向家壩升船機信號檢測裝置綜述

黃小波

摘 要：向家壩升船機信號檢測裝置是升船機電氣控制系統中控制參數和狀態信息來源，是自動化流程中不可缺少的重要組成部分。它涉及位移、水深、水位、行程、位置、電壓、電流、扭矩、船廂減速停位、船舶紅外探測等十多種不同性質參數的檢測裝置。升船機信號檢測裝置準確、有序、穩定可靠的運作是升船機自動化、安全運行的基礎。本文對向家壩升船機檢測裝置做綜合概述，介紹升船機信號檢測裝置的安裝、功能及作用。

關鍵詞：傳感器;信號檢測;安裝;功能

中圖分類號：U642? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0058-03

向家壩水電站升船機采用齒輪齒條爬升式，布置在河道左側，其中心線與壩軸線交角90°，左、右分別與沖沙孔壩段和廠房壩段相鄰。升船機由上游引航道、上閘首（包括擋水壩段和渡槽段）、船廂室段、下閘首和下游引航道（含輔助閘室和輔助閘首）等五部分組成，全長約1530m。升船機按Ⅳ級航道設計，同時兼顧1000t級單船過壩;最大過壩船隊為2×500t級一頂二駁船隊，最大過壩單船為1000t級機動貨船。升船機最大提升高度114.20m，船廂總重約7700t。

檢測裝置在升船機中是指涉及升船機整體運行的檢測裝置和狀態監護檢測裝置的系統總成，是電氣控制系統中控制參數和狀態信息的來源，是電控系統不可缺少的重要組成部分。升船機在運行過程中，檢測設備必須按預定程序向現地級控制單元發送一系列相關的被控參數和狀態信息，計算機系統通過對這些數據的采集、分析、比對，實時對各類數據的可信度作出評價，擇優對系統進行控制，并能及時發現、處理和預防各種可能出現的故障，從而保證升船機準確、有序、穩定、可靠地運行。由此可見，信號檢測設備是升船機自動化，現代化和安全性的基礎保障。

1 位置檢測裝置

1.1 限位開關

限位開關采用TURCK生產 LSM-Q31系列行程開關，主要用于設備動作到位行程檢測，分布于升船機設備上下閘首、輔助閘首、船廂室等區域。閘首工作門限位開關主要分布于上、下閘首工作門門頂，發訊板安裝在門槽土建閘墻上，用于檢測工作門的運行動作：上、下閘首工作門提升到到極限位及降落到極限位。上下閘首工作門鎖定位置檢測裝置安裝于上下閘首工作門鎖定裝置上，用于檢測上下閘首工作門鎖定裝置油缸位置，為工作門鎖定是否到位提供依據。縱導向及頂緊裝置位置檢測裝置安裝于頂緊裝置上，用于檢測頂緊裝置頂緊及退回到位。船廂門位置檢測裝置安裝于船廂門驅動桿及鎖定機構支座上，用于檢測船廂門開啟、關閉到位。船廂門鎖定裝置位置檢測安裝于鎖定機構上，用于檢測船廂門鎖定機構鎖定、解鎖到位。上、下廂頭防撞桁架鎖定裝置位置檢測裝置安裝于鎖定裝置上，用于檢測桁架鎖定裝置鎖定、解鎖到位。鋼絲繩位置檢測裝置安裝于鋼絲繩制動油缸上，用于檢測鋼絲繩拉緊、釋放檢測。上、下廂頭防撞鎖閂位置信號檢測安裝于船廂廊道盡頭船廂門液壓油缸上方，用于檢測鋼絲繩鎖閂鎖定及解鎖信號檢測。船廂極限位限位開關安裝于小齒輪導向架上，發訊板安裝于土建閘墻上，用于控制船廂極限位緊急停機。液氣彈簧限位開關安裝于液氣彈簧支座上，發訊板安裝于液氣彈簧缸體上，用于檢測液氣彈簧位置變化程度檢測。對接鎖定機構位置檢測裝置安裝于對接鎖定機構支撐油缸、撐緊油缸及斜支撐油缸上，用于檢測對接鎖定機構鎖定位置和解鎖位置。橫導向位置檢測裝置安裝于導向油缸缸體外罩上，發訊板安裝于活塞桿上，用于檢測導向油缸極限位置;橫導向補償油缸位置檢測安裝于船廂，發訊板安裝于活塞上，用于檢測補償油缸極限位置。

1.2 接近開關

接近開關采用TURCK生產NI15-M30系列接近開關，主要用于設備動作到位行程檢測。分布于上、下閘首密封框，上、下閘首通航門。上、下閘首密封框位置檢測裝置安裝于U型密封框上，用于檢測密封框與船廂門的相對位置檢測，確保船廂與工作大門準確對接。上、下閘首通航門位置檢測裝置安裝于上、下閘首通航門門頂及油缸拐臂處，用于檢測通航門全開及全關位置，確認通航門開啟及關閉運行到位。上、下廂頭防撞桁架位置檢測裝置安裝于船廂夾板上，發訊板安裝于桁架上，用于檢測防撞桁架關閉到位信號。上、下廂頭防撞帶繩檢測裝置安裝于鋼絲繩繩頭，用于檢測帶繩及不帶繩桁架運行信號檢測。

1.3 對接位置檢測裝置

對接位置檢測裝置采用華之洋生產的伺服浮動標志鏡及TURCK生產的BS18-B反射式紅外開關組成。伺服浮動標志鏡安裝于上下閘首工作門內，反射式紅外開安裝于船廂上下廂頭位置，用于控制船廂與上、下閘首對接過程中，船廂減速、停位及超位保護。

2 船舶探測裝置

上、下閘首，下閘首防撞梁及輔助閘首防撞梁船舶探測裝置采用IFM生產的O1D105漫反射式紅外開關;上、下廂頭船舶探測裝置采用TURCK生產的BS18-E6X/R對射式紅外開關。上閘首船舶探測裝置安裝于上閘首工作門迎水面門頂，下閘首船舶探測裝置安裝于下閘首工作門背水面門頂用于探測上、下閘首通航門臥倒區域、輔助閘首工作門區域有無船只，是上、下閘首通航門是否能動作的判斷條件。上、下廂頭船舶探測裝置安裝于船廂上、下游夾板上，用于檢測船廂上、下游工作門區域有無船只，是船廂門是否能動作的判斷條件。

3 水位檢測裝置

3.1 上、下閘首，輔助閘首水位檢測

上、下閘首，輔助閘首吹氣式水位計采用RITTMEYER生產的W2Q水位計，安裝于上、下閘首，輔助閘首段水位計井中，用于測量上、下游航道及輔助閘首航道水位。上、下閘首，輔助閘首吹氣式水位計采用SICK生產的DME5000激光測距儀，安裝于上、下閘首，輔助閘首段水位計井中，用于測量上、下游航道及輔助閘首航道水位。吹氣式水位計與激光式水位計安裝于同一水位計井，相互驗證，相互備用，上、下閘首水位計作為船廂與上、下閘首對接，船廂門與閘首通航門開啟的閉鎖條件，是船廂與閘首對接成功與否的判斷條件。

3.2 上、下閘首間隙水位檢測裝置

上、下閘首間隙水位檢測裝置，上、下閘首臨時儲水箱水位檢測裝置采用STS生產ATM壓力式傳感器。上、下閘首間隙水位檢測裝置安裝于上、下閘首工作大門U型密封框底部的兩邊，用于船廂與上、下閘首對接過程中U型密封框水位，確保對接成功。上、下閘首臨時儲水箱水位檢測裝置安裝于上、下閘首工作大門內臨時儲水箱底部，用于檢測臨時儲水箱水位，臨時儲水箱水位是U型密封框泄水閉鎖條件，確保密封框正常接觸對接的保障。

3.3 上、下閘首排水系統水位監測裝置

上、下閘首排水系統水位監測裝置采用STS生產的ATM系列壓力式傳感器，分別安裝于上、下閘首排水系統集水井，用于監測集水井水位。其中上閘首檢修排水系統水位計用于上閘首引航道檢修排水時檢測上閘首引航道水位，下閘首滲漏排水系統水位計用于檢測下閘首滲漏集水井水位，并參與自動排水控制，防止水淹設備。

3.4 船廂水深檢測裝置

船廂14個水深檢測裝置采用STS生產的ATM系列壓力式傳感器，其中12個高精度水深檢測裝置安裝于船廂廊道底部以上2700mm外連通管路上，用于測量這一基準面以上船廂水深，通過四角水深對比作為船廂水平依據，是船廂運行的閉鎖條件;2個低精度水深檢測裝置安裝于船廂廊道底部以上300mm處連通管路上，用于測量這一基準面以上船廂水深，作為船廂水深參考。

4 流量檢測裝置

上、下閘首閘首排水系統流量檢測裝置類型有電磁流量計、示流信號器。上閘首檢修排水系統電磁流量計采用羅斯蒙特生產的8732型號電磁流量計，安裝于深井泵排水管，用于排水時檢測深井泵流量。下閘首滲漏排水系統電磁流量計采用羅斯蒙特生產的8705型號電磁流量計，安裝于深井泵排水管，用于排水時檢測深井泵流量。示流信號器采用TURCK生產的FCS示流信號器，安裝于深井泵潤滑水管路上，用于監測深井泵運行時潤滑水流量。

5 行程檢測裝置

5.1 輔助閘首工作門行程檢測

輔助閘首工作門位置檢測裝置采用華之洋生產的FDK-VI絕對型軸角編碼器。安裝于輔助閘首工作門啟閉機卷筒尾部，用于輔助閘首工作門開啟和關閉過程時檢測工作門行程，并設有關到位、開到位、上極限位、沖水位、3個檢修位共6個開關節點，參與輔助閘首工作門運行控制。

5.2 下閘首、輔助閘首防撞梁行程檢測裝置

下閘首、輔助閘首防撞梁行程檢測裝置采用華之洋生產的FDK-VI絕對型軸角編碼器。安裝于下閘首、輔助閘首防撞梁啟閉機卷筒尾部，用于下閘首、輔助閘首防撞梁開啟和關閉過程時檢測防撞梁行程，并設有上極限位、下極限位、工作上限位共3個開關節點，參與防撞梁運行控制。

5.3 傳動單元位置檢測裝置

船廂行程檢測裝置采用SCANCON生產的SAG-SL絕對型軸角編碼器，安裝于4個驅動裝置齒輪箱中速軸上，獎船廂行程轉化為角位移測量，并解算出船廂實際行程。該傳感器測量的船廂行程參與船廂實際控制，是船廂運行、與上下游閘首對接的依據。

5.4 船廂全行程檢測裝置

船廂全行程檢測裝置有兩種，一種為IR電纜，一種為絕對位置編碼器。IR電纜采用微碼生產的MC-ECG130系列行程檢測裝置，IR電纜全行程檢測裝置讀數頭安裝于船廂安全機構下導向架上，編碼尺安裝于螺母柱側面，對船廂進行非接觸相對測量，并解算出船廂相對塔柱的實際行程。絕對位置編碼器采用倍加福生產的WCS系列行程檢測裝置，絕對位置編碼器讀數頭安裝于船廂安全機構下導向架上，編碼尺安裝于螺母柱側面，對船廂進行非接觸相對測量，并解算出船廂相對塔柱的實際行程。全行程檢測裝置解算出的船廂行程只作為參考和校驗，不參與船廂運行控制。

5.5 船廂局部行程檢測裝置

船廂局部行程檢測裝置采用SICK生產KH53系列行程檢測裝置，局部行程檢測裝置讀數頭安裝于船廂4個安全機構下導向架上，磁性編碼尺安裝于螺母柱側面，完成船廂對接位區間的行程測量。局部行程裝置測量出的船廂位置作為船廂對接位的位置參考與校驗，不參與船廂對接控制。

6 小齒輪托架載荷檢測

小齒輪托架載荷檢測采用赫斯曼生產軸銷傳感器，安裝于小齒輪支架上，用于檢測驅動小齒輪的作用力，該傳感器是測量軸受力載荷的精密測量儀器，小齒輪載荷超限作為傳動機構保護措施。

7扭矩檢測裝置

扭矩檢測裝置采用Kistler生產的4510B扭矩傳感器，安裝于矩形閉環同步軸傳動系統的四邊及中間軸上，用來檢測同步軸運行受力情況，同步軸扭矩超限作為傳動機構保護措施，同步軸扭矩超限船廂緊急停機。

8安全機構螺紋副間隙動態檢測裝置

安全機構螺紋副間隙動態檢測裝置采用邦納生產的P4E1.3RK06視覺傳感器，安裝于安全鎖定機構導向機構上，用于檢測鎖定螺桿與螺母間隙。

9 結語

向家壩升船機已于2018年5月26日試通航運行，目前運行狀況良好。信號檢測系統運行穩定，數據準確，信號準時準確，為升船機流程控制提供了依據。信號檢測裝置作為升船機控制系統中參數和狀態信息來源，是電氣控制系統不可缺少的重要組成部分，檢測系統的安全可靠，為升船機高效、安全、有序運行提供保障。