三峽船閘自動化控制研究

摘要：三峽船閘檢修排水泵房主要用于閥門檢修時，排除工作閥門段廊道內(nèi)的積水，保證施工人員對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行規(guī)程，運用西門子300系列PLC進行控制，設(shè)計排水泵在日常動機、檢修狀態(tài)下的自動控制流程和軟硬件實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：三峽船閘；檢修排水泵房；西門子300系列；自動控制

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，排除工作閥門段廊道內(nèi)的積水，保證工作人員對閥門的正常檢修或緊急故障處理。由于泵房設(shè)備長時間處于冷備狀態(tài)，在泵房這樣陰暗潮濕的環(huán)境中，會導(dǎo)致設(shè)備工作性能下降甚至出現(xiàn)故障而無法知曉，影響計劃性檢修時的正常使用。目前每個運行輪班例行動機都是人工手動方式對泵房設(shè)備進行啟�？刂疲�工作量大，而且該過程完全受控于人的主觀因素判斷，直接導(dǎo)致這項工作的質(zhì)量與效率。因此需要對泵房設(shè)備現(xiàn)有的控制方式進行升級改造。

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，深井泵啟動時，泵體負荷大，電流劇增且居高不下；且由于葉輪破損、泵體傳動軸彎曲、軸連接套松動變形等機械原因使泵在啟動時聲音異常，電機抖動劇烈，這些異常情況必須馬上停機。但現(xiàn)有的檢測系統(tǒng)中并未進行該類信號采集與監(jiān)測，全靠動機人員的主觀判斷來切斷深井泵的運行。基于對工作環(huán)境和設(shè)備情況的分析，我們認為泵房設(shè)備的操作還是需要在人工監(jiān)視的情況下進行，保證泵的啟動安全正常，但設(shè)備進入穩(wěn)定運行狀態(tài)后，沒有必要靠人工計時去停止運行，因此綜合安全與效率的考量，最終采用“人工啟動，自動停機”的半自動控制方式對輸水廊道檢修排水泵房的設(shè)備進行控制。

2.1總體方案

根據(jù)三峽船閘對廊道檢修排水泵房的工作需求，泵房設(shè)備需要完成每個輪班的例行動機工作和船閘檢修時的廊道排水工作，在本次研究中將泵房設(shè)備的半自動控制模式確定為例行動機模式，檢修排水模式和滲漏排水模式。每一種工作模式下，泵房兩臺深井泵和一臺潛水泵遵循“一鍵啟動，自動停機”的半自動工作流程。

2.2運行模式說明

三峽船閘檢修排水泵房操作規(guī)程規(guī)定：例行動機深井泵至少運行30分鐘，潛水泵至少運行1小時，且三臺泵不能同時工作，兩臺泵不能同時啟動，深井泵啟動前潤滑水至少開啟5分鐘。檢修排水模式用于船閘計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入廊道內(nèi)進行施工作業(yè)，因此其半自動運行過程中對于設(shè)備停機的準(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，防止電機在無水狀態(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控制系統(tǒng)的硬件平臺。主要采用315系列CPU帶3個數(shù)字量輸入模塊和2個數(shù)字量輸出模塊，輸入信號包括兩臺深井泵軟啟動器的控制信號、潛水泵控制信號、潤滑水控制信號、模式控制信號以及泵出水檢測信號。輸出信號主要包括驅(qū)動相應(yīng)指示燈以及驅(qū)動控制繼電器的信號。傳感器主要包括潤滑水出水檢測裝置和泵出水檢測裝置。硬件設(shè)計原理圖如圖1所示。

4軟件設(shè)計

軟件設(shè)計基于西門子S7開發(fā)環(huán)境，對三種工作模式下三臺泵的運行控制流程進行梯形圖編寫，實現(xiàn)泵無論處于何種狀態(tài)都能夠完整的執(zhí)行整個模式運行，即某臺泵處于故障或手動狀態(tài)，程序也能自動判斷并繼續(xù)模式的運行。

4.1例行動機運行模式

程序設(shè)計首先檢測三臺泵的狀態(tài)，檢測潤滑水的狀態(tài)以及是否處于例行動機模式下，在一鍵啟動觸發(fā)控制信號后，首先進行潤滑水的運行，10分鐘后1#深井泵啟動，啟動2#深井泵，待深井泵停機后再啟動潛水泵運行，整個運行模式以時間控制中間環(huán)節(jié)，保證設(shè)備按照運行規(guī)程自動運行，同時保證設(shè)備的動機時間。程序設(shè)計如圖2所示。

4.2檢修排水運行模式

檢修排水模式下，程序先檢測潤滑水和各臺泵設(shè)備的狀態(tài)，遵循三峽船閘泵房運行操作規(guī)程，順序啟動各臺設(shè)備運行，模式停止以泵出水檢測信號為停機信號。程序設(shè)計如圖3所示。

4.3滲漏排水運行模式

滲漏排水模式下，每次只需要選擇一臺泵運行，因此其軟件設(shè)計按照選擇不同的泵設(shè)備有不同的信號檢測流程，圖4是選擇1#深井泵時的程序設(shè)計。

5結(jié)束語

該項目實施后，大大減少了日常巡檢人員的工作量，泵房設(shè)備的動機時間也能得到保證，但是由于泵房位置的特殊性，在可以遠程啟動的情況下，工作人員勢必會減少甚至忽略現(xiàn)場巡視，加大了泵房設(shè)備故障隱患的可能性，因此在實行該半自動控制系統(tǒng)后，需加強管理層面的監(jiān)管，如泵房巡檢規(guī)程的補充，現(xiàn)場巡檢記錄的檢查力度等；就該改造項目本身而言，沒有實現(xiàn)全自動化的動機，主要是受控于現(xiàn)場設(shè)備的運行環(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，也可以實現(xiàn)全自動的泵房設(shè)備控制。

參考文獻：

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[3]三峽船閘檢修排水泵房運行操作規(guī)程[S].

作者：熊錦玲 吳炅 李大洪 望昊 李業(yè)舟 鄭雄韜 單位：長江三峽通航管理局