萬福閘單軌道自動巡檢監控系統的設計與應用

胡春麟 陳 華 繆慧麗

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200）

1 工程概況

萬福閘地處揚州市廣陵區和生態科技新城的交界處，位于淮河入江水道廖家溝上，是淮河排洪的主要控制工程之一。該閘共65孔，每孔凈寬6m，閘墩寬1.2m，閘室總寬466.8m、總長141m，該工程于2012年3月開始進行全面加固改造后，工程設計流量為8270m3/s，校核流量為9400m3/s。閘門結構型式為上下扉直升門，上下扉門均為平面鋼閘門；每孔采用一臺套2×160kN/2×80kN新型同軸主副卷筒固定卷揚式啟閉機，用于啟閉上下扉門的主副卷筒，通過一套驅動裝置和離合機構，實現主卷筒獨立轉動和主副卷筒聯動，從而滿足上下扉閘門的啟閉要求。

萬福閘工程主要作用為承擔70%左右淮河排洪入江水量，引納江水，改善邵伯湖沿湖地帶農田灌溉用水條件，控制揚州段京杭大運河水位，改善通航、城市工業和生活用水條件。

2 應用背景

萬福閘共65孔，閘室總寬466.8m，孔數多，跨度長，日常巡視檢查范圍廣、難度大。在使用自動化系統進行閘門啟閉運行操作時，存在諸多不利因素。例如，閘門在開啟前及開啟時，需檢查閘門情況:門頂有無垃圾，上下游有無船只，運行時有無卡阻等情況，需要人員在工作便橋及時觀察，并與控制室操作人員及時通信。這樣需要增加人員，也存在溝通不及時:表達不到位的情況。因此，在萬福閘工作便橋增設單軌道自動巡檢監控系統，該系統由巡檢箱體端和監控端（萬福閘控制室）組成，該巡檢監控系統可實現遠程控制監視、自動巡視、復位充電等功能，巡檢監控主機可沿萬福閘工作便橋“工字鋼”軌道運行監控閘門運行及上下游河道情況，也可用于閘門、工作便橋、上下游河道日常巡視檢查工作。

3 單軌道自動巡檢監控系統設計方案

3.1 系統組成

單軌道自動巡檢監控系統組成見圖1。

圖1 單軌道自動巡檢監控系統組成

萬福閘單軌道自動巡檢監控系統巡檢箱體端取電電刷（充電探頭）連接充電樁給鋰電池組充電，鋰電池組通過直流降壓模塊和逆變器分別給箱體內的各設備供電，高清球機采集的圖像通過巡檢箱體端的交換機經過無線通信主機1和2傳輸到監控端（萬福閘控制室）的顯示屏上，通過監控端的搖柄式控制盒發出的電動行車控制信號經過無線通信主機2和1到達巡檢箱體端的行車控制器，配合行車控制器內置程序，從而控制電動行車在“工字鋼”軌道上的前進、后退、停止、巡檢、復位充電等行走狀態。

3.2 組成部分的選型與設計

3.2.1 電動行車

以萬福閘現有32C“工字鋼”（電動葫蘆行走軌道）為行走軌道，本系統采用TOYO HSG-B200電動行車為動力載具，免去了為巡檢監控系統重新開發適應32C“工字鋼”作為軌道的動力載具，既節約成本，又不影響電動葫蘆正常運行。

電動行車控制箱引出三根行車控制線接入可編程控制器RX-10，可編程控制器RX-10接入IP網絡控制模塊通過RJ45接口接入網線連接至TP-LINK網絡交換機，再通過網絡交換機入無線通信主機1，通過無線信號連接至監控中心的監控主機，見圖2。

圖2 電動行車設計

3.2.2 巡檢箱體內各設備供電要求

巡檢箱體內采用DC轉DC降壓模塊為每個設備單獨供電，可有效降低電力損耗，避免各設備之間的感應電壓影響。并且該模塊具有輸出穩定、防水、低損耗、低散熱等功能，見圖3。巡檢箱體內設備用電要求如下:

a.電動行車:交流220V，功率450W，瞬時功率900W。

b.高清攝像球機:直流24V，額定電流1A，功率24W。

c.交換機:直流5V，額定電流0.5A，功率2.5W。

d.無線傳輸主機:直流24V，額定電流0.75A，功率18W。

e.可編程控制器:直流24V，額定電流0.5A，功率12W。

f.網絡控制器:直流12V，額定電流0.5A，功率6W。

圖3 巡檢箱內電路設計

3.2.3 充電樁

結合實際工況，因充電樁安裝在戶外，需考慮供電接入的防水、絕緣等因素。自主設計充電樁，采用具有絕緣防水阻燃特性的有機玻璃材料，充電探頭使用電機內部的高碳刷，具有良好的導電、耐磨、滅弧性能。能保證充電探頭與接入市電的銅片接觸時不會產生電火花、電弧等現象，防止電火花、電弧導致的火災發生，見圖4、圖5。

圖4 充電樁設計

圖5 充電探頭設計

充電探頭采用了內置高強度壓簧，配合電動行車的剎車裝置，保證充電探頭與接入市電的銅片在壓簧的壓力下充分接觸，即使在大風天氣下也不會因箱體的晃動導致充電接口接觸不良，見圖6。

電源部分采用48V80AH鋰聚合物電池組給系統供電，根據系統各設備功率使用情況，可保證整個系統持續供電8h以上。鋰電池充電器與充電探頭連接，接入供電的銅片，給鋰電池組充電。鋰電池組和充電器均配置了電池過充保護電路，在電池充滿電時自動停止充電，有效保護了鋰電池組的安全，延長了鋰電池組的使用壽命。

圖6 充電探頭電源設計

3.2.4 無線網絡傳輸系統

本系統采用工業級數字無線傳輸設備GCD-5800G作為無線通信主機，匹配18dBi高增益定向平板天線組成無線局域網絡，點對點傳輸可達20km，有效傳輸帶寬達300Mb/s，作為視頻信號與電動行車控制信號的傳輸載體，可有效防止數據丟包、連接不穩定現象的發生，見圖7。

圖7 無線網絡傳輸系統設計

3.2.5 搖柄開關盒

操作人員在萬福閘控制中心從顯示器上遠程監視現場情況，通過搖柄開關盒上的控制手柄，操控巡檢箱體的移動與停止，搖柄開關盒還設置一鍵巡檢和一鍵復位充電功能。操作人員只需坐在控制室就可以通過視頻畫面完成工程巡視檢查工作。

3.3 系統功能

3.3.1 遠程監視與控制功能

通過萬福閘控制室監控畫面，監視現場情況，通過控制室操作搖柄，給出電動行車的數控信號，控制電動行車的前進、后退、停止。配合監控軟件使用，可實現操作人員遠程監視和控制，操作鼠標控制球機轉動，觀察閘室及上下游河道情況。

3.3.2 自動巡檢功能

一鍵巡檢功能，即操作人員在萬福閘控制室按動搖柄開關盒上一按巡檢按鈕，巡檢箱體則自動行走于工字鋼軌道，并控制高清球機對整個閘室進行視頻掃描，拍攝視頻保存于硬盤錄像機。當觀察到閘室異常情況，可操作搖柄控制巡檢箱體停止，便于進一步觀察。當巡檢箱體行走至“工字鋼”末端時，箱體上的行程開關受墻體擠壓而閉合，給系統一個觸發信號，巡檢箱體自動停止并返回行走。巡檢箱體返回行走至充電處，行程開關給系統一個觸發信號，巡檢箱體則自動停止并自動充電。

3.3.3 復位自動充電功能

無論巡檢箱體在工字鋼軌道何處，當需要返回充電，按下搖柄開關盒上的復位充電按鈕，巡檢箱體將自動返回充電處并自動充電。

4 應用情況分析

水閘單軌道自動巡檢監控系統適用于大中型水閘工程管理、閘門運行、巡視檢查等工作，借助水閘工程的電動葫蘆“工字鋼”，無須重新架設行車行走軌道，既節約了成本，又節省了大量的人力和時間，提高了工程管理智能化水平?？刂浦行娜藛T通過監控畫面第一時間掌握工程現場情況，及時執行操作指令，特別是在雨雪天氣和夜間，操作人員在控制室通過監控屏幕及操作搖柄，控制運用巡檢監控系統進行巡視檢查工作，既可保障人員安全又能確保工程巡查工作順利完成。但是軌道行車在試運行過程中，在幾處焊縫不平整處出現行走卡阻情況，經過打磨修整已順利通過。因此，要求工字鋼接縫處平整，無凸起焊縫。

5 結 語

經過多次試運行，單軌道自動巡檢監控系統軌道行車行走平穩，視頻畫面無線遠距離傳輸信號穩定、畫面清晰，遠程操控軌道行車前進、后退、自動巡檢、復位充電等執行指令無延時，充電時，接觸良好，無安全隱患。

該系統可廣泛運用于水利工程大中型水閘日常巡視檢查等工作，提升工程管理效率明顯，亦可運用于電廠、大型企業廠房的巡查保衛工作，應用前景廣泛。