上提式平板閘門遠(yuǎn)程自動就位系統(tǒng)研究

蔣國龍，陸建富，陸夏斌

摘 要：水利工程是當(dāng)今一項十分重要的社會工程，水利工程管理是保證水利工程正常運行、有效發(fā)揮水利樞紐作用的重要工作。水閘作為長三角地區(qū)最為普遍的水利工程樞紐建筑物，起著防洪、排澇、灌溉等重要作用，如何使其高效運行、合理調(diào)度也成為水利工程管理中的一項重要課題。目前，水泵的遠(yuǎn)程控制技術(shù)已較為成熟，而受制于上提式平板閘門的啟閉擱門就位環(huán)節(jié)需要人工操作，無法做到閘站的整體遠(yuǎn)程控制。本次上提式平板閘門遠(yuǎn)程自動就位系統(tǒng)的研發(fā)，就是要通過指揮中心遠(yuǎn)程操控PLC控制箱對機(jī)電控制柜發(fā)出運行指令，帶動啟閉機(jī)牽引閘門啟閉，并采用創(chuàng)新的自鎖裝置實現(xiàn)閘門自動擱門就位，達(dá)到遠(yuǎn)程控制完成上提式平板閘門啟閉并自動擱門就位的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：水閘；上提式平板閘門；自動就位；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）06-0029-02

Abstract： Water conservancy project is a very important social engineering nowadays. The management of water conservancy project is an important work that can guarantee the normal operation of water conservancy project and give full play to the function of water conservancy project. As the most common water conservancy project building in Yangtze River Delta， sluice plays an important role in flood control， drainage， irrigation and so on. How to make its efficient operation and reasonable dispatching has become an important issue in the management of water conservancy projects. At present， the remote control technology of water pump has been more mature， and it is difficult to achieve the overall remote control of the gate station because of the manual operation of the opening and closing gate placement link of the upper-lift flat gate. The research and development of the remote automatic positioning system for the upper-lift flat gate is to issue operation instructions to the electromechanical control cabinet through the remote control of the PLC control box in the command center to drive the hoist traction gate opening and closing. And the innovative self-locking device is used to realize the automatic placement of the gate， so as to achieve the goal of remote control to complete the opening and closing of the up-lift flat gate and the automatic placement of the gate.

Keywords： sluice； up-lift plate gate； automatic positioning； remote control

1 技術(shù)背景

水閘作為一種低水頭水工建筑物，在防洪、排澇、灌溉等領(lǐng)域都起著非常重要的作用。而水閘中的核心構(gòu)件閘門，更是種類繁多，啟閉形式也是紛繁復(fù)雜。其中上提式平板閘門以結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等優(yōu)點成為我市（桐鄉(xiāng)市）推廣采用的閘門形式，推廣使用率達(dá)到95%以上。而到目前為止，我市范圍內(nèi)幾乎所有上提式平板閘門的啟閉，都是由閘站管理員現(xiàn)場人工手動完成擱門就位的工作。因此一旦汛情到來，工作人員如果無法及時趕到現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)操作，就會錯過最佳的搶險時機(jī)，甚至造成重大損失。上提式平板閘門遠(yuǎn)程自動就位系統(tǒng)的研發(fā)，就是要避免因人員延誤造成的險情，達(dá)到遠(yuǎn)程一鍵操作完成閘門啟閉并自動擱門就位的目標(biāo)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程擱門就位的自動化。

2 設(shè)計思路

本項目是把指揮中心（或手機(jī)APP）、PLC控制箱、機(jī)電控制柜、啟閉機(jī)以及新型閘門自鎖就位裝置，以及優(yōu)化后的上提式平板閘門等相結(jié)合，實現(xiàn)閘門遠(yuǎn)程自動擱門就位的。

本項目具體設(shè)計思路流程見圖1。

根據(jù)系統(tǒng)工作流程圖的原理，“上提式平板閘門遠(yuǎn)程自動就位系統(tǒng)”的總體設(shè)計如下：

2.1 指揮中心或手機(jī)APP

依托目前建立起來的防汛搶險指揮控制中心，或水利系統(tǒng)內(nèi)部手機(jī)端APP，作為遠(yuǎn)程操作指揮中心，對上提式平板閘門進(jìn)行啟閉控制。由于項目需要，盡可能簡化操作流程提高自動化水平，所以設(shè)計僅采用“閘門開啟”和“閘門關(guān)閉”兩個指令來對閘門進(jìn)行操作。另外，結(jié)合閘站內(nèi)布置的監(jiān)控系統(tǒng)，還可以通過指揮中心或手機(jī)APP調(diào)取實時監(jiān)控錄像，及時監(jiān)測閘門運行情況。

2.2 PLC控制箱

本項目增設(shè)一臺PLC（即Programmable Logic Controller，可編程遠(yuǎn)程控制器）專用控制柜，安裝在閘站泵房內(nèi)，遠(yuǎn)程接收指揮中心或手機(jī)APP發(fā)出的指令，支配控制柜的電路輸出，利用裝有傳感器的啟閉機(jī)達(dá)到精確控制閘門上提行程及下降行程的目標(biāo)，完成閘門自動擱門就位的效果。對PLC的編程，應(yīng)考慮到閘門運行的各種工況，增加急停保護(hù)裝置，防止發(fā)生意外事故。

2.3 機(jī)電控制柜

接收來自PLC控制箱的信號，控制電路輸出至啟閉機(jī)。額定功率3KW，額定電流6.8A，設(shè)計具有倒、順開關(guān)及行程限位保護(hù)功能，以及短路、過載、相位保護(hù)功能。

2.4 啟閉機(jī)

采用落地式單吊點閘門啟閉機(jī)，設(shè)計額定牽引力不小于50KN，并具有斷電自鎖、限位保護(hù)功能。該啟閉機(jī)安裝于閘站泵房內(nèi)，牽引鋼絲繩通過排架上的兩個單門定滑輪和閘門上的一個單門動滑輪啟閉閘門。同時在鋼絲繩卷盤上安裝脈沖傳感器，實時監(jiān)測閘門位置，并將信號輸送至PLC控制箱內(nèi)。

2.5 自鎖裝置

其核心構(gòu)件為鎖定塊，材料為Q235-A（A3鋼）。該鎖定塊為軸對稱結(jié)構(gòu)，由兩個呈135°夾角的擺臂構(gòu)成，可繞中軸自由轉(zhuǎn)動。擺臂一端為90°直角結(jié)構(gòu)，可以支撐副門樞起到擱門的效果。

2.6 閘門

本項目采用鋼閘門，屬于“上提式平板閘門”，閘門上方左右各設(shè)一主門樞，閘門下方左右各設(shè)一副門樞，閘墩上方安裝有自鎖裝置及定位器，關(guān)閘時用兩個主門樞將閘門懸掛在定位器上，開閘時用兩個副門樞將閘門懸掛在自鎖裝置上。

3 工作原理

通過優(yōu)化上提式平板閘門相關(guān)結(jié)構(gòu)，利用自鎖裝置實現(xiàn)閘門的自動擱門就位，免去人工擱門這一步驟；利用脈沖傳感器監(jiān)測鋼絲繩行程，精確定位閘門位置并將信息實時傳送至PLC控制箱；采用PLC編程控制啟閉機(jī)倒、順運行，實現(xiàn)閘門啟、閉工作；最后實現(xiàn)通過指揮中心或手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

3.1 閘門開啟工作原理及流程

（1）指揮中心或手機(jī)APP發(fā)出“開閘”指令；（2）PLC控制箱接收“開閘”指令，對機(jī)電控制柜發(fā)出“順轉(zhuǎn)運行”指令；（3）機(jī)電控制柜輸出電流使啟閉機(jī)順轉(zhuǎn)運行，此時閘門向上開啟，直至副門樞頂開自鎖裝置（見下圖2-①圖）；（4）脈沖傳感器監(jiān)測到閘門向上開啟的行程達(dá)到預(yù)設(shè)值后，傳回信號至PLC控制箱；（5）PLC控制箱再次對機(jī)電控制柜發(fā)出“倒轉(zhuǎn)運行”指令；（6）機(jī)電控制柜輸出電流使啟閉機(jī)倒轉(zhuǎn)運行，此時閘門向下回落（見下圖2-②圖）；（7）自鎖裝置工作，使閘門完成擱門就位（見下圖2-③圖）；（8）脈沖傳感器監(jiān)測到閘門向下回落的行程達(dá)到預(yù)設(shè)值后，傳回信號至PLC控制箱；（9）PLC控制箱接收到信號后結(jié)束“倒轉(zhuǎn)運行”指令，閘門開啟工作完成。

3.2 閘門關(guān)閉工作原理及流程

（1）指揮中心或手機(jī)APP發(fā)出“關(guān)閘”指令；（2）PLC控制箱接收“關(guān)閘”指令，對機(jī)電控制柜發(fā)出“順轉(zhuǎn)運行”指令；（3）機(jī)電控制柜輸出電流使啟閉機(jī)順轉(zhuǎn)運行，此時閘門向上開啟，鎖定塊掉落恢復(fù)平衡狀態(tài)（見下圖3-①圖）；（4）脈沖傳感器監(jiān)測到閘門向上開啟的行程達(dá)到預(yù)設(shè)值后，傳回信號至PLC控制箱；（5）PLC控制箱再次對機(jī)電控制柜發(fā)出“倒轉(zhuǎn)運行”指令；（6）機(jī)電控制柜輸出電流使啟閉機(jī)倒轉(zhuǎn)運行，此時閘門向下回落（見下圖3-②圖）；（7）此時自鎖裝置被擠開，閘門順利下降至主門樞進(jìn)入定位器（見下圖3-③圖）；（8）脈沖傳感器監(jiān)測到閘門向下回落的行程達(dá)到預(yù)設(shè)值后，傳回信號至PLC控制箱；（9）PLC控制箱接收到信號后結(jié)束“倒轉(zhuǎn)運行”指令，閘門關(guān)閉工作完成。

4 結(jié)束語

水利樞紐的現(xiàn)代化運行與管理是提高水利行業(yè)管理水平和決策水平的關(guān)鍵，也是未來水利行業(yè)的重要發(fā)展方向。通過優(yōu)化改進(jìn)閘門結(jié)構(gòu)、增加自鎖裝置、利用啟閉機(jī)控制升降，結(jié)合先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和軟件自動化技術(shù)，從而實現(xiàn)上提式平板閘門遠(yuǎn)程自動就位，補齊水閘整體遠(yuǎn)程化控制的最后一塊短板，為防洪排澇的遠(yuǎn)程調(diào)度管理實施提供了堅實的技術(shù)支持。

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