三峽船閘檢修排水泵房半自動(dòng)化控制改造研究

熊錦玲 吳炅 李大洪 望昊 李業(yè)舟 鄭雄韜

摘 要：三峽船閘檢修排水泵房主要用于閥門檢修時(shí)，排除工作閥門段廊道內(nèi)的積水，保證施工人員對(duì)閥門的正常檢修或緊急故障處理。文章在現(xiàn)有的排水泵房設(shè)備基礎(chǔ)上，遵循三峽船閘檢修排水泵房運(yùn)行規(guī)程，運(yùn)用西門子300系列PLC進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)排水泵在日常動(dòng)機(jī)、檢修狀態(tài)下的自動(dòng)控制流程和軟硬件實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：三峽船閘；檢修排水泵房；西門子300系列；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：U641.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）29-0076-02

1 研究背景

三峽船閘輸水廊道檢修排水泵房主要用于閥門檢修時(shí)，排除工作閥門段廊道內(nèi)的積水，保證工作人員對(duì)閥門的正常檢修或緊急故障處理。由于泵房設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于冷備狀態(tài)，在泵房這樣陰暗潮濕的環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備工作性能下降甚至出現(xiàn)故障而無法知曉，影響計(jì)劃性檢修時(shí)的正常使用。目前每個(gè)運(yùn)行輪班例行動(dòng)機(jī)都是人工手動(dòng)方式對(duì)泵房設(shè)備進(jìn)行啟?？刂疲ぷ髁看?，而且該過程完全受控于人的主觀因素判斷，直接導(dǎo)致這項(xiàng)工作的質(zhì)量與效率。因此需要對(duì)泵房設(shè)備現(xiàn)有的控制方式進(jìn)行升級(jí)改造。

2 研究方案

深井泵工作環(huán)境惡劣，集水井中經(jīng)常淤泥堆積，深井泵啟動(dòng)時(shí)，泵體負(fù)荷大，電流劇增且居高不下；且由于葉輪破損、泵體傳動(dòng)軸彎曲、軸連接套松動(dòng)變形等機(jī)械原因使泵在啟動(dòng)時(shí)聲音異常，電機(jī)抖動(dòng)劇烈，這些異常情況必須馬上停機(jī)。但現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)中并未進(jìn)行該類信號(hào)采集與監(jiān)測(cè)，全靠動(dòng)機(jī)人員的主觀判斷來切斷深井泵的運(yùn)行。

基于對(duì)工作環(huán)境和設(shè)備情況的分析，我們認(rèn)為泵房設(shè)備的操作還是需要在人工監(jiān)視的情況下進(jìn)行，保證泵的啟動(dòng)安全正常，但設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)后，沒有必要靠人工計(jì)時(shí)去停止運(yùn)行，因此綜合安全與效率的考量，最終采用“人工啟動(dòng)，自動(dòng)停機(jī)”的半自動(dòng)控制方式對(duì)輸水廊道檢修排水泵房的設(shè)備進(jìn)行控制。

2.1 總體方案

根據(jù)三峽船閘對(duì)廊道檢修排水泵房的工作需求，泵房設(shè)備需要完成每個(gè)輪班的例行動(dòng)機(jī)工作和船閘檢修時(shí)的廊道排水工作，在本次研究中將泵房設(shè)備的半自動(dòng)控制模式確定為例行動(dòng)機(jī)模式，檢修排水模式和滲漏排水模式。每一種工作模式下，泵房?jī)膳_(tái)深井泵和一臺(tái)潛水泵遵循“一鍵啟動(dòng)，自動(dòng)停機(jī)”的半自動(dòng)工作流程。

2.2 運(yùn)行模式說明

三峽船閘檢修排水泵房操作規(guī)程規(guī)定：例行動(dòng)機(jī)深井泵至少運(yùn)行30分鐘，潛水泵至少運(yùn)行1小時(shí)，且三臺(tái)泵不能同時(shí)工作，兩臺(tái)泵不能同時(shí)啟動(dòng)，深井泵啟動(dòng)前潤(rùn)滑水至少開啟5分鐘。檢修排水模式用于船閘計(jì)劃性停航檢修期間排出廊道內(nèi)的水，一般工作在夜間，便于白天施工人員順利進(jìn)入廊道內(nèi)進(jìn)行施工作業(yè)，因此其半自動(dòng)運(yùn)行過程中對(duì)于設(shè)備停機(jī)的準(zhǔn)確度要求較高，在廊道內(nèi)水已排干的情況下能夠準(zhǔn)確停機(jī)，防止電機(jī)在無水狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)。

3 硬件配置

采用西門子300系列PLC模塊搭建泵房半自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。主要采用315系列CPU帶3個(gè)數(shù)字量輸入模塊和2個(gè)數(shù)字量輸出模塊，輸入信號(hào)包括兩臺(tái)深井泵軟啟動(dòng)器的控制信號(hào)、潛水泵控制信號(hào)、潤(rùn)滑水控制信號(hào)、模式控制信號(hào)以及泵出水檢測(cè)信號(hào)。輸出信號(hào)主要包括驅(qū)動(dòng)相應(yīng)指示燈以及驅(qū)動(dòng)控制繼電器的信號(hào)。傳感器主要包括潤(rùn)滑水出水檢測(cè)裝置和泵出水檢測(cè)裝置。硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)基于西門子S7開發(fā)環(huán)境，對(duì)三種工作模式下三臺(tái)泵的運(yùn)行控制流程進(jìn)行梯形圖編寫，實(shí)現(xiàn)泵無論處于何種狀態(tài)都能夠完整的執(zhí)行整個(gè)模式運(yùn)行，即某臺(tái)泵處于故障或手動(dòng)狀態(tài)，程序也能自動(dòng)判斷并繼續(xù)模式的運(yùn)行。

4.1 例行動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式

程序設(shè)計(jì)首先檢測(cè)三臺(tái)泵的狀態(tài)，檢測(cè)潤(rùn)滑水的狀態(tài)以及是否處于例行動(dòng)機(jī)模式下，在一鍵啟動(dòng)觸發(fā)控制信號(hào)后，首先進(jìn)行潤(rùn)滑水的運(yùn)行，10分鐘后1#深井泵啟動(dòng)，啟動(dòng)2#深井泵，待深井泵停機(jī)后再啟動(dòng)潛水泵運(yùn)行，整個(gè)運(yùn)行模式以時(shí)間控制中間環(huán)節(jié)，保證設(shè)備按照運(yùn)行規(guī)程自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)保證設(shè)備的動(dòng)機(jī)時(shí)間。程序設(shè)計(jì)如圖2所示。

4.2 檢修排水運(yùn)行模式

檢修排水模式下，程序先檢測(cè)潤(rùn)滑水和各臺(tái)泵設(shè)備的狀態(tài)，遵循三峽船閘泵房運(yùn)行操作規(guī)程，順序啟動(dòng)各臺(tái)設(shè)備運(yùn)行，模式停止以泵出水檢測(cè)信號(hào)為停機(jī)信號(hào)。程序設(shè)計(jì)如圖3所示。

4.3 滲漏排水運(yùn)行模式

滲漏排水模式下，每次只需要選擇一臺(tái)泵運(yùn)行，因此其軟件設(shè)計(jì)按照選擇不同的泵設(shè)備有不同的信號(hào)檢測(cè)流程，圖4是選擇1#深井泵時(shí)的程序設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語

該項(xiàng)目實(shí)施后，大大減少了日常巡檢人員的工作量，泵房設(shè)備的動(dòng)機(jī)時(shí)間也能得到保證，但是由于泵房位置的特殊性，在可以遠(yuǎn)程啟動(dòng)的情況下，工作人員勢(shì)必會(huì)減少甚至忽略現(xiàn)場(chǎng)巡視，加大了泵房設(shè)備故障隱患的可能性，因此在實(shí)行該半自動(dòng)控制系統(tǒng)后，需加強(qiáng)管理層面的監(jiān)管，如泵房巡檢規(guī)程的補(bǔ)充，現(xiàn)場(chǎng)巡檢記錄的檢查力度等；就該改造項(xiàng)目本身而言，沒有實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的動(dòng)機(jī)，主要是受控于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境以及設(shè)備本身的性能，未來泵房設(shè)備在硬件上換型改造后，也可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的泵房設(shè)備控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉新宇，張法全.電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]鄭鳳翼，等.例說西門子S7-300/400系列PLC[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]三峽船閘檢修排水泵房運(yùn)行操作規(guī)程[S].