置在上、下法蘭間的多個緩沖墊7。基座與機箱之間還設有荷重傳感器8。荷重傳感器為4個，分別設置于基座上端面的4個角落處。荷重傳感器呈兩端細中間粗的階梯軸狀，荷重傳感器的兩端分別通過螺栓與基座及機箱固接。通過荷重傳感器發回的荷重信號，可精確測定、顯示、控制啟閉機閘門的荷重信息，有助于促進啟閉機的自動化升級改進，擴展啟閉機的功能，使啟閉機適應時代要求，在水利工程中發揮更大作用，實現閘門自動控制實現水閘遠程控制，無人值守，全面自動化管理。

5 無人值守的自動控制式新型水閘技術的作用

研究提出的新型水閘在以下幾個方面效果突出。

a.能夠在閘門卡滯后允許啟閉機的螺桿向下運動一段小距離，同時欠電流繼電器動作，斷電停機，保障啟閉機安全。

b.由荷重傳感器發回的荷重信號，精確測定、顯示、控制啟閉機閘門的荷重信息，促進啟閉機的自動化升級改進，擴展啟閉機的功能實現閘門自動控制與水閘遠程控制，無人值守時自動化管理。

c.通過在閘門阻水面設置加強板，防止閘門在水流的沖擊下損壞，能延長閘門的使用壽命。

研究提出的這一新型水閘技術已經在實際工程中獲得應用，目前運行效果良好。

6 結 論

針對現行水閘技術存在容易因為雜物滯留問題而導致水閘系統非正常運行的不安全情況，以電氣與自動化控制技術為基礎，研究提出一種包括閘門、啟閉機及電柜的新型水閘系統。該新型水閘能夠在閘門卡滯后允許啟閉機的螺桿向下運行一段距離，起到保障啟閉機安全的作用。同時，以閘門的自動控制為核心，研發了水閘遠程控制技術，進而構建了整個水閘系統的無人值守自動控制式管理模式。顯然，無人值守的自動控制式新型水閘技術具有良好的推廣應用前景。

[1] 馬永鋒,石裕,萬啟宣.淤泥地基上模袋砂圍堰設計與關鍵性施工技術[J].人民長江，2007(38)：33-35.

[2] 李秀玲,孟凡勝,仲崇勝.水閘施工工藝探討及質量控制分析[J].水利科技，2014(6)：188.

[3] 劉紅艷.水閘特點和施工關鍵技術分析和應用[C].2015年11月建筑科技與管理學術交流會論文集，2015(11)：133-135.

[4] 張志平.電氣自動化設備中PLC控制系統的應用[J].科技創新與應用2014(18).

[5] 王振.試述水閘自動化控制系統的應用[J].城市建設理論研究2013(19).

Technology research and development of a new type unmanned automatic control sluice

LAI Youxian, YAN Xiaoman

(GuangzhouWaterConservancy&HydropowerStationConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510600,China)

Sluice is regarded as an important part in water conservancy projects. Water blockage, improvement of water level, flood discharge, water drainage and other important functions are realized through opening and closing the sluice. It has an important role in water conservancy projects. Sluice is opened and closed through setting limit device currently. However, foreign matters remained in the sluice closing or opening positions always become ‘false limit points’ for the sluice to form ‘abnormal’ opening and closing. New type unmanned automatic control sluice technology is proposed for overcoming the defect and deficiency of existing sluice opening and closing system, thereby guaranteeing the safe and normal use of the sluice and improving technology contents in sluice operation management greatly.

sluice operation; limit device; ‘false limit point’; ‘abnormal’ opening and closing

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.014

TV66

B

1005-4774(2017)02- 0055- 03