船閘電氣自動化設備改造與技術創(chuàng)新探討

李桂華

摘 要：在電氣自動化技術的不斷發(fā)展下，人們的生活方式、生活水平都得到了極大的改善，同時也促進了社會經(jīng)濟的發(fā)展。我國通過學習國外先進的電氣自動化技術，同時引進先進的電氣設備，加上自主研究船閘自動化技術，使得我國船閘自動化水平得到了巨大的發(fā)展。該文探討了電氣自動化在船閘工程中的應用，技術改造與技術創(chuàng)新等主要幾個部分。

關鍵詞：船閘電氣自動化 設備改造 技術創(chuàng)新

中圖分類號：U641 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（a）-0032-02

電氣自動化的全稱是電氣工程及其自動化，屬于電氣工程當中的一個組成部分，當前已經(jīng)廣泛地應用到了各行各業(yè)中，如家電電路設計、工業(yè)生產(chǎn)，航海事業(yè)、航天事業(yè)等等。在電氣自動化技術的發(fā)展下，人們的生活方式、生活水平都得到了極大的改善，同時也促進了社會經(jīng)濟的發(fā)展。

1 船閘工程中電氣自動化的應用

1.1 船閘工程中電氣自動化技術的應用現(xiàn)狀

目前來說，船閘是應用最廣的通航建筑物，它可以保證船舶的順利航行。我國通過學習國外先進的電氣自動化技術，同時引進先進的電氣設備，加上自主研究船閘自動化技術，使得我國船閘自動化水平得到了巨大的發(fā)展。在船閘電氣自動化的領域內(nèi)，我國自主研制出了一些高性能開關、自動跟蹤控制裝置等等。我國的同步控制技術也實現(xiàn)了從繼電器控制技術到PLC、計算機網(wǎng)絡控制技術的飛躍，尤其是在葛洲壩船閘技術改造方面，取得了突出成績，極大地提高了葛洲壩船閘的自動化水平。

1.2 存在問題及解決策略

雖然我國船閘的控制技術不斷發(fā)展，目前已經(jīng)取得了極大的進步，但是我國的控制技術水平還是相當有限的，這阻礙了我國船閘工程電氣自動化技術的進一步的發(fā)展。因此我們在學習外國先進的科學技術的同時，還要提高自主創(chuàng)新的能力，從而不斷提高、發(fā)展我國船閘工程的控制技術。于此同時也必須要注意對船閘工程的其他方面，例如傳感、檢修、管理等技術的研究與改進，不斷提高我國船閘工程的電氣自動化水平。

2 三輪技術改造與自動化特征

以葛洲壩船閘電氣自動化設備改造升級工程為例，探討船閘電氣自動化設備改造與技術創(chuàng)新。

2.1 電氣設備的整修、整改

船閘電氣自動化設備的技術改造與升級大致上經(jīng)歷了3個階段：依次為爭端改造階段、設備更新階段和系統(tǒng)技術升級階段。船閘運行初期，并不十分順利，而是經(jīng)歷了一段很長的時間，然后進入到較為順利的過渡期。但是過渡期并不是設備維修的最好時期，電氣設備的問題往往具有隱蔽性、分散性和延時性，并且該階段電氣設備的整改維修所涉及范圍較廣，反復次數(shù)多，時間長，整修整改也難以達到零缺陷的效果，因此該時期將提高電氣設備的性能作為主要工作目標，暫停無法正常實現(xiàn)的控制功能開發(fā)和實現(xiàn)，通過系統(tǒng)的簡化來提高設備的可靠性。

2.2 船閘運行設備三輪改造及其自動化技術特征

2.2.1 首次改造

首次改造于1983年開始，歷時約10年。在這段時期，船閘運管單位在持續(xù)處置設備缺陷的同時，加大力度進行了一些列的電氣設備技術改造，通過技術攻關、自行研制或者內(nèi)外合作等方式取得了較大的突破，如開發(fā)應用高性能專用行程開關、研制活動橋控制系統(tǒng)及自動跟蹤同步控制裝置等等。在該輪改造中，將改善船閘運行狀況、提高船閘運行期間的使用效率作為了重點，在確保電氣設備基本控制功能的基礎上，強化了其安全性、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90年代開始，電氣自動化設備改造快速發(fā)展，在15年的時間里，船閘電氣自動化設備改造和技術創(chuàng)新在工業(yè)自動化控制技術的發(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，這為船閘電氣自動化設備改造創(chuàng)造了良好的技術條件，同時船閘運管單位也大力發(fā)展自身優(yōu)勢，在新技術上不斷探索與創(chuàng)新，實現(xiàn)了船閘電控系統(tǒng)上質(zhì)的飛躍，安全性、可靠性與易維護性更加優(yōu)越，也為行業(yè)發(fā)展中同類技術改革積累了經(jīng)驗。

2.2.3 第三輪改造

電氣自動化設備第三輪改造開始于2010年，葛洲壩船閘計算機控制系統(tǒng)整體改造工程是其中最具代表性的工程，改造工程的目標在于實現(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多年來的技術改造經(jīng)驗及科研成果，融合工業(yè)以太網(wǎng)技術、大規(guī)模PLC技術實現(xiàn)了3座船閘現(xiàn)場傳感裝置、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、圖像監(jiān)控以及廣播系統(tǒng)的升級改造。正式投運后，葛洲壩船閘自動化控制水平明顯超過了三峽船閘。通過升級改造，不僅實現(xiàn)了計算機監(jiān)控系統(tǒng)在不間斷運行性能上的突破，同時也實現(xiàn)了傳感器技術的創(chuàng)新應用。

3 主要技術創(chuàng)新及成果

在葛洲壩船閘電氣自動化改造升級中，可將改造升級路線進行分類，大致分為4個方面：電氣拖動及調(diào)速技術、傳感器技術、控制技術與船閘控制。

3.1 船閘電氣拖動及調(diào)速技術

3.1.1 船閘人字門啟閉機

1號船閘人字門控制系統(tǒng)采用的是滑差電機拖動，調(diào)速為調(diào)速，由于受到“超灌超泄”情況的影響，導致滑差電機往往處在零負載或者低負荷工況，以至于出現(xiàn)時空，無法穩(wěn)定運行，造成安全隱患，為此在1997年將其進行改造升級，采用了雙速鼠籠式電動機。2號與3號船閘人字門控制系統(tǒng)均采用的是雙速鼠籠式電動機拖動，可實現(xiàn)變極調(diào)速，進而確保了電機輸出轉(zhuǎn)矩和四連桿啟閉機機械特是相吻合的，但是在電氣保護不完善、電機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。為滿足運行的需求，于2011年將3座船閘人字門電機進行了變頻調(diào)速改造，改造后有效地消除了電機啟動期間、電機變速過程中對機械設備造成的沖擊，延長了設備的使用壽命；同時，經(jīng)精確的過載保護整定改造使得電機功能偏大的威脅大大降低。

3.1.2 活動橋啟閉機

船閘活動橋采用的是滑差電機拖動，最初采用開環(huán)控制，在運行過程中發(fā)現(xiàn)其無法實現(xiàn)與電氣的同步運行，因此對此加以改造，通過增加光電碼盤式高度/高差檢測裝置、伺服電機，有效地改善了同步性，并實現(xiàn)了同步跟蹤。此后，針對閉環(huán)跟蹤調(diào)速系統(tǒng)做出了改造，通過旋轉(zhuǎn)編碼器與單片機技術的運用大大地提高了系統(tǒng)的可靠性、易維護性。同時，通過PLC技術與變頻器的應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

船閘控制技術的發(fā)展、應用與演變都與工業(yè)計算機控制技術具有密切的關系，經(jīng)歷了繼電器控制技術-晶體管集成電路控制-小規(guī)模PLC控制-大規(guī)模PLC控制-計算機網(wǎng)絡技術的升級改造，在不斷地改造升級中，系統(tǒng)的安全可靠性、可維修性、易維護性、人機交互性都得以實現(xiàn)，并不斷地提升。

3.3 傳感技術

船閘電氣自動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控制的安全與穩(wěn)定，以及船閘的運行效率。因此，一直以來針對船閘傳感器的改進、升級與創(chuàng)新都做出了長期的探索。船閘所涉及的傳感器有多種，包括了高度/開度、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到旋轉(zhuǎn)編碼器的，其傳動裝置是一種鏈輪鏈條傳動機構，其優(yōu)勢在于結(jié)構簡單，可靠性高。位置傳感裝置多用于戶外環(huán)境，并且使全天候運行的，因此要成功運用該傳感裝置，保證其防護等級、防護裝置的加工精度非常重要。同時，傳感裝置有無位置精調(diào)功能對傳感器的使用與易維護性有巨大的影響。

3.4 控制工藝流程

在計算機控制技術的飛速發(fā)展下，船閘控制工藝流程也朝著越發(fā)簡單的方向發(fā)展，同時對各種精細化自動控制需求也提出了更高的要求，船閘運行在線監(jiān)測系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)均逐漸得到豐富與完善。

4 結(jié)語

在電氣自動化技術的飛速發(fā)展下，船閘電氣自動化設備的改造創(chuàng)新也不斷得以實現(xiàn)，通過對船閘電氣自動化設備改造審計路線進行分析，可將改造升級路線進行分類，大致分為電氣拖動及調(diào)速技術、傳感器技術、控制技術與船閘控制四個方面。在科技的進一步發(fā)展下，我國船閘電氣設備自動化也將得到更好的提升。

參考文獻

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