程坤，劉斌

（江蘇省沙集閘站管理所，江蘇 睢寧 221200）

泵站設(shè)備是由主電機(jī)、水泵、輔助設(shè)備等組成，涉及的電氣設(shè)備也相對(duì)較多，傳統(tǒng)操作方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的工程需要。自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用可以全面優(yōu)化南水北調(diào)解臺(tái)泵站工程技術(shù)管理方式，保障工程安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)水資源的合理配置。因此，探究南水北調(diào)解臺(tái)泵站主電機(jī)自動(dòng)頂車裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用，對(duì)我國(guó)大型水利工程現(xiàn)代化管理水平提升具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

南水北調(diào)解臺(tái)站是南水北調(diào)東線工程的第八級(jí)抽水泵站，工程主體包括泵站、節(jié)制閘、相關(guān)變配電設(shè)施等工程設(shè)施。解臺(tái)泵站設(shè)計(jì)調(diào)水流量125m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程5.83m，安裝5臺(tái)套2900ZLQ32-6型立式軸流泵（備機(jī)1臺(tái)），配TL2800-40/3250型同步電動(dòng)機(jī)。單機(jī)設(shè)計(jì)流量可達(dá)31.5m3/s，總裝機(jī)容量為14000kW?？焖龠M(jìn)步的自動(dòng)化技術(shù)促使南水北調(diào)工程將測(cè)量、保護(hù)、控制、通訊集于一體，以此實(shí)現(xiàn)泵站工作效率和安全性的提升。

2 改造應(yīng)用思路

解臺(tái)泵站采用的是立式軸流泵，配套同步電動(dòng)機(jī)，在開機(jī)前，必須進(jìn)行頂轉(zhuǎn)子操作。解臺(tái)泵站原來頂轉(zhuǎn)子時(shí)采用由一臺(tái)移動(dòng)式液壓裝置分別對(duì)5臺(tái)機(jī)組的液壓頂組加壓，人工觀測(cè)液壓頂?shù)奈恢茫袛噢D(zhuǎn)子是否頂起和復(fù)位。在這一過程中，工作人員需要踩爬冷卻水管，若觀測(cè)不準(zhǔn)則會(huì)造成頂車或液壓頂回位不足，進(jìn)而影響機(jī)組運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。此外，在拆卸移動(dòng)式液壓裝置的過程中，可能會(huì)有液壓油滲出，對(duì)周圍環(huán)境造成一定污染，不利于工程環(huán)保節(jié)能水平的提升。因此，針對(duì)以往解臺(tái)泵站主電機(jī)頂轉(zhuǎn)子工作中存在的問題，管理單位根據(jù)頂轉(zhuǎn)子操作的特點(diǎn)，提出了以下設(shè)計(jì)思路：一是將獨(dú)立的固定式液壓裝置作為液壓頂?shù)膭?dòng)力源；二是由獨(dú)立的控制系統(tǒng)測(cè)控每臺(tái)機(jī)組頂轉(zhuǎn)子的運(yùn)行；三是在原有手動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加觸摸屏監(jiān)控，以此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度功能；四是當(dāng)無系統(tǒng)操作或系統(tǒng)操作完成后，系統(tǒng)可自動(dòng)切除液壓動(dòng)力操作電源。

3 系統(tǒng)總體框架

解臺(tái)泵站主電機(jī)自動(dòng)頂車裝置改造后，主要由位置傳感器組、測(cè)控裝置、液壓裝置、液壓頂組組成，其中，傳感器組的主要任務(wù)是將接收的信息轉(zhuǎn)換為傳感信號(hào)，并傳輸至測(cè)控系統(tǒng)中，隨即測(cè)控系統(tǒng)便會(huì)響應(yīng)相應(yīng)的執(zhí)行任務(wù)，使得接收到控制信號(hào)的液壓裝置做出“供油”或“回油”操作，使得液壓頂組“伸出”或“回落”，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制。若要單獨(dú)進(jìn)行回油操作，則可在觸摸屏“測(cè)控”界面上點(diǎn)擊“回油控制”頁(yè)面鍵，根據(jù)彈出的“回油控制”頁(yè)面進(jìn)行相應(yīng)操作。其中“供油”與“回油”操作是互相閉鎖的，為提升系統(tǒng)智能化與安全性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

各裝置的技術(shù)參數(shù)如下：（1）頂車行程為3～5mm； （2）液壓裝置電源為AC380V，0.75kW；測(cè)控系統(tǒng)電源為DC24V，120W；（3）控制器的隔離輸入、隔離輸出分別為40路、8路；（4）液壓頂位置傳感器可調(diào)檢測(cè)距離為50cm，分辨率、響應(yīng)時(shí)間分別小于3mm、2ms，轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)距離為15±10mm，響應(yīng)頻率為0.5kHz；（5）液壓系統(tǒng),工作壓力20Mpa，最高壓力為24MPa，系統(tǒng)流量為2.0L/min。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

4.1 液壓系統(tǒng)

自動(dòng)頂車裝置的液壓系統(tǒng)主要是液壓站和液壓管路等組成。液壓站主要包括電機(jī)、油泵、電磁換向閥、溢流閥組、油箱等，工作壓力以及最高允許壓力分別為20MPa、24MPa，流量為2.0L/min，功率為0.75kW，使用380V電源作為液壓源的動(dòng)力源。液壓管路采用原插拔式高壓軟管作為液壓系統(tǒng)管路與液壓頂組的連接裝置，使得在特殊的情況下仍可以繼續(xù)使用原有的移動(dòng)式液壓裝置進(jìn)行頂轉(zhuǎn)子操作，進(jìn)而有效提升了系統(tǒng)的通用性。液壓系統(tǒng)實(shí)際工作過程的實(shí)現(xiàn)，依靠系統(tǒng)中油泵與電磁換向閥的相互協(xié)作，當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)泄露現(xiàn)象時(shí)，觸發(fā)低壓力限位開關(guān)，油泵及配套電機(jī)會(huì)在測(cè)控系統(tǒng)的控制下啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)壓力達(dá)到要求時(shí)，便會(huì)觸發(fā)高壓力限位開關(guān)，然后，油泵機(jī)及配套電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到液壓裝置功能要求。

4.2 測(cè)控系統(tǒng)

4.2.1 功能設(shè)計(jì)

南水北調(diào)解臺(tái)泵站主電機(jī)組的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與運(yùn)行，與測(cè)控系統(tǒng)的工況、性能有著較大聯(lián)系。在對(duì)其功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要充分考慮主電機(jī)組設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)控制等方面存在影響因素，并利用時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的模型及其進(jìn)行預(yù)測(cè)試，從而得到相關(guān)設(shè)備的性能曲線，確保在測(cè)試條件以及環(huán)境良好的情況下，能夠保障主電機(jī)組以及相關(guān)設(shè)備可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。解臺(tái)泵站主電機(jī)自動(dòng)頂車裝置的運(yùn)行主要由測(cè)控系統(tǒng)控制，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況處理傳輸信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)控制功能、操作功能、保護(hù)功能、顯示功能等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控機(jī)組轉(zhuǎn)子、液壓頂位置、觸摸屏的控制，并對(duì)一些開關(guān)量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

4.2.2 系統(tǒng)組成

測(cè)控系統(tǒng)主要由控制器、觸摸屏、繼電器、按鈕、液壓頂位置以及轉(zhuǎn)子位置傳感器等組成，兩個(gè)轉(zhuǎn)子位置傳感器安裝在機(jī)組內(nèi)部，而測(cè)控單元安裝在控制箱中。

測(cè)控系統(tǒng)工作流程如下：供油開始—液壓頂伸出—轉(zhuǎn)子頂?shù)轿弧┯屯Ｖ埂訒r(shí)（5S）—回油開始—轉(zhuǎn)子回到位—液壓頂落到位—延時(shí)（5S）—回油停止—延時(shí)關(guān)機(jī)。當(dāng)工作中出現(xiàn)突發(fā)情況，則可直接按下“急停”按鈕，確保第一時(shí)間內(nèi)電源切斷。測(cè)控系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 測(cè)控系統(tǒng)框圖

為實(shí)現(xiàn)泵站主電機(jī)自動(dòng)頂車裝置能夠形成一個(gè)具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，需要使用模糊控制系統(tǒng)提升整體控制的數(shù)字化與智能化水平，確保裝置在面對(duì)復(fù)雜工況的情境下，仍可保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)下游水位不同情況下轉(zhuǎn)子的負(fù)荷變化情況執(zhí)行相應(yīng)控制程序，從而提升解臺(tái)泵站整體的智能化水平，保障南水北調(diào)工程調(diào)水工作能夠順利開展。

4.3 控制箱

控制箱的組成包括主控制器、觸摸屏、液壓裝置控制以及輸出繼電器、按鈕等，其中，傳感器部分包括液壓頂位置以及轉(zhuǎn)子位置傳感器。由于解臺(tái)泵站內(nèi)部與的電氣設(shè)備會(huì)受到工作中電流、電壓的影響出現(xiàn)各種不確定的安全隱患，因此，需要在設(shè)計(jì)階段對(duì)設(shè)備的各種參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，確保泵站主電機(jī)組能夠始終保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。由于內(nèi)部各設(shè)備間的關(guān)系較為復(fù)雜，需要使用智能化技術(shù)建立起知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)等，然后，對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算，并將其作為設(shè)備試運(yùn)營(yíng)階段的訓(xùn)練依據(jù)，在此基礎(chǔ)上，采用推理手段明確各設(shè)備調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。與此同時(shí)，PLC以及其他高性能的設(shè)備調(diào)試方式可以保障泵站主電機(jī)組的在線調(diào)試、標(biāo)準(zhǔn)程序等具備修改功能，系統(tǒng)管理人員可以利用較為簡(jiǎn)便的個(gè)性化應(yīng)用程序解決出現(xiàn)的問題，以此避免改造的泵站主電機(jī)自動(dòng)頂車裝置在應(yīng)用中仍存在安全隱患多、液壓油滲漏等問題。

4.4 改造結(jié)果與分析

經(jīng)過優(yōu)化后的南水北調(diào)解臺(tái)泵站主電機(jī)自動(dòng)頂車裝置，其工藝系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性均得到極大的進(jìn)步與升級(jí)，同時(shí)，也降低了工程投資的成本，與傳統(tǒng)運(yùn)行模式相比，其自動(dòng)化效率、自動(dòng)投入率等均得到極大的進(jìn)步。此外，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的能量損耗也相對(duì)減少，促使南水北調(diào)工程的環(huán)保節(jié)能性能得到提升，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)得到優(yōu)化，彌補(bǔ)了因?yàn)橄到y(tǒng)故障造成的負(fù)面影響，充分發(fā)揮出眾多設(shè)備參數(shù)的優(yōu)勢(shì)與作用，進(jìn)一步推動(dòng)南水北調(diào)解臺(tái)泵站自動(dòng)化持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

5 結(jié)語

綜上所述，南水北調(diào)解臺(tái)泵站主電機(jī)自動(dòng)頂車裝置自動(dòng)化改造完成后，自動(dòng)頂車裝置觸摸屏一鍵啟動(dòng)，頂轉(zhuǎn)子操作過程就能自動(dòng)完成，人們對(duì)解臺(tái)泵站主電機(jī)組的自動(dòng)化設(shè)計(jì)、控制與使用有了全新的認(rèn)識(shí)?？刂葡到y(tǒng)具有無操作及操作結(jié)束后自動(dòng)切斷電源功能技術(shù)，避免了無意識(shí)操作與誤操作帶來的安全隱患，進(jìn)一步凸顯出轉(zhuǎn)子自動(dòng)頂升系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與作用，為泵站智能化領(lǐng)域的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。