一種船閘人字門門縫合攏自動校準(zhǔn)的方法

蒲浩清

摘 要：新船閘人字閘門關(guān)終后的門縫和錯位是確保人字閘門正常合攏，船閘正常運(yùn)行的兩個非常重要的指標(biāo)。如果這兩個指標(biāo)出現(xiàn)偏差，就會影響人字閘門的合攏效果，導(dǎo)致船閘聯(lián)動運(yùn)行的中斷，機(jī)械過載等問題，嚴(yán)重時還會對閘門的機(jī)械結(jié)構(gòu)造成損壞。目前傳統(tǒng)的方式多依靠人工調(diào)整。本文創(chuàng)新的提出一種間接和實(shí)時相結(jié)合的自動校準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)了船閘人字閘門關(guān)終后門縫錯位的自動校準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：人字閘門;關(guān)終門縫;自動校準(zhǔn)

中圖分類號：U641? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）10-0022-02

1背景

1.1合攏的意義

根據(jù)船閘人字閘門設(shè)計的擋水原理，兩扇人字閘門關(guān)門合攏對正，形成三鉸拱的擋水結(jié)構(gòu)，是船閘人字閘門安全運(yùn)行的基礎(chǔ)和保障。目前船閘人字閘門采用的關(guān)終控制方式，一般普遍存在著兩扇人字閘門的關(guān)終“門縫”與最終合攏對位兩種狀態(tài)，有一定的隨機(jī)性變化。關(guān)終后的門縫與錯位存在一定的不確定性，這也是基于船閘設(shè)備運(yùn)行安全的考慮，船閘控制策略不得不采取“合攏保護(hù)”的安全措施。一旦在運(yùn)行中檢測不到合攏信號，船閘將會進(jìn)行保護(hù)動作。因此，船閘運(yùn)行效率受到一定影響。

1.2關(guān)終延時

關(guān)終延時是存在與兩扇人字閘門的關(guān)終“門縫”與最終合攏對位兩種狀態(tài)之間的時間。即在人字門關(guān)終限位信號觸發(fā)后，人字閘門繼續(xù)延時運(yùn)行的時間。關(guān)終延時一般的時間單位為毫秒，多用于對人字閘門最終合攏對位狀態(tài)的調(diào)整。本文的自動校準(zhǔn)方法同樣是基于關(guān)終延時的校準(zhǔn)方法，即通過算法，合理的修改關(guān)終延時，使得人字閘門在不同工況下的最終合攏對位的相關(guān)參數(shù)滿足船閘運(yùn)行要求。

1.3門縫與錯位

本文中將會把“關(guān)終”門縫分解為門縫和錯位兩個參數(shù)。門縫即關(guān)終信號觸發(fā)后，人字閘門門頭承壓條水平距離。錯位則是關(guān)終信號觸發(fā)后，人字閘門門頭承壓條垂直距離。

2 自動校準(zhǔn)方法

2.1自動校準(zhǔn)的總體思路

人字閘門的關(guān)終“門縫”與很多因素有關(guān)，如不同溫度下的水工建筑的變化，門體、推拉桿等金屬結(jié)構(gòu)的變化，電氣開關(guān)響應(yīng)時間變化，水位變化等等，這諸多因素的變化經(jīng)過組合整體反應(yīng)在了關(guān)終“門縫”上，所以要絕對定量地將關(guān)終延時和關(guān)終“門縫”的數(shù)值進(jìn)行一一對應(yīng)，再進(jìn)行調(diào)整是非常困難的。

筆者結(jié)合日常人工調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)大量數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，雖然關(guān)終延時和關(guān)終“門縫”的數(shù)值不能進(jìn)行一一對應(yīng)，但是在任一個狀態(tài)下修改固定的關(guān)終延時后，關(guān)終“門縫”的變化在一個可控的范圍值內(nèi)，并不會出現(xiàn)跳變。這就為接下來的自動調(diào)整方法提供了可行性。

本文將在上述的基礎(chǔ)上，提出一種以間接校準(zhǔn)為主，實(shí)時校準(zhǔn)為輔，直接針對“關(guān)終”門縫進(jìn)行校準(zhǔn)的自動校準(zhǔn)方法。

2.2間接校準(zhǔn)方法

間接校準(zhǔn)方法實(shí)際是模擬人工校準(zhǔn)的整體流程。它的優(yōu)勢在于測量值更加精確，調(diào)節(jié)更加頻繁，并且調(diào)節(jié)值更加科學(xué)。

它實(shí)現(xiàn)的方式是以當(dāng)次閘次的門縫和錯位等數(shù)據(jù)為依據(jù)計算出對應(yīng)的關(guān)終延時值，達(dá)到對下一閘次人字閘門關(guān)終錯位調(diào)校的目的。因?yàn)殚g接校準(zhǔn)方法邏輯關(guān)系并不是一個一一對應(yīng)的映射關(guān)系，而是一個范圍值。并且在校準(zhǔn)邏輯中也沒有固定的參考基點(diǎn)，所以間接校準(zhǔn)方法的調(diào)節(jié)并不是一個精確值的調(diào)整，而是一個趨勢的調(diào)整。即是以減少下一次人字閘門錯位為目的調(diào)校。

2.2.1校準(zhǔn)對象的選擇

目前調(diào)整船閘人字閘門兩側(cè)關(guān)終延時的校準(zhǔn)方式按觀察對象可以分為兩種。

一種是觀察人字閘門關(guān)終后的錯位，通過人為估算錯位值后，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在保證門縫的情況下修改人字閘門關(guān)終延時，達(dá)到調(diào)節(jié)錯位的目的。

另一種是觀察水壓后即最終合攏狀態(tài)下的人字閘門錯位，通過人為估算錯位值后，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在保證門縫的情況下修改人字閘門關(guān)終延時，達(dá)到調(diào)節(jié)錯位的目的。

在實(shí)際中人字閘門關(guān)終時的錯位和人字閘門水壓后的錯位單獨(dú)時具有較好的重復(fù)性，但是兩者之間并沒有很明顯的線性關(guān)系，為了保證合攏的真實(shí)可靠性，本文中間接校準(zhǔn)方法選取水壓后即最終合攏狀態(tài)下的人字閘門錯位作為調(diào)整對象。

2.2.2間接校準(zhǔn)流程

間接校準(zhǔn)流程如圖1。

間接校準(zhǔn)主要會有三種狀態(tài)：

狀態(tài)一：當(dāng)檢測關(guān)終門縫正常不需要調(diào)整時，兩側(cè)人字閘門的關(guān)終延時只需根據(jù)水壓后的錯位值進(jìn)行調(diào)整。

狀態(tài)二：當(dāng)檢測關(guān)終門縫過大需要調(diào)整時，兩側(cè)人字閘門的關(guān)終延時需同時增加相應(yīng)的延時后再根據(jù)水壓后的錯位值進(jìn)行調(diào)整。

狀態(tài)三：當(dāng)檢測關(guān)終門縫過小或已經(jīng)達(dá)到最小允許門縫，人字閘門未停機(jī)的，兩側(cè)人字閘門應(yīng)立即停機(jī)，對應(yīng)的關(guān)終延時減少一個固定值。

流程中涉及的參數(shù)和關(guān)終延時的調(diào)整依據(jù)可以根據(jù)實(shí)際的人字閘門的數(shù)學(xué)模型和實(shí)際的調(diào)整經(jīng)驗(yàn)等確定。得出的結(jié)果根據(jù)人字閘門不同的尺寸，以及人字閘門啟閉機(jī)的不同而不同。因此本文中不再敘述。

2.3實(shí)時校準(zhǔn)方法

前文提到要絕對定量的將關(guān)終延時和關(guān)終“門縫”的數(shù)值進(jìn)行一一對應(yīng)，再進(jìn)行調(diào)整是非常困難的。所以實(shí)時校準(zhǔn)并不是一個精確的調(diào)整，和間接校準(zhǔn)類似仍然是一種趨勢的調(diào)整。它的作用主要是輔助間接校準(zhǔn)，避免“過調(diào)”的現(xiàn)象。

2.3.1“過調(diào)”現(xiàn)象

目前的人字門關(guān)終和最終水壓合攏有以下的幾種狀態(tài)，如圖2.

圖2

以水壓后人字閘門錯位情況為例，假設(shè)在沒有進(jìn)行調(diào)整時本次水壓后人字閘門錯位和下一次水壓后人字閘門錯位的情況分別是a左超前和b左滯后。

如果在這種情況下投入了間接調(diào)整，由于間接調(diào)整是以減小錯位趨勢為目的的調(diào)整，在a左超前時，必然會將左側(cè)閘門向滯后方向調(diào)節(jié)，右側(cè)左門向超前的方向調(diào)整，在下一次閘次中就會使得下一次左滯后更加的嚴(yán)重，會增大下一次水壓后人字閘門錯位值，是非常危險的。這種錯誤的調(diào)整方式就稱之為“過調(diào)”。

通過大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工作積累的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，有概率出現(xiàn)“過調(diào)”現(xiàn)象的時間段大都是兩次閘次時間相隔過長，使得兩次人字閘門受到的溫度，水位等環(huán)境發(fā)生巨大變化所致。因此本文設(shè)定參數(shù)“停航間隔時間”予以識別。即大于“停航間隔時間”設(shè)置值的就會進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)，反之則進(jìn)行間接校準(zhǔn)。

2.3.2校準(zhǔn)對象的選擇

實(shí)時校準(zhǔn)是在人字閘門運(yùn)行的同時通過邏輯運(yùn)算對當(dāng)次的人字閘門關(guān)終延時進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到調(diào)整人字閘門錯位的目的。而水壓后的人字閘門錯位值不具備當(dāng)次閘次的可調(diào)性，所以本文將人字閘門關(guān)終后的錯位值，作為實(shí)時校準(zhǔn)的對象。

2.3.3實(shí)時校準(zhǔn)流程

實(shí)時校準(zhǔn)流程如圖3。

實(shí)時校準(zhǔn)中的等待計算位用一側(cè)人字門完全停止運(yùn)行的時刻點(diǎn)代替，可以分為以下兩種情況：（a）左門先停機(jī)（b）右門先停機(jī);這兩種情況下又分別存在左超前和右超前兩種狀態(tài)，于是有以下四種狀態(tài)：

狀態(tài)一，左門先停機(jī)，停機(jī)時人字閘門的狀態(tài)為左門超前，此時應(yīng)根據(jù)相關(guān)參數(shù)增加右人字閘門的關(guān)終延時。

狀態(tài)二，左門先停機(jī)，停機(jī)時人字閘門的狀態(tài)為右門超前時，此時右人字閘門應(yīng)立即停機(jī)。

狀態(tài)三，右門先停機(jī)，停機(jī)時人字閘門的狀態(tài)為左門超前，此時左人字閘門應(yīng)立即停機(jī)。

狀態(tài)四，右門先停機(jī)，停機(jī)時人字閘門的狀態(tài)為右門超前時，此時應(yīng)根據(jù)相關(guān)參數(shù)增加左人字閘門的關(guān)終延時。

實(shí)時校準(zhǔn)不考慮錯位超出調(diào)整范圍的情況，故當(dāng)人字門閘門的錯位在調(diào)整范圍以外時，不予校準(zhǔn)。流程中涉及的參數(shù)和關(guān)終延時的調(diào)整依據(jù)可以根據(jù)實(shí)際的人字閘門的數(shù)學(xué)模型和實(shí)際的調(diào)整經(jīng)驗(yàn)等確定。得出的結(jié)果根據(jù)人字閘門不同的尺寸，以及人字閘門啟閉機(jī)的不同而不同。因此本文中不再敘述。

3 結(jié)語

本方法中間接校準(zhǔn)方法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)效果穩(wěn)定，但是在出現(xiàn)待閘時間較長或長時間停航之后，其調(diào)節(jié)效果有較小概率會出現(xiàn)同向增大的情況即“過調(diào)”現(xiàn)象。而實(shí)時校準(zhǔn)方法調(diào)整對象為關(guān)終時的錯位值，精確性和穩(wěn)定性受調(diào)整邏輯不同程度的影響，導(dǎo)致其數(shù)次累加的調(diào)節(jié)效果并不理想。參數(shù)“停航間隔時間”揚(yáng)長避短，很好的將兩種方法有機(jī)的結(jié)合起來，能使得人字閘門門縫及錯位值長時間保持在正常范圍內(nèi)。在天氣變化較為明顯的情況下也不需要維修人員頻繁的調(diào)整，安全可靠，且大大的降低了因天氣原因?qū)е碌暮蠑n信號超時的故障率，在減少維修人員工作量的同時提高了船閘的運(yùn)行效率。