朱虹霏

（廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司，廣西梧州 543199）

0 引言

隨著國(guó)家綜合國(guó)力快速提升，人們的生活質(zhì)量有了極大的改善，工業(yè)化發(fā)展越來越快，電氣自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)用也越來越廣泛。船閘工程中電氣自動(dòng)化技術(shù)和電氣自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用的最為廣泛，船閘在社會(huì)中的作用就是作為通航建筑物，承擔(dān)著保證船舶順利安全通過閘壩的責(zé)任。

1 船閘概述

船閘就是用以保證船舶順利通過航道上集中水位落差的廂形水工建筑物。通航船閘作為通航建筑物的一種，對(duì)于暢通航道、便利和發(fā)展水路運(yùn)輸，具有不可替代作用。由于船閘是樞紐的重要組成部分，過閘船舶在通航活動(dòng)中的必經(jīng)之路，是河航道中的重要結(jié)點(diǎn)，對(duì)于防洪和航行交通都具有重要作用，如圖1所示。

圖1 船閘

近年來，隨著水運(yùn)事業(yè)的不斷發(fā)展，水上運(yùn)輸量急劇增大，船閘的地位愈發(fā)重要。然而船閘在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷，比如受到船舶撞擊以及自身老化因素影響，使得船閘內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到一定破壞，從而帶來安全隱患。因此，船閘的電氣自動(dòng)化設(shè)備的使用以及技術(shù)的創(chuàng)新，是社會(huì)發(fā)展的必然選擇。

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

近年來，我國(guó)不斷從國(guó)外引入先進(jìn)的電氣自動(dòng)化技術(shù)和先進(jìn)的電氣自動(dòng)化設(shè)備使我國(guó)的船閘自動(dòng)化水平得到了很大的提升和發(fā)展，特別是近年來我國(guó)在船閘自動(dòng)化技術(shù)中又創(chuàng)新的應(yīng)用了PLC和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。與以前相比，我國(guó)船閘的自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)得到了巨大的進(jìn)步和發(fā)展，但是我國(guó)船閘控制技術(shù)與國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)相比仍然存在相當(dāng)大的差距，這也阻礙著我國(guó)船閘工程電氣自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。而且國(guó)外在船閘工程電氣自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)上還形成了壟斷的趨勢(shì)，在對(duì)我國(guó)出售電氣自動(dòng)化設(shè)備的過程中，不會(huì)向我國(guó)出售電氣自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)。因此，我國(guó)的船閘發(fā)展只有在引入的先進(jìn)電器自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備中不斷探索和創(chuàng)新，努力提高自主的電氣自動(dòng)化設(shè)備的創(chuàng)新能力，從而具有自主的船閘工程控制技術(shù)。

3 船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備的改造歷程

3.1 船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備爭(zhēng)端改造階段

在船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備爭(zhēng)端改造階段中，由于在船閘運(yùn)營(yíng)過程中缺少相應(yīng)的船閘自動(dòng)化設(shè)備和船閘技術(shù)水平的不足，導(dǎo)致現(xiàn)有的船閘設(shè)備已經(jīng)跟不上船閘領(lǐng)域的發(fā)展。因此我國(guó)引入了大批的先進(jìn)船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備，并且國(guó)內(nèi)也對(duì)船閘自動(dòng)化領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)和自行研制。經(jīng)過船閘領(lǐng)域的研究人員不斷的努力，已初步研發(fā)出了高性能的專用行程開關(guān)、船閘活動(dòng)橋自行控制系統(tǒng)和船舶自動(dòng)跟蹤同步控制裝置等。通過這些改造措施，極大地提高了船舶在通過船閘時(shí)的安全性，并且還改善了船閘在工作過程中的工作環(huán)境，提升了船閘的工作效率。

3.2 船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備更新階段

在船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備更新階段，相關(guān)人員對(duì)船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行了全面改造和技術(shù)上的創(chuàng)新。在船閘工程領(lǐng)域應(yīng)用了控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)，這樣極大地促進(jìn)了船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)提升。同時(shí)船閘運(yùn)管單位也不斷從國(guó)外先進(jìn)設(shè)備上進(jìn)行摸索創(chuàng)新，從而研究出了自主的船閘電控系統(tǒng)，將船閘在工作時(shí)的安全性、可靠性和維護(hù)性大幅提升，在這個(gè)過程中也為電氣自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新階段積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。

3.3 船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)階段

在船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)階段，電氣自動(dòng)化工程師們?cè)趲资杲?jīng)驗(yàn)的積累下，通過融合工業(yè)化的技術(shù)改造將以太網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多座船閘之間可以協(xié)同利用傳感裝置、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)的升級(jí)改造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了船閘自動(dòng)化技術(shù)水平質(zhì)的飛躍。

4 船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造技術(shù)創(chuàng)新分析

4.1 船閘電氣拖動(dòng)及調(diào)速技術(shù)

4.1.1 船閘人字門啟閉機(jī)

在船閘電氣自動(dòng)設(shè)備改造技術(shù)創(chuàng)新中對(duì)船閘的電氣拖動(dòng)以及調(diào)速技術(shù)的改造是非常重要的。而在整個(gè)改造過程中，其中創(chuàng)新的技術(shù)主要就是船閘人字門啟閉機(jī)。采用人字門啟閉機(jī)，主要使用的就是滑差電動(dòng)脫機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但是在使用該技術(shù)的同時(shí)，出現(xiàn)了“超灌超泄”的不良情況，影響了滑差電動(dòng)脫機(jī)的正常工作，讓其一直處于一種低負(fù)荷的工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致船閘的調(diào)速不能正常進(jìn)行，出現(xiàn)時(shí)空紊亂的情況。因此，后來進(jìn)行升級(jí)改造，使用的是雙速鼠籠式電動(dòng)機(jī)，這樣可以快速實(shí)現(xiàn)變級(jí)調(diào)速的目標(biāo)和要求。但是對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備的保護(hù)不夠，帶來一定的安全隱患，一旦問題出現(xiàn)，就會(huì)導(dǎo)致船閘不能正常使用。最后，則是采用了變速調(diào)頻的技術(shù)，避免電機(jī)變速對(duì)設(shè)備造成不良的影響以及損耗。

4.1.2 活動(dòng)橋啟閉機(jī)

活動(dòng)橋啟閉機(jī)是另一個(gè)比較重要的創(chuàng)新技術(shù)。該技術(shù)最開始的創(chuàng)新結(jié)合改造，也是使用的滑差電動(dòng)脫機(jī)，最重要的是，初期使用的是開環(huán)控制，但是在船閘實(shí)際的使用該系統(tǒng)的過程中，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)不能與電氣設(shè)備同步，也就是會(huì)互相影響，反而延遲了船閘的運(yùn)行，導(dǎo)致船閘運(yùn)行的不順暢。所以，在發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題以后，進(jìn)一步對(duì)該技術(shù)進(jìn)行改造和創(chuàng)新，并且根據(jù)掌握的某些技術(shù)和研究，比如在原有的設(shè)備之上，加上高差檢測(cè)裝置，以及增加一個(gè)伺服電機(jī)，并且還需要對(duì)系統(tǒng)的同步性進(jìn)行調(diào)整，等每一個(gè)環(huán)節(jié)都調(diào)整完成以后，需要在和電氣自動(dòng)化設(shè)備共同試驗(yàn)，觀察該技術(shù)是否能夠與電氣自動(dòng)化的設(shè)備能夠同步，并且跟蹤的效果是否符合現(xiàn)在的要求和標(biāo)準(zhǔn)。最重要的是，在改進(jìn)以后，讓閉環(huán)控制具備了大量的跟蹤裝置和偵察裝置，并且把調(diào)速系統(tǒng)也進(jìn)行了改裝，這樣可以保證調(diào)速的方便性，在其中使用了旋轉(zhuǎn)編碼器、單片機(jī)技術(shù)，同時(shí)還使用了PLC技術(shù)，這三種技術(shù)在船閘自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新中的應(yīng)用，更能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且便于維護(hù)和檢修。

4.2 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)對(duì)船閘的穩(wěn)定性具有重要的作用。使用傳感器，可以加快船閘運(yùn)行的效率和速度，并且確保其穩(wěn)定性。而且傳感技術(shù)已經(jīng)比較成熟，同時(shí)傳感器被安置在了船閘的各個(gè)位置，通過傳感器可以控制船閘的每一各位置，了解每一處的具體情況。我國(guó)對(duì)船閘的傳感器以及傳感技術(shù)一直在探索，而且由于傳感器的種類比較多，有高度傳感器、溫度傳感器、水位傳感器以及壓力的傳感器等，所以研究的類別比較復(fù)雜。不同的傳感器有不同的作用，但都有一個(gè)特征，都會(huì)把信號(hào)傳輸回到總控制系統(tǒng)之中，讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了解船閘的具體情況。比如，高度傳感器中的旋轉(zhuǎn)編碼器已經(jīng)取代了從前的定制光電碼盤，利用旋轉(zhuǎn)編碼器可以忽視惡劣天氣的影響，在船閘工程領(lǐng)域進(jìn)行全天候運(yùn)行。

4.3 控制技術(shù)

控制技術(shù)是船閘電氣自動(dòng)化設(shè)備改造技術(shù)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。如果不能對(duì)船閘進(jìn)行全方位的控制，就會(huì)導(dǎo)致電氣自動(dòng)化失去作用和效果。但是由于船閘建筑過于龐大，想要實(shí)現(xiàn)全面控制，在技術(shù)上存在一定的難度?，F(xiàn)階段，相關(guān)人員對(duì)控制技術(shù)的研究和創(chuàng)新，促進(jìn)了船閘電氣自動(dòng)化的發(fā)展。目前，使用的是計(jì)算機(jī)全面操控傳船閘的運(yùn)行。船閘控制技術(shù)第一個(gè)階段是繼電器控制技術(shù)，該技術(shù)是最原始的控制技術(shù)。第二階段則是晶體管集成電路，該控制技術(shù)與當(dāng)時(shí)的科技發(fā)展有直接的關(guān)系，晶體管在該階段是我國(guó)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目。第三階段是小規(guī)模PLC控制，這是PLC控制技術(shù)剛開始有一定的研究成果以后應(yīng)用的控制技術(shù)。第四階段是大規(guī)模的PLC技術(shù)，該階段PLC技術(shù)已經(jīng)比較成熟。第五階段，則是使用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制船閘的運(yùn)行，也是目前最先進(jìn)的控制技術(shù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，使得整個(gè)系統(tǒng)更加安全，而且維修十分便利。

4.4 控制工藝流程

控制工藝流程是自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新的最后一個(gè)要求，流程越簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新的幫助越大。首先，目前比較重要的對(duì)船閘的控制方法是利用計(jì)算網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，其控制流程的簡(jiǎn)單化對(duì)計(jì)算機(jī)控制船閘的運(yùn)行具有巨大的優(yōu)勢(shì)。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，內(nèi)部要精細(xì)化，這樣可以避免因?yàn)槌绦蚝土悴考葘?dǎo)致控制工藝出現(xiàn)問題。其次，在創(chuàng)新控制工藝流程的時(shí)候，應(yīng)該秉承在不影響正常船閘運(yùn)行的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)的要求和目標(biāo)。最后，則是對(duì)監(jiān)控方面實(shí)現(xiàn)精密化的處理。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在船閘電氣自動(dòng)化控制設(shè)備改造過程中，不僅要對(duì)電氣設(shè)備自身的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)等做好把關(guān)，同時(shí)也要在電氣設(shè)備改造前對(duì)設(shè)備相應(yīng)的功能進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試，從而確保改造后的設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，這樣才能提升船閘電氣自動(dòng)化運(yùn)行效率，保障通航設(shè)備的安全運(yùn)行。