船閘電氣自動化設備技術創新探討

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摘要：在電氣自動化技術的不斷發展下，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濟的發展。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；技術創新

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，當前已經廣泛地應用到了各行各業中，如家電電路設計、工業生產，航海事業、航天事業等等。在電氣自動化技術的發展下，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濟的發展。

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展。在船閘電氣自動化的領域內，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了從繼電器控制技術到PLC、計算機網絡控制技術的飛躍，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展，目前已經取得了極大的進步，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，還要提高自主創新的能力，從而不斷提高、發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歷了3個階段：依次為爭端改造階段、設備更新階段和系統技術升級階段。船閘運行初期，并不十分順利，而是經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，暫停無法正常實現的控制功能開發和實現，通過系統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、自行研制或者內外合作等方式取得了較大的突破，如開發應用高性能專用行程開關、研制活動橋控制系統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展，在15年的時間里，船閘電氣自動化設備改造和技術創新在工業自動化控制技術的發展下獲得了飛速的發展。在控制系統、傳感系統等方面不斷涌現出了新的科技產品，這為船閘電氣自動化設備改造創造了良好的技術條件，同時船閘運管單位也大力發展自身優勢，在新技術上不斷探索與創新，實現了船閘電控系統上質的飛躍，安全性、可靠性與易維護性更加優越，也為行業發展中同類技術改革積累了經驗。

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3座船閘的統一控制管理。在船閘的改造工程中，借鑒20多年來的技術改造經驗及科研成果，融合工業以太網技術、大規模PLC技術實現了3座船閘現場傳感裝置、計算機監控系統、圖像監控以及廣播系統的升級改造。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，不僅實現了計算機監控系統在不間斷運行性能上的突破，同時也實現了傳感器技術的創新應用。

3主要技術創新及成果

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采用的是滑差電機拖動，調速為調速，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，以至于出現時空，無法穩定運行，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均采用的是雙速鼠籠式電動機拖動，可實現變極調速，進而確保了電機輸出轉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，最初采用開環控制，在運行過程中發現其無法實現與電氣的同步運行，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，并實現了同步跟蹤。此后，針對閉環跟蹤調速系統做出了改造，通過旋轉編碼器與單片機技術的運用大大地提高了系統的可靠性、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的可靠性、可維修性。

3.2控制技術

船閘控制技術的發展、應用與演變都與工業計算機控制技術具有密切的關系，經歷了繼電器控制技術-晶體管集成電路控制-小規模PLC控制-大規模PLC控制-計算機網絡技術的升級改造，在不斷地改造升級中，系統的安全可靠性、可維修性、易維護性、人機交互性都得以實現，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編碼器的，其傳動裝置是一種鏈輪鏈條傳動機構，其優勢在于結構簡單，可靠性高。位置傳感裝置多用于戶外環境，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展下，船閘控制工藝流程也朝著越發簡單的方向發展，同時對各種精細化自動控制需求也提出了更高的要求，船閘運行在線監測系統、故障檢測系統均逐漸得到豐富與完善。

4結語

在電氣自動化技術的飛速發展下，船閘電氣自動化設備的改造創新也不斷得以實現，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。在科技的進一步發展下，我國船閘電氣設備自動化也將得到更好的提升。

作者:李桂華 單位:湖南省水運建設投資集團有限公司

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