濮陽(yáng)黃河河務(wù)局渠村分洪閘管理處 馬 慧 祁剛山 韓登杰 秦瑞康

閘門控制系統(tǒng)改造的應(yīng)用研究—以渠村分洪閘為例

濮陽(yáng)黃河河務(wù)局渠村分洪閘管理處 馬 慧 祁剛山 韓登杰 秦瑞康

渠村分洪閘位于大堤樁號(hào)47+776～48+525處，該閘為鋼筋混凝土灌注樁開(kāi)敞式閘門，采用固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，自從閘門建成以來(lái)，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)重大技術(shù)改造，一直使用線控技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的使用，筆者發(fā)現(xiàn)閘門的控制系統(tǒng)存在如下問(wèn)題：控制操作準(zhǔn)確率、自動(dòng)化程度低，效率不高，控制部分故障多；控制技術(shù)落后，不能適應(yīng)水管體制的發(fā)展要求；控制電路是開(kāi)放式設(shè)計(jì)，直接面對(duì)操作人員，操作安全系數(shù)低。針對(duì)上述問(wèn)題，本文，筆者介紹了一種新技術(shù)，以解決原有系統(tǒng)的不足。

一、系統(tǒng)描述

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在原閘門控制系統(tǒng)主要增加以下設(shè)備：1套PLC（可編程控制器）系統(tǒng)、1套TeSys U電機(jī)啟動(dòng)控制器、1個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器和1套人機(jī)界面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。

2.PLC的主要特點(diǎn)。

（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC的生產(chǎn)廠家在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使PLC可直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)并穩(wěn)定可靠地工作。目前，各廠家生產(chǎn)的PLC平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò)了IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）規(guī)定的10萬(wàn)h。而且為了適應(yīng)特殊場(chǎng)合的需要，有的PLC生產(chǎn)廠商還采取了冗余設(shè)計(jì)和差異設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。

（2）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。由于PLC產(chǎn)品均為系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶可以根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足具有不同功能的控制系統(tǒng)的要求。

（3）編程方便，簡(jiǎn)單易用。PLC的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂，深受電氣技術(shù)工人的歡迎，近年來(lái)又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語(yǔ)言，也稱功能圖，使得編程更為簡(jiǎn)單。

（4）設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試方便。PLC中含有大量相當(dāng)于中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等常用電器元件的“軟元件”，又用程序代替硬連線，安裝接線工作量小。設(shè)計(jì)人員只要有PLC就可以進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。

（5）維修方便，維修工作量小。PLC有完善的自診斷、履歷情報(bào)存儲(chǔ)及監(jiān)視功能。PLC對(duì)于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O狀態(tài)均有顯示，工作人員通過(guò)它可以查出故障的原因，有利于問(wèn)題的解決。

（6）功能完善。除了基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊的功能模塊還可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過(guò)程控制和數(shù)字控制等功能，有利于工廠的管理。此外，PLC還可以與上位機(jī)通信，通過(guò)遠(yuǎn)程模塊還可以控制遠(yuǎn)端設(shè)備。

3.TeSys U型啟動(dòng)控制器的特點(diǎn)。

（1）集隔離器、斷路器、接觸器、熱繼電器和功能模塊于一體，只需單體設(shè)備即可完成電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制的全部功能。

（2）所有功能模塊采用插拔式結(jié)構(gòu)，無(wú)需手動(dòng)接線，不允許錯(cuò)誤的選型配合。

（3）利用低功耗、寬電壓范圍接觸器線圈以及寬范圍整定電流（4倍）電子式熱繼電器控制保護(hù)，精準(zhǔn)無(wú)誤。

（4）相比傳統(tǒng)方案，體積減小40%，接線時(shí)間節(jié)省60%，型號(hào)數(shù)量更減少90%。

（5）符合IEC947/EN60947-6-2的全面配合標(biāo)準(zhǔn)，即使在短路情況下也不會(huì)出現(xiàn)主觸點(diǎn)的熔焊危險(xiǎn)。

二、系統(tǒng)功能

1.實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng)化。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的改造，使分洪閘閘門控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。原來(lái)閘門操作需要兩個(gè)人才能完成，一個(gè)人通過(guò)觀察在閘墩上標(biāo)注的開(kāi)啟高度，然后再告訴操作人員閘門啟閉、停止等操作；而通過(guò)控制電路，只需一個(gè)人即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)閘門每個(gè)檔次（原來(lái)操作每半米為一個(gè)檔次）的操作。

2.實(shí)現(xiàn)了閘門高度運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)引入人機(jī)界面、位移傳感器和TeSys U電機(jī)啟動(dòng)控制器，分洪閘門的開(kāi)啟高度及閘門運(yùn)行情況可以實(shí)時(shí)顯示到操作人員面前，使操作人員可以實(shí)時(shí)了解閘門的運(yùn)行狀況，讓閘門運(yùn)行更安全可靠。

3.實(shí)現(xiàn)了觸摸屏控制。通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)各種按鈕的控制功能。從而提高了操作的準(zhǔn)確性，使操作更人性化。改變了原來(lái)閘門的各種操作按鈕是機(jī)械控制、操作不準(zhǔn)確、故障高和不美觀的問(wèn)題。

三、結(jié)論

渠村分洪閘閘門控制系統(tǒng)改造為安全分泄特大洪水提供了可靠保證，降低了操作工作強(qiáng)度，為北金堤滯洪區(qū)和黃河下游人民的財(cái)產(chǎn)和生命安全提供了有力保障。

該閘門控制系統(tǒng)改造完全是自行設(shè)計(jì)，節(jié)約設(shè)計(jì)費(fèi)用5 000元左右，在分洪閘上運(yùn)行后，閘門每孔啟閉操作由原來(lái)的2名人員減少為1名，按照分洪閘的操作規(guī)程，閘門的操作人員由原來(lái)的16人減少為8人，按分洪閘的人均經(jīng)費(fèi)（每人每年25 600元）計(jì)算，間接為單位節(jié)省人員開(kāi)支20萬(wàn)元左右。新控制系統(tǒng)的應(yīng)用也大大降低了原線控故障率，按照每孔每年減少0.6萬(wàn)元計(jì)算（閘門共56孔），全年共節(jié)省各種維修維護(hù)成本33.6萬(wàn)元左右。合計(jì)為單位減少54.1萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該系統(tǒng)自改造后運(yùn)行以來(lái)，安全無(wú)誤，有效地提高了閘門控制系統(tǒng)的自動(dòng)化管理水平。