南水北調解臺站液壓閘門自動化控制改造技術探討

戴 康 李尚志 蔣興勇 薦 威

（南水北調東線江蘇水源有限責任公司徐州分公司 徐州 221000）

1 工程概況

南水北調解臺站是南水北調東線工程的第八級抽水泵站。工程位于江蘇省徐州市賈汪區境內的不牢河輸水線上，毗鄰解臺船閘。工程建成后，將與劉山站、藺家壩站聯合運行，共同實現出駱馬湖125m3/s，入下級湖75m3/s 的調水目標，同時發揮樞紐原有的排泄徐州地區和微山湖湖西片756 m2澇水的排澇效益。

解臺站工程主體工程包括泵站、節制閘等工程。解臺泵站設計調水流量125m3/s，設計揚程5.84m，安裝5 臺套2900ZLQ32-6 型立式軸流泵（含備機1臺），配TL2800-40/3250 型同步電動機。水泵葉輪直徑2900mm，單機設計流量31.5m3/s，單機功率2800kW，總裝機容量14000kW。泵站為堤身式塊基型結構，站身共分兩塊底板，中塊兩孔一聯，邊塊三孔一聯。采用肘形進水流道，平直管出水流道，快速門加小拍門斷流。站上設工作門、事故門各5臺套，均采用QPPY Ⅱ-2×160kN 液壓啟閉機啟閉；站下進水流道配平面鋼質檢修門2 套共4 扇，電動葫蘆起吊。站下游有攔污柵橋和攔污柵，配HQ-A型回轉式清污機10 臺套，SPW 型皮帶輸送機輸送污物。解臺節制閘設計排澇流量500m3/s，為鋼筋混凝土胸墻式結構，共3 孔，每孔凈寬10m，設鋼質平板門，采用QPPY Ⅱ-2×160kN 液壓啟閉機啟閉。

2 運行管理中存在的問題

（1）所有閘門在控制過程中，當任意一孔閘門的控制出現問題時，其他閘門無法正常開啟，從而對泵站的運行存在嚴重的不安全隱患。

（2）閘門的開度無法正常顯示，數據采集不穩定，經常報錯，導致閘門無法正常啟閉，從而嚴重影響泵站機組的正常運行。

（3）現場原有液壓啟閉機閘門開度設備已損壞，開度數據無法正常傳輸，開度數據無法校準，從而對整個液壓控制系統存在嚴重制約。

（4）節制閘閘門跨度大，左右油缸的同步存在問題，當左右油缸工作過程中出現誤差，無法糾正過來，從而會左右失衡導致閘門傾斜，卡在門槽里面。

（5）油缸控制系統很單一，控制柜設備已老化，其中一些元器件已老化，運行不靈敏，中間繼電器經常誤動，與實際不符合。

（6）控制柜由于服務年限較長，柜內PLC 老舊，觸摸屏為黑白顯示，老化嚴重，系統陳舊，操作不靈活，數據顯示不清晰，數據處理與實際存在誤差，存在一定的安全隱患。

（7）當現場自動化出現問題以后，系統無靈活的解決方案，只能強制手動操作。

3 液壓閘門自動化控制改造措施

根據運行管理中存在的問題，對解臺站液壓閘門現地控制及自動化系統改造設計更新，完善閘門控制系統，確保系統的安全運行。

3．1 節制閘門糾偏改造措施

采用HLW-I 精度拉線位移開度傳感器，信號采集核心元件為進口器件精度為mm 的開度采集設備，信號直接傳輸至糾偏儀進行處理，滿足液壓設備的使用需求，不受其他設備的影響，提高了設備控制準確度。通過拉線位移開度傳感器將左右兩邊液壓缸的行程記錄下來，傳給糾偏儀，通過儀表的信號處理單元對左右兩邊液壓缸的行程進行比較，將比較的結果顯示到儀表上面，通過輸出繼電器將信號傳到電氣自動化控制回路，控制液壓系統的糾偏電磁閥，從而控制進回油系統。當左右行程恢復到規定值以內時，糾偏繼電器停止輸出，從而糾偏電磁閥停止工作，使兩邊液壓缸行程同步，閘門能安全穩定的正常運行。

3．2 快速閘門控制改造措施

配套設計采用HLW-I 精度拉線位移開度傳感器，信號采集核心元件為進口開度傳感器，輸出信號為4～20mA，精度為14 位的數據采集設備，信號直接傳輸至PLC 進行處理，滿足液壓設備的使用需求，不受其他設備的影響，提高了設備控制準確度。通過拉線位移開度傳感器將液壓缸的行程記錄下來，傳給現地控制PLC，PLC 處理單元對采集的信號進行比較計算，將比較的結果顯示到觸摸屏上面，輸出繼電器將信號傳到電氣自動化控制回路，從而來控制液壓系統，保證閘門能安全穩定的正常運行。設備拓撲圖見圖1。

圖1 設備拓撲圖

3．3 控制柜改造措施

控制柜具體改造措施分為兩個部分：一是在原有控制柜的功能基礎上，更換PLC 可編程控制器，增加液壓啟閉機的糾偏功能，在原有功能的基礎上，合理進行程序開發，使之更符合現場的使用要求；在新的PLC 系統中，保留原有的通信方式，以便和現有的監控組態軟件進行通信，將現場檢測到的所有數據傳送到監控室的計算機上。二是增加獨立的手動控制按鍵系統，當PLC 系統出現故障時，能夠保證系統正常運行，使用時靠轉換開關進行切換控制。

3.3.1 柜內PLC 的升級改造

更換PLC，使用原同型號的PLC，該PLC 是施耐德各系統PLC 中的高檔產品，該PLC 功能強大，性能優越，穩定可靠，完全能夠滿足現場的實際需求。

3.3.2 增加液壓糾偏功能

設備上增加可控制的電磁閥在液壓系統的回路上，使用糾偏控制儀采集閘門兩側開度傳感器的信號。具體糾偏過程是：在閘門運行時，開度傳感器將采集到的信號通過雷格碼的形式傳送到糾偏控制儀，由糾偏控制儀對開度傳感器采集到的信號進行跟蹤、計算和控制，并將開度傳感器采集到的信號轉換成4～20MA 模擬量傳送給PLC，PLC 根據閘門兩邊的開度傳感器采集的數據，實時計算閘門兩邊運行的距離，當兩邊運行的距離相差超過設定的值時，糾偏控制儀輸出控制信號，PLC 接收到控制信號，并根據測量計算的數據，對閘門進行糾偏，控制相應的電磁閥暫時關閉，待距離相差小于一定數值后，糾偏控制儀停止輸出糾偏控制信號，PLC 重新讓電磁閥導通，從而完成了糾偏的操作。

3.3.3 增加獨立手動操作系統

根據柜體內的可供安裝的空間，單獨做一個操作板，將轉換開關和按鍵都安裝操作板上，再將操作板固定在現有的控制柜內，操作按鍵選用自鎖帶燈的按鍵，并聯在每個需要進行控制的回路上，并增加使用轉換開關進行操作方式的切換控制，以保證使用時的安全可靠性。

4 結語

解臺站液壓閘門自動化控制改造，具有控制簡單、操作方便、性能卓越、工作可靠等特點，減輕了運行管理人員的管理難度，保障了設備安全運行，滿足液壓閘門自動化控制的要求