船閘電氣自動化設備改造與技術創新研究

蔣平

摘 要：船閘電氣自動化控制設備與技術的升級改造，可以高效建立和統籌實施與促進船閘信息化發展和規劃進程，在提高科學管理水平和船閘運行的安全可靠性上，根據實際需要對設備和技術予以不斷改進和完善，持續探討與實踐控制系統在數據管理、實時監測、業務查詢，以及站網、通航、預案和調度等管理上的平衡與最優化，才能真正保證船閘的安全穩定運行。

關鍵詞：船閘;自動化;技術創新

中圖分類號：U641? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）01-0024-02

1 船閘電氣自動化概述

作為應用最廣的通航建筑物，船閘能夠很好地確保船舶的順利通行。我國在上個世紀就開始對發達國家的電氣自動化技術進行學習，相繼引進了一系列的電氣自動化控制設備，再加上我國具有越來越高的船閘自動化技術，有效提升了我國船閘自動化程度。水利工程的船閘最早采用按照高度自動化運行配置的電氣控制系統，其主要對防撞裝置、事故檢修門、活動吊橋、通行信號燈、閘閥門等進行控制;其船閘的現場傳感裝置主要為船舶自動探測裝置、水位計及水位差計、限位開關等;主要是由集中控制裝置完成其中的程序控制和信號處理，由無觸點和有觸點等不同的邏輯控制設備共同構成了集控裝置。此外，船閘還配備工業電視系統，可以實現不同狀態的運行方式，也就是單機運行、半自動運行和全自動運行。

2 船閘工程中電氣自動化技術的應用現狀及問題

船閘是一個建筑物，是保證船舶在江河上順利通行的建筑物。船閘對我國的船舶的重要性不言而喻。而隨著科學技術的發展，我國向國外學習，并且引進了電氣自動化設備，也就是電氣工程及其自動化技術，這樣方便了對船閘的操控，提高了船舶的通行效率。我國目前的研究水準在不斷地上升，借助于之前引進的電氣化設備進行全新的研究和創新。所以，電氣自動化設備，在我國船閘之中的使用效率很高。我國最典型的船閘電氣自動化技術的應用以及設備的改造，就是葛洲壩的改造，成為了我國的代表。電氣自動化技術在我國的應用逐漸地推行開來，而且技術也在不斷地創新。

雖然我國的船閘已經在使用電氣自動化技術，但是在使用的過程中，仍然存在一定的問題，這些問題影響到了船閘的正常使用。因此需要詳細地分析一些存在的問題，以及使用的解決策略和方法，希望可以保證船閘的正常使用。目前我國船閘的自動化技術的使用，存在的問題主要是缺乏自主創新的技術。我國關于船閘的電氣自動化設備以及自動化技術的研究，已經有了很大的進步。

3 船閘電氣自動化改造與技術創新

3.1船閘+水電站電氣控制系統一體化

船閘+水電站一體化集成平臺最基本的一個特點就是將船閘系統和水電站系統的運行數據集成在一個平臺上監控。船閘系統的PLC與監控計算機之間通訊協議采用的是ModbusTCP/IP，這是目前在工業自動化領域中主流的一種通訊方式，其支持標準的TCP/IP協議，通訊速率可達100MB。在一體化集成平臺上使用ModbusTCP/IP協議進行上下位機的數據通訊，充分利用其通訊速率高，畫面刷新及響應速度快等優點。

（1）水電站監控。每臺水輪發電機組圖形的主要發電數據，包括有功功率、無功功率和轉速等。

（2）船閘監控。主要運行數據包括：上下游閘閥門的運行狀態及位置，閘閥門的開度，閘室內外水位，通航信號燈指示、運行電機電流等。

（3）變電站數據。水電站系統變電站的運行數據，包括400V變壓器、35kV變壓器的詳細運行數據等。

（4）歷史趨勢分析。調用水電站和船閘的系統運行歷史數據。可根據需要自行選擇要進行分析的數據。系統根據數據生成趨勢曲線，根據曲線的波動，可分析相關設備在當時的運行狀態。

（5）水位分析。調用水位曲線的監控畫面。水位是水電站和船閘系統的一個非常重要的監控參數。在后期的運行管理中，可以將水電站側和船閘側的上下游水位運行趨勢曲線放在同一張畫面上進行數據分析比較。

（6）實時曲線。調用實時曲線的監控畫面。主要將水電站系統的水輪發電機組運行參數進行實時曲線分析，在實時曲線畫面中顯示電流、有功功率、功率因素和勵磁電流參數，也可以根據需要，調整曲線顯示內容。

（7）運行報表。運行報表記錄生產過程中的數據、狀態等。包括運行日報表、船閘與水電站水文日報表、運行月報表，船閘系統閘次統計報表，生成的報表可支持直接在線打印。

3.2船閘檢修排水泵房半自動化控制改造

船閘輸水廊道檢修排水泵房主要用于閥門檢修時，排除工作閥門段廊道內的積水，保證工作人員對閥門的正常檢修或緊急故障處理。

船閘檢修排水泵房操作規程規定：例行動機深井泵至少運行30分鐘，潛水泵至少運行1小時，且三臺泵不能同時工作，兩臺泵不能同時啟動，深井泵啟動前潤滑水至少開啟5分鐘。檢修排水模式用于船閘計劃性停航檢修期間排出廊道內的水，一般工作在夜間，便于白天施工人員順利進入廊道內進行施工作業，因此其半自動運行過程中對于設備停機的準確度要求較高，在廊道內水已排干的情況下能夠準確停機，防止電機在無水狀態下的空轉。

（1）硬件配置。采用西門子300系列PLC模塊搭建泵房半自動控制系統的硬件平臺。主要采用315系列CPU帶3個數字量輸入模塊和2個數字量輸出模塊，輸入信號包括兩臺深井泵軟啟動器的控制信號、潛水泵控制信號、潤滑水控制信號、模式控制信號以及泵出水檢測信號。輸出信號主要包括驅動相應指示燈以及驅動控制繼電器的信號。傳感器主要包括潤滑水出水檢測裝置和泵出水檢測裝置。

（2）軟件設計。軟件設計基于西門子S7開發環境，對三種工作模式下三臺泵的運行控制流程進行梯形圖編寫，實現泵無論處于何種狀態都能夠完整地執行整個模式運行，即某臺泵處于故障或手動狀態，程序也能自動判斷并繼續模式的運行。

例行動機運行模式。程序設計首先檢測三臺泵的狀態，檢測潤滑水的狀態以及是否處于例行動機模式下，在一鍵啟動觸發控制信號后，首先進行潤滑水的運行，10分鐘后1#深井泵啟動，啟動2#深井泵，待深井泵停機后再啟動潛水泵運行，整個運行模式以時間控制中間環節，保證設備按照運行規程自動運行，同時保證設備的動機時間。

檢修排水運行模式。檢修排水模式下，程序先檢測潤滑水和各臺泵設備的狀態，遵循船閘泵房運行操作規程，順序啟動各臺設備運行，模式停止以泵出水檢測信號為停機信號。

滲漏排水運行模式。滲漏排水模式下，每次只需要選擇一臺泵運行，因此其軟件設計按照選擇不同的泵設備有不同的信號檢測流程。

4升級改造應用與管理建議

4.1關聯船閘設施管理系統

船閘電氣自動化設備及其管理系統對船閘信息化應用有著重要的支撐作用。電氣設備自動化控制系統的升級改造，在實時監測、運行控制、數據和事件記錄、數據統計和報表查詢等方面形成的做法與經驗，建議關聯到正處于升級改造階段的船閘設施管理系統中，有利于在統一管理格局下，通過系統的資源整合與模式互補，提升控制系統的應用效益。

4.2加大信息化人才培養和使用力度

目前，船閘運行操作崗位上的工作人員，基本都具備自動化控制系統的操作技能，能夠維持船閘的正常運轉。但是，期望更有效地發揮升級改造后的新系統效益，能夠在今后系統運行的過程中發現較深層次的問題并自己動手解決，這對平均年齡相對較大、學識層次相對較低的操作班組來說，無疑是很困難的。建議加快對信息化人才的引進，促使船閘操作班組的結構不斷優化，同時加快普及計算機與網絡新知識，強化系統問題模擬實戰，多管齊下，將控制系統使用好、養護好。

5結語

綜上所述，電氣自動化設備改造與技術創新，在船閘設備應用過程中，不僅提高了操作效率，還有利于船閘自動化、信息化的發展，對于我國船閘可持續發展有著重要意義。

參考文獻：

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