李桂華

摘 要：在電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展下，人們的生活方式、生活水平都得到了極大的改善，同時(shí)也促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國(guó)通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的電氣自動(dòng)化技術(shù)，同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的電氣設(shè)備，加上自主研究船閘自動(dòng)化技術(shù)，使得我國(guó)船閘自動(dòng)化水平得到了巨大的發(fā)展。該文探討了電氣自動(dòng)化在船閘工程中的應(yīng)用，技術(shù)改造與技術(shù)創(chuàng)新等主要幾個(gè)部分。

關(guān)鍵詞：船閘電氣自動(dòng)化 設(shè)備改造 技術(shù)創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：U641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（a）-0032-02

電氣自動(dòng)化的全稱(chēng)是電氣工程及其自動(dòng)化，屬于電氣工程當(dāng)中的一個(gè)組成部分，當(dāng)前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了各行各業(yè)中，如家電電路設(shè)計(jì)、工業(yè)生產(chǎn)，航海事業(yè)、航天事業(yè)等等。在電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展下，人們的生活方式、生活水平都得到了極大的改善，同時(shí)也促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 船閘工程中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用

1.1 船閘工程中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前來(lái)說(shuō)，船閘是應(yīng)用最廣的通航建筑物，它可以保證船舶的順利航行。我國(guó)通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的電氣自動(dòng)化技術(shù)，同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的電氣設(shè)備，加上自主研究船閘自動(dòng)化技術(shù)，使得我國(guó)船閘自動(dòng)化水平得到了巨大的發(fā)展。在船閘電氣自動(dòng)化的領(lǐng)域內(nèi)，我國(guó)自主研制出了一些高性能開(kāi)關(guān)、自動(dòng)跟蹤控制裝置等等。我國(guó)的同步控制技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制技術(shù)到PLC、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的飛躍，尤其是在葛洲壩船閘技術(shù)改造方面，取得了突出成績(jī)，極大地提高了葛洲壩船閘的自動(dòng)化水平。

1.2 存在問(wèn)題及解決策略

雖然我國(guó)船閘的控制技術(shù)不斷發(fā)展，目前已經(jīng)取得了極大的進(jìn)步，但是我國(guó)的控制技術(shù)水平還是相當(dāng)有限的，這阻礙了我國(guó)船閘工程電氣自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步的發(fā)展。因此我們?cè)趯W(xué)習(xí)外國(guó)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的同時(shí)，還要提高自主創(chuàng)新的能力，從而不斷提高、發(fā)展我國(guó)船閘工程的控制技術(shù)。于此同時(shí)也必須要注意對(duì)船閘工程的其他方面，例如傳感、檢修、管理等技術(shù)的研究與改進(jìn)，不斷提高我國(guó)船閘工程的電氣自動(dòng)化水平。

2 三輪技術(shù)改造與自動(dòng)化特征

以葛洲壩船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造升級(jí)工程為例，探討船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造與技術(shù)創(chuàng)新。

2.1 電氣設(shè)備的整修、整改

船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)改造與升級(jí)大致上經(jīng)歷了3個(gè)階段：依次為爭(zhēng)端改造階段、設(shè)備更新階段和系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)階段。船閘運(yùn)行初期，并不十分順利，而是經(jīng)歷了一段很長(zhǎng)的時(shí)間，然后進(jìn)入到較為順利的過(guò)渡期。但是過(guò)渡期并不是設(shè)備維修的最好時(shí)期，電氣設(shè)備的問(wèn)題往往具有隱蔽性、分散性和延時(shí)性，并且該階段電氣設(shè)備的整改維修所涉及范圍較廣，反復(fù)次數(shù)多，時(shí)間長(zhǎng)，整修整改也難以達(dá)到零缺陷的效果，因此該時(shí)期將提高電氣設(shè)備的性能作為主要工作目標(biāo)，暫停無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)的控制功能開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)，通過(guò)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化來(lái)提高設(shè)備的可靠性。

2.2 船閘運(yùn)行設(shè)備三輪改造及其自動(dòng)化技術(shù)特征

2.2.1 首次改造

首次改造于1983年開(kāi)始，歷時(shí)約10年。在這段時(shí)期，船閘運(yùn)管單位在持續(xù)處置設(shè)備缺陷的同時(shí)，加大力度進(jìn)行了一些列的電氣設(shè)備技術(shù)改造，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)、自行研制或者內(nèi)外合作等方式取得了較大的突破，如開(kāi)發(fā)應(yīng)用高性能專(zhuān)用行程開(kāi)關(guān)、研制活動(dòng)橋控制系統(tǒng)及自動(dòng)跟蹤同步控制裝置等等。在該輪改造中，將改善船閘運(yùn)行狀況、提高船閘運(yùn)行期間的使用效率作為了重點(diǎn)，在確保電氣設(shè)備基本控制功能的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化了其安全性、穩(wěn)定性的改造，取得了可惜的成果。

2.2.2 第二輪改造

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，電氣自動(dòng)化設(shè)備改造快速發(fā)展，在15年的時(shí)間里，船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造和技術(shù)創(chuàng)新在工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展下獲得了飛速的發(fā)展。在控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)等方面不斷涌現(xiàn)出了新的科技產(chǎn)品，這為船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造創(chuàng)造了良好的技術(shù)條件，同時(shí)船閘運(yùn)管單位也大力發(fā)展自身優(yōu)勢(shì)，在新技術(shù)上不斷探索與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了船閘電控系統(tǒng)上質(zhì)的飛躍，安全性、可靠性與易維護(hù)性更加優(yōu)越，也為行業(yè)發(fā)展中同類(lèi)技術(shù)改革積累了經(jīng)驗(yàn)。

2.2.3 第三輪改造

電氣自動(dòng)化設(shè)備第三輪改造開(kāi)始于2010年，葛洲壩船閘計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)整體改造工程是其中最具代表性的工程，改造工程的目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)3座船閘的統(tǒng)一控制管理。在船閘的改造工程中，借鑒20多年來(lái)的技術(shù)改造經(jīng)驗(yàn)及科研成果，融合工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3座船閘現(xiàn)場(chǎng)傳感裝置、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、圖像監(jiān)控以及廣播系統(tǒng)的升級(jí)改造。正式投運(yùn)后，葛洲壩船閘自動(dòng)化控制水平明顯超過(guò)了三峽船閘。通過(guò)升級(jí)改造，不僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在不間斷運(yùn)行性能上的突破，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了傳感器技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。

3 主要技術(shù)創(chuàng)新及成果

在葛洲壩船閘電氣自動(dòng)化改造升級(jí)中，可將改造升級(jí)路線(xiàn)進(jìn)行分類(lèi)，大致分為4個(gè)方面：電氣拖動(dòng)及調(diào)速技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與船閘控制。

3.1 船閘電氣拖動(dòng)及調(diào)速技術(shù)

3.1.1 船閘人字門(mén)啟閉機(jī)

1號(hào)船閘人字門(mén)控制系統(tǒng)采用的是滑差電機(jī)拖動(dòng)，調(diào)速為調(diào)速，由于受到“超灌超泄”情況的影響，導(dǎo)致滑差電機(jī)往往處在零負(fù)載或者低負(fù)荷工況，以至于出現(xiàn)時(shí)空，無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行，造成安全隱患，為此在1997年將其進(jìn)行改造升級(jí)，采用了雙速鼠籠式電動(dòng)機(jī)。2號(hào)與3號(hào)船閘人字門(mén)控制系統(tǒng)均采用的是雙速鼠籠式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速，進(jìn)而確保了電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和四連桿啟閉機(jī)機(jī)械特是相吻合的，但是在電氣保護(hù)不完善、電機(jī)額定功率余度偏大的影響下，系統(tǒng)的安全性存在較大的隱患。為滿(mǎn)足運(yùn)行的需求，于2011年將3座船閘人字門(mén)電機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速改造，改造后有效地消除了電機(jī)啟動(dòng)期間、電機(jī)變速過(guò)程中對(duì)機(jī)械設(shè)備造成的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；同時(shí)，經(jīng)精確的過(guò)載保護(hù)整定改造使得電機(jī)功能偏大的威脅大大降低。

3.1.2 活動(dòng)橋啟閉機(jī)

船閘活動(dòng)橋采用的是滑差電機(jī)拖動(dòng)，最初采用開(kāi)環(huán)控制，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其無(wú)法實(shí)現(xiàn)與電氣的同步運(yùn)行，因此對(duì)此加以改造，通過(guò)增加光電碼盤(pán)式高度/高差檢測(cè)裝置、伺服電機(jī)，有效地改善了同步性，并實(shí)現(xiàn)了同步跟蹤。此后，針對(duì)閉環(huán)跟蹤調(diào)速系統(tǒng)做出了改造，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器與單片機(jī)技術(shù)的運(yùn)用大大地提高了系統(tǒng)的可靠性、易維護(hù)性。同時(shí)，通過(guò)PLC技術(shù)與變頻器的應(yīng)用也顯著地提升了系統(tǒng)的可靠性、可維修性。

3.2 控制技術(shù)

船閘控制技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用與演變都與工業(yè)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)具有密切的關(guān)系，經(jīng)歷了繼電器控制技術(shù)-晶體管集成電路控制-小規(guī)模PLC控制-大規(guī)模PLC控制-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級(jí)改造，在不斷地改造升級(jí)中，系統(tǒng)的安全可靠性、可維修性、易維護(hù)性、人機(jī)交互性都得以實(shí)現(xiàn)，并不斷地提升。

3.3 傳感技術(shù)

船閘電氣自動(dòng)化中傳感器具有十分重要的作用，傳感器性能好壞直接影響著自動(dòng)控制的安全與穩(wěn)定，以及船閘的運(yùn)行效率。因此，一直以來(lái)針對(duì)船閘傳感器的改進(jìn)、升級(jí)與創(chuàng)新都做出了長(zhǎng)期的探索。船閘所涉及的傳感器有多種，包括了高度/開(kāi)度、位置、壓力、水位、溫度等多種傳感器。高度傳感器的演變是由定制光電碼盤(pán)到旋轉(zhuǎn)編碼器的，其傳動(dòng)裝置是一種鏈輪鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。位置傳感裝置多用于戶(hù)外環(huán)境，并且使全天候運(yùn)行的，因此要成功運(yùn)用該傳感裝置，保證其防護(hù)等級(jí)、防護(hù)裝置的加工精度非常重要。同時(shí)，傳感裝置有無(wú)位置精調(diào)功能對(duì)傳感器的使用與易維護(hù)性有巨大的影響。

3.4 控制工藝流程

在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展下，船閘控制工藝流程也朝著越發(fā)簡(jiǎn)單的方向發(fā)展，同時(shí)對(duì)各種精細(xì)化自動(dòng)控制需求也提出了更高的要求，船閘運(yùn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、故障檢測(cè)系統(tǒng)均逐漸得到豐富與完善。

4 結(jié)語(yǔ)

在電氣自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展下，船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備的改造創(chuàng)新也不斷得以實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造審計(jì)路線(xiàn)進(jìn)行分析，可將改造升級(jí)路線(xiàn)進(jìn)行分類(lèi)，大致分為電氣拖動(dòng)及調(diào)速技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與船閘控制四個(gè)方面。在科技的進(jìn)一步發(fā)展下，我國(guó)船閘電氣設(shè)備自動(dòng)化也將得到更好的提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 王忠民.葛洲壩船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造與技術(shù)創(chuàng)新[J].中國(guó)水運(yùn)：下半月，2013（9）：96-98.

[2] 張燕.電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用探討[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（17）：199.

[3] 田雨石.建筑電氣設(shè)備自動(dòng)化的節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用[D].長(zhǎng)春：吉林建筑大學(xué)，2015.

[4] 朱阿寶，黃琦蘭，張洪志.探討電氣自動(dòng)化在水運(yùn)工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].科技風(fēng)，2016（1）：137.