宋繼超

(南水北調(diào)中線建管局河北分局，河北 石家莊 050000)

南水北調(diào)中線干線工程于2014年12月12日正式通水，全線采用“統(tǒng)一調(diào)度、集中控制、分級管理”的原則實(shí)施調(diào)度，總干渠渠道水量調(diào)節(jié)由總調(diào)中心下發(fā)遠(yuǎn)程指令，通過沿線64座節(jié)制閘液壓啟閉機(jī)操控閘門啟閉來進(jìn)行。洺河渡槽位于南水北調(diào)中線干線永年段，進(jìn)口節(jié)制閘共3孔，由3臺啟門力為2×320kN的液壓啟閉機(jī)采用一控一方式操控3扇弧形閘門。針對液壓啟閉機(jī)及自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，2018年12月管理處對3臺液壓啟閉機(jī)及閘控系統(tǒng)功能進(jìn)行了完善改造。

1 液壓啟閉機(jī)及閘控系統(tǒng)功能完善改造前存在的問題

a.閘門開度編碼器為增量式編碼器(相對型)，開度信號為高速脈沖信號，脈沖信號是按一定電壓幅度、一定時間間隔連續(xù)發(fā)出的，抗干擾能力弱，在傳輸過程中因其他電場的干擾，導(dǎo)致開度數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳變，PLC無法判斷閘門運(yùn)行的實(shí)際工況。

b.開度數(shù)據(jù)在傳輸、轉(zhuǎn)換、讀取過程中中間環(huán)節(jié)較多，PLC對閘門開度信號采集的方式為編碼器輸出信號通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為開度值，然后通過485接口Modbus RTU協(xié)議接入到MB+網(wǎng)關(guān)中，PLC通過MB+總線掃描網(wǎng)關(guān)來采集開度儀表數(shù)據(jù)。在閘門動作時，觸摸屏開度數(shù)據(jù)顯示滯后，且PLC不能及時收到閘門開度信號，無法對目標(biāo)開度作出實(shí)時校驗(yàn)，易造成閘門遠(yuǎn)程操作失敗。

c.油箱油溫加熱裝置為電熱絲，加熱器表面溫度可達(dá)700℃，加熱時須開啟油泵循環(huán)油液，若熱保護(hù)失效存在火災(zāi)隱患。

d.液位計(jì)未帶單向閥，油箱出口蝶閥法蘭與避震喉法蘭共用一套連接螺栓，導(dǎo)致在維修、更換液位計(jì)、避震喉時需將油箱內(nèi)液壓油全部抽出，增加了檢修維護(hù)的難度。

2 設(shè)備功能完善改造實(shí)施主要內(nèi)容

2.1 電控系統(tǒng)改造

將現(xiàn)有的相對型行程檢測裝置改為安全可靠、測量精度高的絕對型行程檢測裝置(靜磁柵式位移傳感器)，開度傳感器輸出信號為SSI信號。

將原行程檢測裝置、柜內(nèi)小PLC拆除，安裝靜磁柵式位移傳感器，采用屏蔽電纜重新敷設(shè)油缸至電控柜電纜，并重新整理柜內(nèi)電纜，絕對型行程檢測裝置自配屏蔽電纜接至電控柜內(nèi)三通轉(zhuǎn)換連接器上，保證正常工作時行程檢測裝置輸出信號接入PLC，當(dāng)PLC故障時可通過轉(zhuǎn)換接頭迅速將行程檢測裝置輸出信號接至現(xiàn)場的開度儀表進(jìn)行顯示，PLC和顯示儀表不可以同時采集信號。

2.2 液壓系統(tǒng)改造

將原電熱絲加熱器改為管式PTC加熱器，該加熱器表面溫度最高只能達(dá)到55℃，超過后加熱器就失去了加熱能力，可以避免火災(zāi)發(fā)生，同時對電控系統(tǒng)增加硬接點(diǎn)和軟接點(diǎn)兩種保護(hù)，確保加熱裝置安全運(yùn)行。

采用帶單向閥的液位計(jì)更換原液位計(jì)，吸油口避震喉增加法蘭，測量原設(shè)備上的法蘭、管路安裝尺寸，重新采購法蘭、油管，管路現(xiàn)場彎制、焊接完成后進(jìn)行酸洗流程處理，管路連接后做耐壓試驗(yàn)并確保無滲漏油。

2.3 閘站監(jiān)控系統(tǒng)改造

電控柜UPS為小容量的1kVA，35kV掉電后堅(jiān)持不到30min，改用閘控的UPS供電，增加一面網(wǎng)絡(luò)柜用于安裝SSI采集設(shè)備，同時進(jìn)行電源的重新分配，雙功能合二為一。

將觸摸屏更換為具備modbus tcp通信協(xié)議的10英寸觸摸屏，通過調(diào)整PLC I/O模塊，增加光纖模塊、網(wǎng)卡、電源模塊、以太網(wǎng)IO站適配器、高功率電源、以太網(wǎng)IO適配器、IO光纖模塊、串口模塊、處理器模塊、SSI采集模塊、背板等，一方面，將開度信號直接接入自動化系統(tǒng)的PLC模塊，不再經(jīng)由其他設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換，另一方面，使得PLC系統(tǒng)的現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠改造為工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。改造升級后的工業(yè)以太網(wǎng)通信速率不小于100Mb/s，無限制字節(jié)量，可EIO擴(kuò)展，具有擴(kuò)展功能，雙向同時傳輸。PLC調(diào)整前與調(diào)整后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1和圖2。

圖1 調(diào)整前PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(MB+冗余方案拓?fù)鋱D)

圖2 調(diào)整后PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(工業(yè)以太網(wǎng)冗余方案拓?fù)鋱D)

對PLC應(yīng)用軟件、觸摸屏應(yīng)用軟件、現(xiàn)地工控機(jī)閘站監(jiān)控軟件、遠(yuǎn)程閘站監(jiān)控軟件等進(jìn)行相應(yīng)的升級改造，以適應(yīng)升級改造后的液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)交換更加安全、可靠、穩(wěn)定、迅速。

3 安裝調(diào)試

3.1 調(diào)試前準(zhǔn)備工作

a.申請調(diào)度指令，將閘門逐孔退出調(diào)度，并關(guān)閉相應(yīng)閘孔檢修閘門。

b.檢查各類電源、信號、通信線纜，液壓元件、模塊等硬件設(shè)備是否已安裝齊全。

c.檢查在手動狀態(tài)下閘門運(yùn)行過程中開度數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定準(zhǔn)確。

d.核對改造圖紙與現(xiàn)場接線情況是否一致。

e. SSI信號接入PLC，且通信正常。

3.2 調(diào)試流程

a.閘門進(jìn)行全開全關(guān)的手動模式操作，獲取閘門運(yùn)行過程中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并查看閘門的運(yùn)行工況。

b.閘門進(jìn)行全開全關(guān)的自動模式操作，以調(diào)整閘門運(yùn)行速度和自動糾偏量。

c.自動模式下操作閘門小范圍運(yùn)行，以調(diào)整閘門運(yùn)行姿態(tài)。

d.閘門升降過程中，測試各類緊急狀況條件下的保護(hù)是否有效。

3.3 調(diào)試期間注意事項(xiàng)

嚴(yán)格遵守調(diào)度規(guī)程，一人監(jiān)視PLC，一人控制觸摸屏，一人觀察閘門運(yùn)行狀況，出現(xiàn)閘門動作異常等緊急狀況時，按下緊急停機(jī)按鈕，保護(hù)設(shè)備安全。

4 實(shí)施后效果

閘門開度是閘門控制的最主要參數(shù)，對閘門開度的準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定的采集，是實(shí)現(xiàn)對閘門安全、穩(wěn)定、可靠、高效控制的重要前提。通過對液壓啟閉機(jī)及閘控系統(tǒng)功能的完善改造，使液壓啟閉機(jī)運(yùn)行維護(hù)更加安全便捷，閘站監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行高效可靠，閘門開度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集高效穩(wěn)定，2019年1—6月份洺河節(jié)制閘閘門遠(yuǎn)程指令執(zhí)行成功率達(dá)100%，為南水北調(diào)中線總干渠通水安全運(yùn)行提供了可靠保障。