賴(lài)佑賢 閆曉滿(mǎn)

(廣州市水電建設(shè)工程有限公司， 廣東 廣州 510600)

一種無(wú)人值守的自動(dòng)控制式新型水閘技術(shù)研發(fā)

賴(lài)佑賢 閆曉滿(mǎn)

(廣州市水電建設(shè)工程有限公司， 廣東 廣州 510600)

水閘作為水利工程中的重要組成部分，通過(guò)開(kāi)閉閘門(mén)幫助實(shí)現(xiàn)攔水、提高水位、泄洪、排水等重要功能，在水利工程中占據(jù)重要地位。目前，水閘啟閉是通過(guò)設(shè)置限位裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，停留在水閘關(guān)閉或開(kāi)啟位置的異物常常成為導(dǎo)致水閘形成“非正常”啟閉的“偽限位點(diǎn)”。無(wú)人值守自動(dòng)控制式新型水閘技術(shù)的提出，克服了現(xiàn)行水閘啟閉系統(tǒng)的缺陷和不足，為水閘的安全正常使用提供了保障，也大大提升了水閘運(yùn)行管理的科技含量。

水閘運(yùn)行； 限位裝置； “偽限位點(diǎn)”； “非正?！眴㈤]

1 概 述

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水利工程項(xiàng)目建設(shè)越來(lái)越多。水閘作為水利工程中的重要組成部分，其施工建設(shè)數(shù)量逐漸增多。水閘通過(guò)開(kāi)閉閘門(mén)，能幫助實(shí)現(xiàn)攔水、提高水位、泄洪、排水等重要功能，在水利工程中占據(jù)重要地位[1-3]。然而，目前使用的大多數(shù)水閘門(mén)啟閉系統(tǒng)都存在一定的技術(shù)缺陷和不足，對(duì)水閘結(jié)構(gòu)及電器控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)與改造，對(duì)保證水閘的安全與正常使用十分重要。本文介紹了一種無(wú)人值守的自動(dòng)控制式新型水閘技術(shù)及其應(yīng)用成果。

2 水閘基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行中存在的技術(shù)問(wèn)題

水閘結(jié)構(gòu)主要分為上游連接段、下游連接段和閘室三部分。

水閘間的主體是水閘閘室，閘室內(nèi)部設(shè)置有啟閉機(jī)、底板和各類(lèi)工作橋等。上游連接段包括防沖槽、護(hù)坡、翼墻等，水閘下游連接段包括護(hù)坡、海漫和消力池等。水閘正常啟閉是確保水閘各項(xiàng)功能的先決條件。目前水閘的通用運(yùn)行模式是通過(guò)設(shè)置限位裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)水閘按照設(shè)定形成關(guān)閉。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中明顯存在“非正常”啟閉的問(wèn)題，為水閘運(yùn)行安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

3 水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，充分利用電氣及自動(dòng)化技術(shù)，研制提供一種新型水閘是可行的[4-5]。要求新提出的水閘技術(shù)能夠在閘門(mén)卡滯后允許啟閉機(jī)的螺桿向下運(yùn)動(dòng)一段小距離，同時(shí)欠電流繼電器動(dòng)作，斷電停機(jī)，保障啟閉機(jī)安全；同時(shí)，通過(guò)荷重傳感器發(fā)回的荷重信號(hào)，可精確測(cè)定、顯示、控制啟閉機(jī)閘門(mén)的荷重信息，有助于促進(jìn)啟閉機(jī)的自動(dòng)化升級(jí)改進(jìn)，擴(kuò)展啟閉機(jī)的功能，使啟閉機(jī)適應(yīng)時(shí)代要求，在水利工程中發(fā)揮更大作用，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)自動(dòng)控制與水閘遠(yuǎn)程控制，無(wú)人值守，全面自動(dòng)化管理。

水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)原理如圖1所示。自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器采用PLC可編程控制器。該閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作時(shí)，施工人員首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，微控制器根據(jù)設(shè)定的信息和霍爾開(kāi)關(guān)反饋回來(lái)的高度信息控制渦輪蝸桿運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)螺桿達(dá)到控制啟閉的目的。同時(shí)，為了方便操作人員的監(jiān)控，微控制器將成孔作業(yè)的相關(guān)參數(shù)通過(guò)液晶屏顯示出來(lái)。

圖1 水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)原理

PLC控制器的軟件可以使用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)系統(tǒng)的劃分方法分成很多個(gè)模塊，如：采用數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)更新、圖形處理、閘門(mén)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)安全管理模塊、控制決策模塊等軟件模塊。對(duì)PLC編程可實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的控制。

4 無(wú)人值守的自動(dòng)控制式新型水閘技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

為構(gòu)建無(wú)人值守的自動(dòng)控制式新型水閘，采用如下技術(shù)方案：一種新型水閘，包括閘門(mén)、啟閉機(jī)及電柜，啟閉機(jī)包括基座、設(shè)置于基座上的機(jī)箱、提供動(dòng)力的電機(jī)、設(shè)置于機(jī)箱內(nèi)且與電機(jī)輸出軸連接的蝸輪蝸桿組件及與蝸輪內(nèi)螺母螺紋配合的升降螺桿，螺桿的末端通過(guò)吊耳與閘門(mén)連接，螺桿的末端設(shè)有長(zhǎng)圓形吊耳孔，電柜上設(shè)有欠電流繼電器，欠電流繼電器與啟閉機(jī)的控制電路連接，閘門(mén)由門(mén)框以及閘板組成，閘板的阻水面上設(shè)有加強(qiáng)板。

圖2 啟閉機(jī)部分結(jié)構(gòu)示意圖1—閘門(mén)；101—門(mén)框；104—閘板；105—吊耳；2—啟閉機(jī)；3—電柜；201—基座；202—機(jī)箱；4—電機(jī)；203—吊耳孔；301—欠電流繼電器；8—荷重傳感器

圖2為啟閉機(jī)部分結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，一種新型水閘，包括閘門(mén)1、固定安裝在閘門(mén)橫梁上方的啟閉機(jī)2 以及設(shè)置在啟閉機(jī)上的電柜3，所述啟閉機(jī)包括安裝在閘門(mén)橫梁上的基座201，基座上固定有一機(jī)箱202、在機(jī)箱的同一水平線上固定有一提供動(dòng)力的電機(jī)4，電機(jī)的輸出軸與設(shè)置于機(jī)箱內(nèi)的蝸輪蝸桿組件旋轉(zhuǎn)連接，蝸輪的內(nèi)螺母與升降螺桿螺紋配合，其中，閘門(mén)的頂端設(shè)有一吊耳105，螺桿的末端通過(guò)吊耳與閘門(mén)連接，螺桿的末端設(shè)有長(zhǎng)圓形吊耳孔203，電柜上設(shè)有欠電流繼電器301，欠電流繼電器與啟閉機(jī)的控制電路連接。通過(guò)上述設(shè)計(jì)，在閘門(mén)卡滯后，由于螺桿末端的吊耳孔為長(zhǎng)圓形，其允許螺桿繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)一段小距離，同時(shí)，由于電機(jī)空載運(yùn)行，運(yùn)行電流突然下降， 欠電流繼電器運(yùn)作，切斷電路，啟閉機(jī)停止工作，從而防止螺桿被頂彎，最終導(dǎo)致啟閉機(jī)損壞的情況發(fā)生。

圖3 為新型閘門(mén)右視圖。如圖3所示，閘門(mén)由門(mén)框101及閘板104組成，為了防止閘門(mén)被沖擊的水流損壞，在閘板的阻水面上設(shè)有加強(qiáng)板102。加強(qiáng)板呈拱形，加強(qiáng)板與閘板之間設(shè)有若干加強(qiáng)筋103。

圖3 新型閘門(mén)右視圖1—閘門(mén)；102—加強(qiáng)板；103—加強(qiáng)筋

圖4 新型柔性法蘭結(jié)構(gòu)示意圖5—上法蘭；6—下法蘭；7—緩沖墊

圖4 為新型柔性法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，為了防止啟閉機(jī)受淤泥以及其他河道黏性物質(zhì)污染，在基座與機(jī)箱之間設(shè)置有柔性法蘭。柔性法蘭包括與基座下端面連接的上法蘭5、與機(jī)箱上端面連接的下法蘭6及設(shè)置在上、下法蘭間的多個(gè)緩沖墊7。基座與機(jī)箱之間還設(shè)有荷重傳感器8。荷重傳感器為4個(gè)，分別設(shè)置于基座上端面的4個(gè)角落處。荷重傳感器呈兩端細(xì)中間粗的階梯軸狀，荷重傳感器的兩端分別通過(guò)螺栓與基座及機(jī)箱固接。通過(guò)荷重傳感器發(fā)回的荷重信號(hào)，可精確測(cè)定、顯示、控制啟閉機(jī)閘門(mén)的荷重信息，有助于促進(jìn)啟閉機(jī)的自動(dòng)化升級(jí)改進(jìn)，擴(kuò)展啟閉機(jī)的功能，使啟閉機(jī)適應(yīng)時(shí)代要求，在水利工程中發(fā)揮更大作用，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)水閘遠(yuǎn)程控制，無(wú)人值守，全面自動(dòng)化管理。

5 無(wú)人值守的自動(dòng)控制式新型水閘技術(shù)的作用

研究提出的新型水閘在以下幾個(gè)方面效果突出。

a.能夠在閘門(mén)卡滯后允許啟閉機(jī)的螺桿向下運(yùn)動(dòng)一段小距離，同時(shí)欠電流繼電器動(dòng)作，斷電停機(jī)，保障啟閉機(jī)安全。

b.由荷重傳感器發(fā)回的荷重信號(hào)，精確測(cè)定、顯示、控制啟閉機(jī)閘門(mén)的荷重信息，促進(jìn)啟閉機(jī)的自動(dòng)化升級(jí)改進(jìn)，擴(kuò)展啟閉機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)閘門(mén)自動(dòng)控制與水閘遠(yuǎn)程控制，無(wú)人值守時(shí)自動(dòng)化管理。

c.通過(guò)在閘門(mén)阻水面設(shè)置加強(qiáng)板，防止閘門(mén)在水流的沖擊下?lián)p壞，能延長(zhǎng)閘門(mén)的使用壽命。

研究提出的這一新型水閘技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際工程中獲得應(yīng)用，目前運(yùn)行效果良好。

6 結(jié) 論

針對(duì)現(xiàn)行水閘技術(shù)存在容易因?yàn)殡s物滯留問(wèn)題而導(dǎo)致水閘系統(tǒng)非正常運(yùn)行的不安全情況，以電氣與自動(dòng)化控制技術(shù)為基礎(chǔ)，研究提出一種包括閘門(mén)、啟閉機(jī)及電柜的新型水閘系統(tǒng)。該新型水閘能夠在閘門(mén)卡滯后允許啟閉機(jī)的螺桿向下運(yùn)行一段距離，起到保障啟閉機(jī)安全的作用。同時(shí)，以閘門(mén)的自動(dòng)控制為核心，研發(fā)了水閘遠(yuǎn)程控制技術(shù)，進(jìn)而構(gòu)建了整個(gè)水閘系統(tǒng)的無(wú)人值守自動(dòng)控制式管理模式。顯然，無(wú)人值守的自動(dòng)控制式新型水閘技術(shù)具有良好的推廣應(yīng)用前景。

[1] 馬永鋒,石裕,萬(wàn)啟宣.淤泥地基上模袋砂圍堰設(shè)計(jì)與關(guān)鍵性施工技術(shù)[J].人民長(zhǎng)江，2007(38)：33-35.

[2] 李秀玲,孟凡勝,仲崇勝.水閘施工工藝探討及質(zhì)量控制分析[J].水利科技，2014(6)：188.

[3] 劉紅艷.水閘特點(diǎn)和施工關(guān)鍵技術(shù)分析和應(yīng)用[C].2015年11月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2015(11)：133-135.

[4] 張志平.電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用2014(18).

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Technology research and development of a new type unmanned automatic control sluice

LAI Youxian, YAN Xiaoman

(GuangzhouWaterConservancy&HydropowerStationConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510600,China)

Sluice is regarded as an important part in water conservancy projects. Water blockage, improvement of water level, flood discharge, water drainage and other important functions are realized through opening and closing the sluice. It has an important role in water conservancy projects. Sluice is opened and closed through setting limit device currently. However, foreign matters remained in the sluice closing or opening positions always become ‘false limit points’ for the sluice to form ‘a(chǎn)bnormal’ opening and closing. New type unmanned automatic control sluice technology is proposed for overcoming the defect and deficiency of existing sluice opening and closing system, thereby guaranteeing the safe and normal use of the sluice and improving technology contents in sluice operation management greatly.

sluice operation; limit device; ‘false limit point’; ‘a(chǎn)bnormal’ opening and closing

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.014

TV66

B

1005-4774(2017)02- 0055- 03