基于船閘位置檢測(cè)裝置的研究與應(yīng)用

王心沁 李相宜 王禮侖 余燦

摘 ?要：不同船閘的閘閥門位置檢測(cè)裝置與其所處水位、流量、航道條件等環(huán)境因素有直接關(guān)聯(lián)，對(duì)船閘運(yùn)行的相關(guān)控制工藝有著重要影響。通過對(duì)淮安船閘、邵伯船閘和三峽船閘所處環(huán)境條件、過閘情況以及閘閥門位置檢測(cè)裝置等主要設(shè)備與運(yùn)行工藝技術(shù)應(yīng)用情況對(duì)比分析，討論并優(yōu)化適用于三峽船閘的閘閥門位置檢測(cè)對(duì)應(yīng)的開度儀、行程開關(guān)以及合攏對(duì)中和錯(cuò)位檢測(cè)傳感器及其結(jié)構(gòu)布置形式，為船閘閘閥門位置檢測(cè)裝置更新?lián)Q代選型研究拓寬思路，提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：三峽船閘;閘閥門;位置檢測(cè)裝置

中圖分類號(hào)：U641 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）28-0180-03

Abstract： The valve position detection devices of different locks are directly related to the environmental factors such as water level， discharge， channel conditions and so on， which have an important influence on the related control technology of lock operation. Through the comparative analysis of the application of main equipment and operation technology， such as the environmental conditions of Huaian lock， Shaobo lock and Three Gorges Shiplock， as well as the position detection device of lock valve， etc.， this paper discusses and optimizes the corresponding opening instrument， stroke switch， closing centralization and dislocation detection sensor and its structural arrangement suitable for the position detection of the lock valve of the Three Gorges Shiplock. The purpose of this paper is to broaden the horizon and provide some reference for the research on the replacement and selection of lock valve position detection device.

Keywords： Three Gorges Shiplock; lock valve; position detection device

引言

近年來，隨著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的日益發(fā)展，長(zhǎng)江航運(yùn)隨之平穩(wěn)快速壯大起來，而三峽船閘擔(dān)任著長(zhǎng)江航運(yùn)至關(guān)重要的一環(huán)。船閘設(shè)備安全是船閘對(duì)船舶通航穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，本論文選擇三座環(huán)境因素迥然不同的船閘，以位置檢測(cè)裝置等主要船閘設(shè)備與運(yùn)行工藝技術(shù)應(yīng)用情況為切入點(diǎn)，仔細(xì)分析船閘在不同環(huán)境條件下所采用的控制方式異同。

1 三峽船閘閘閥門位置檢測(cè)裝置現(xiàn)狀分析

三峽船閘自2007年5月1日正式通航以來，船閘設(shè)備已超負(fù)荷運(yùn)行十余年。其間雖已間接更換并優(yōu)化改進(jìn)部分設(shè)備設(shè)施，但船閘整體技術(shù)和設(shè)備年限均已不滿足要求，亟待更新設(shè)備及相關(guān)技術(shù)。因此對(duì)其他船閘的專業(yè)設(shè)備及技術(shù)，特別是主要閘閥門門體位姿檢測(cè)裝置進(jìn)行比選研究，優(yōu)化三峽船閘現(xiàn)有設(shè)備狀況、保證設(shè)備安全可靠高效運(yùn)行并最大限度挖掘通航潛力已成為當(dāng)務(wù)之急。

1.1 三峽船閘閘閥門開度儀現(xiàn)狀

目前船閘大部分所使用的是內(nèi)置式開度儀，直接參與同步運(yùn)行控制，其優(yōu)點(diǎn)在于造型美觀，適用于油液環(huán)境。但自使用以來，三峽船閘內(nèi)置式開度儀所面臨的問題主要有：（1）維修十分不便，需要拆解人字門推拉桿尾端;（2）維修耗時(shí)過長(zhǎng)，開度儀維修由于維修模式的特殊性，基本維修時(shí)長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)兩小時(shí)以上，嚴(yán)重影響船閘通航效率;（3）內(nèi)置式開度儀由于型號(hào)老舊、無備件，損壞后更換困難，不適應(yīng)現(xiàn)代運(yùn)行控制需求。三峽船閘閘閥門開度儀急需更新?lián)Q代。

1.2 三峽船閘人字閘門合攏及錯(cuò)位檢測(cè)現(xiàn)狀

三峽船閘的合攏檢測(cè)裝置使用了電子式接近開關(guān)，合攏信號(hào)直接參與系統(tǒng)運(yùn)行控制，是運(yùn)行工藝中閉鎖條件之一?，F(xiàn)行的合攏開關(guān)、激光測(cè)距技術(shù)實(shí)施人字門閘門“對(duì)中”狀態(tài)檢測(cè)主要存在的不足是合攏狀態(tài)檢測(cè)手段單一，運(yùn)行人員不能及時(shí)、有效監(jiān)測(cè)人字門合攏狀態(tài)，特別是通過合攏開關(guān)檢測(cè)閘門“對(duì)中”狀態(tài)是一種事后保護(hù)措施，不利于運(yùn)行人員事前主動(dòng)監(jiān)測(cè)，提前采取相應(yīng)對(duì)策。目前合攏接近開關(guān)面臨如下問題：（1）合攏信號(hào)容易因?yàn)殚l室充泄水時(shí)產(chǎn)生的水頭差對(duì)人字門沖擊而丟失，從而直接影響閘室充泄水過程;（2）合攏開關(guān)安裝在人字門上，因長(zhǎng)時(shí)間承受光照、雨水等自然因素侵蝕，其支架及接近開關(guān)均出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕。三峽船閘錯(cuò)位檢測(cè)裝置目前處于試驗(yàn)階段，尚未投入運(yùn)行。

2 其他船閘閘閥門位置檢測(cè)裝置現(xiàn)狀分析

2.1 淮安船閘概況

淮安船閘的控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，每線船閘PLC設(shè)備均不同。與三峽船閘的集中控制系統(tǒng)不同，其每個(gè)控制系統(tǒng)均單獨(dú)控制一線船閘。但其管理部門對(duì)PLC相關(guān)設(shè)備和技術(shù)有其內(nèi)部統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)備更換周期保證在十年以內(nèi)，更換過程中均按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以保證設(shè)備的互換性。

2.1.1 淮安船閘閘閥門開度儀現(xiàn)狀

淮安船閘閘門舊式內(nèi)置式開度儀因維修不方便，性能不穩(wěn)定而被逐漸淘汰，目前其開度儀主要采用外置式激光測(cè)距儀。三號(hào)閘采用外置式激光測(cè)距開度儀，實(shí)現(xiàn)人字閘門開度可視化。激光測(cè)距儀激光發(fā)射器位于現(xiàn)地機(jī)房?jī)?nèi)部，受強(qiáng)光強(qiáng)熱等外界干擾因素極小，此外，由于激光開度儀激光接收標(biāo)靶面面積合適，故而閘門的震動(dòng)對(duì)信號(hào)檢測(cè)影響較小。綜上所述，激光開度儀工作性能穩(wěn)定，適用于淮安船閘。

2.1.2 淮安船閘人字閘門合攏及錯(cuò)位檢測(cè)現(xiàn)狀

淮安船閘合攏檢測(cè)裝置位于人字閘門門縫兩側(cè)，是機(jī)械式行程開關(guān)。錯(cuò)位檢測(cè)裝置位于人字閘門門縫兩側(cè)，一側(cè)為攝像裝置，另一側(cè)為標(biāo)度尺，船閘運(yùn)行管理人員在控制室通過觀察標(biāo)尺與人字門之間的距離來粗略判斷人字閘門門體錯(cuò)位情況。由于淮安船閘工作水頭較小，人字門錯(cuò)位情況對(duì)船閘安全運(yùn)行影響不大，因此船閘對(duì)人字閘門門體錯(cuò)位無精確的具體數(shù)值要求。

2.2 邵伯船閘概況

邵伯船閘作為蘇北運(yùn)河由南向北的第二道梯級(jí)控制樞紐，長(zhǎng)年有10多個(gè)省市的船舶通過。船閘經(jīng)歷了多次技術(shù)改造，已采用船閘智能運(yùn)行系統(tǒng)、船訊通等先進(jìn)信息化技術(shù)，對(duì)船閘運(yùn)行控制以及船舶過閘服務(wù)的全過程進(jìn)行一體化管理，具有較高的科技水平。

2.2.1 邵伯船閘閘閥門開度儀現(xiàn)狀

由于邵伯船閘工作水頭較低，對(duì)閘閥門的運(yùn)行工況要求沒有三峽船閘嚴(yán)格。閘門開度儀均采用激光式測(cè)距開度儀，其中一、二號(hào)閘與三號(hào)閘型號(hào)不同。開度儀不參與開關(guān)終閘門控制，但參與閘門變速以及報(bào)警控制。由于船閘閘閥門開關(guān)終狀態(tài)穩(wěn)定，邵伯船閘對(duì)激光式開度儀數(shù)據(jù)處理精度要求不高，數(shù)據(jù)浮動(dòng)較大。

2.2.2 邵伯船閘人字閘門合攏及錯(cuò)位檢測(cè)現(xiàn)狀

由于邵伯船閘一、二號(hào)閘門采用橫式推拉門，因此不存在門縫錯(cuò)位和合攏對(duì)中問題。三號(hào)閘門采用三角門，其三角門門縫止水采用橡膠止水，即使門縫存在錯(cuò)位仍能有效擋水，因而整個(gè)邵伯船閘未設(shè)置錯(cuò)位和合攏檢測(cè)裝置。

3 三座船閘運(yùn)行方式及閘閥門位置檢測(cè)裝置對(duì)比分析（見表1）

4 結(jié)束語

三峽船閘與蘇北運(yùn)河上的淮安船閘、邵伯船閘主要運(yùn)行性質(zhì)及運(yùn)行環(huán)境的異同及相應(yīng)的對(duì)管理模式及船閘設(shè)備的不同需求導(dǎo)致了船閘閘閥門位置檢測(cè)裝置應(yīng)用情況的不同：

蘇北運(yùn)河上船閘閘閥門機(jī)械式位置檢測(cè)裝置無法直接應(yīng)用于三峽船閘且其精度無法滿足需求，錯(cuò)位和合攏檢測(cè)裝置由于閘閥門使用情況不同也無法在三峽船閘直接應(yīng)用。

淮安船閘及邵伯船閘閘閥門開度儀所采用的激光測(cè)距式開度儀，因其激光發(fā)射器位于現(xiàn)地機(jī)房?jī)?nèi)部，受強(qiáng)光強(qiáng)熱等外界環(huán)境因素影響甚小;同時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)激光接收標(biāo)靶面面積適中，受閘門震動(dòng)等干擾因素影響較小等可在一定程度上應(yīng)用于三峽船閘。但是，現(xiàn)有的激光測(cè)距監(jiān)測(cè)閘門“對(duì)中”狀態(tài)檢測(cè)原理帶來裝置部分部位超出閘門結(jié)構(gòu)范圍，有被船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后應(yīng)用于三峽船閘。

淮安船閘和邵伯船閘對(duì)激光式開度儀數(shù)據(jù)處理精度要求不高，可經(jīng)過數(shù)據(jù)后處理后投入使用。

在現(xiàn)有船閘閘閥門位置檢測(cè)裝置相應(yīng)傳感器使用情況分析基礎(chǔ)上綜合比選適用于三峽船閘運(yùn)行需求的閘閥門位置檢測(cè)形式，為三峽船閘閘閥門位置檢測(cè)裝置的選型研究提供一定的參考。

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