王虎軍，劉 錦，王 洋，何慶周

（西安航天自動(dòng)化股份有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

景洪水力式升船機(jī)是一種新型式的升船機(jī)，它控制承船廂的升降是以水作為動(dòng)力，不是傳統(tǒng)的采用電機(jī)拖動(dòng)的電力卷揚(yáng)式，在國內(nèi)外屬于應(yīng)用首例。它的工作原理是，設(shè)置的16個(gè)平衡重浮筒分別布置于16個(gè)充水豎井中。通過控制上游閥室的3個(gè)充水主輔閥和下游閥室的3個(gè)泄水主輔閥使豎井水位產(chǎn)生上升和下降，實(shí)現(xiàn)浮筒在豎井中運(yùn)行，平衡重浮筒的上下運(yùn)行再驅(qū)動(dòng)承船廂的上下運(yùn)行。當(dāng)承船廂側(cè)重量大于浮筒平衡重側(cè)重量時(shí)，使承船廂下行，當(dāng)承船廂側(cè)重量小于浮筒平衡重側(cè)重量時(shí)，使承船廂上行。

由于上下游充泄水閥門關(guān)閉不嚴(yán)產(chǎn)生漏水或承船廂的廂體漏水，這兩種事故工況不會(huì)破壞升船機(jī)的平衡系統(tǒng)，所以水力式升船機(jī)具備更高的安全性[1]。

1 主要控制和監(jiān)控設(shè)備組成

景洪水力式升船機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備主要由承船廂子站設(shè)備、驅(qū)動(dòng)子站設(shè)備、上閘首子站設(shè)備、工業(yè)電視及廣播以及直流供電等系統(tǒng)組成。

2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

景洪水力式升船機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用100 M雙環(huán)光纖以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分為主控層和現(xiàn)地層。整個(gè)系統(tǒng)主要由上位監(jiān)控系統(tǒng)、承船廂子站、驅(qū)動(dòng)子站、上閘首子站和公用子站等組成。

主控層和現(xiàn)地層均接入雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)地層子站再通過MB+網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)和相應(yīng)各控制單元的數(shù)據(jù)交換，所以各控制單元通過子站實(shí)現(xiàn)和主控層設(shè)備的間接數(shù)據(jù)交換[2]。

上位監(jiān)控系統(tǒng)為主控層，其余的設(shè)備子站系統(tǒng)為現(xiàn)地層，各現(xiàn)地層子站通過安裝在控制柜內(nèi)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)接入以太環(huán)網(wǎng)[3]?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

主控層的上位監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、升船機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)行畫面顯示、工業(yè)電視監(jiān)視和通航指揮監(jiān)視、事件順序記錄、事故處理及恢復(fù)操作指導(dǎo)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫管理、記錄及歷史報(bào)表打印、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理、軟件開發(fā)及培訓(xùn)的功能[4]。

現(xiàn)地層以雙機(jī)熱備的PLC系統(tǒng)為現(xiàn)地主控單元的核心設(shè)備，PLC設(shè)備與觸摸屏以TCP/IP、UNI-TELWAY等協(xié)議進(jìn)行通訊，畫面通過棒圖、指針、曲線等直觀顯示，可以完成參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)查詢等功能，其報(bào)警記錄具有實(shí)時(shí)性和可追溯性的特點(diǎn)。

3 上閘首系統(tǒng)組成

上閘首子站設(shè)備及其控制單元的工作大門系統(tǒng)、工作小門系統(tǒng)、上游引水管進(jìn)口事故門系統(tǒng)之間是通過工業(yè)MB+網(wǎng)絡(luò)相連，是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的現(xiàn)地層。

上閘首子站控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 上閘首子站控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.1 工作大門系統(tǒng)

上閘首工作大門裝置用于阻擋上游水位，使升船機(jī)能夠安全、可靠地運(yùn)行。工作大門最大設(shè)計(jì)行程為10.9 m，其中運(yùn)行最大行程為10.7 m。

該系統(tǒng)通過工作大門液壓泵站油泵電機(jī)、電磁溢流閥、提升電磁閥的控制來實(shí)現(xiàn)對工作大門裝置提升，下落電磁閥控制實(shí)現(xiàn)對工作大門裝置下落，通過控制糾偏閥可實(shí)現(xiàn)工作大門左右兩個(gè)油缸裝置的同步運(yùn)行，還可以對大門開度及管道壓力、流量的監(jiān)控。

3.2 工作小門系統(tǒng)

上閘首工作小門裝置位于工作大門上，是升船機(jī)上游對接后控制船只進(jìn)出的引通道，工作小門最大設(shè)計(jì)行程為3.58 m，運(yùn)行最大行程為3.5 m。

該系統(tǒng)通過工作小門液壓泵站油泵電機(jī)、電磁溢流閥、提升電磁閥控制來實(shí)現(xiàn)對工作小門裝置提升，下落電磁閥實(shí)現(xiàn)對工作小門裝置下落控制。

與工作大門相同，通過控制糾偏閥可實(shí)現(xiàn)工作小門裝置的同步運(yùn)行。

4 承船廂系統(tǒng)組成

景洪水力式升船機(jī)承船廂子站由4個(gè)液壓泵站和2個(gè)臥倒門液壓泵站設(shè)備組成，2個(gè)臥倒門液壓泵站設(shè)備分別控制上、下游的臥倒門系統(tǒng)，4套液壓系統(tǒng)布置于承船廂4角，分別控制4角所轄范圍內(nèi)的現(xiàn)地控制設(shè)備，包括調(diào)平油缸伸縮、夾緊、頂緊裝置、上游密封框裝置、上、下游承船廂防撞梁裝置的進(jìn)退及液壓系統(tǒng)油溫、液位、油壓、油泵電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理。

承船廂控制系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)上游、下游船廂出廂和下游進(jìn)閘進(jìn)廂交通燈的控制，保證過往船只安全通航。它同時(shí)接收中控室控制命令和上位驅(qū)動(dòng)子站硬接線信號(hào)并進(jìn)行處理[5]。

承船廂子站控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 承船廂子站控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

5 運(yùn)行控制流程

景洪水力式升船機(jī)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程主要包括準(zhǔn)備流程和生產(chǎn)中的運(yùn)行流程。

準(zhǔn)備流程屬于上班前的的輔助流程，主要包括工作各子站準(zhǔn)備流程、工作大門運(yùn)行至擋水位自動(dòng)控制流程、承船廂靜態(tài)調(diào)平自動(dòng)控制流程、承船廂廂內(nèi)補(bǔ)水控制流程等。

生產(chǎn)運(yùn)行流程屬于承船廂生產(chǎn)中的正常運(yùn)行流程，主要包括承船廂上行至上游對接位自動(dòng)控制流程、上游對接自動(dòng)控制流程、上游對接解除自動(dòng)控制流程、承船廂下行至下游對接位自動(dòng)控制流程、下游對接自動(dòng)控制流程、下游對接解除自動(dòng)控制流程等。

5.1 上、下游對接自動(dòng)控制流程

承船廂上、下游對接自動(dòng)控制流程是承船廂到達(dá)上、下游對接位后，分別與上、下游引航道進(jìn)行對接，目的是使承船廂內(nèi)水位分別與上、下游引航道水位進(jìn)行連通，以便船舶能夠順利駛出承船廂，分別通過上、下游引航道進(jìn)入上、下游庫區(qū)。

承船廂上游對接自動(dòng)控制流程順序?yàn)?制動(dòng)器上閘—頂緊機(jī)構(gòu)推出—夾緊機(jī)構(gòu)推出—密封框機(jī)構(gòu)推出—工作小門下落充間隙水—上游臥倒門開啟—上游防撞梁下落—船舶出廂進(jìn)入上游引航道—流程結(jié)束。

承船廂上游對接自動(dòng)控制流程見圖4。

圖4 承船廂上游對接自動(dòng)控制流程圖

承船廂下游對接自動(dòng)控制流程較上游設(shè)備少，其順序?yàn)?制動(dòng)器上閘—下游臥倒門開啟—下游防撞梁下落—船舶出廂進(jìn)入下游引航道—流程結(jié)束。

5.2 上、下游對接解除控制流程

承船廂上下游對接解除自動(dòng)控制流程是承船廂到達(dá)上、下游對接完成且?guī)麅?nèi)船舶全部駛出后的下一個(gè)工作流程的起點(diǎn)，它的目的是接收上下游船舶的承船廂與上下游航道脫離，以便承船廂能夠進(jìn)行升降運(yùn)行。

承船廂上游對接解除自動(dòng)控制流程順序?yàn)?上游船舶全部通過上游引航道進(jìn)廂—上游防撞梁上升—上游臥倒門關(guān)閉—工作小門上升—間隙水排水閥開啟泄間隙水—密封框機(jī)構(gòu)收回—頂緊機(jī)構(gòu)收回—夾緊機(jī)構(gòu)收回—制動(dòng)器松閘—流程結(jié)束。

承船廂上游對接解除自動(dòng)控制流程見圖5。

圖5 承船廂上游對接解除自動(dòng)控制流程圖

承船廂下游對接解除自動(dòng)控制流程順序?yàn)?下游船舶全部通過下游引航道進(jìn)廂—下游防撞梁上升—下游臥倒門關(guān)閉—制動(dòng)器松閘—流程結(jié)束。

5.3 工作大門的擋水位控制流程

工作大門運(yùn)行至擋水位自動(dòng)控制流程是上班前將工作大門由最高擋水位下降至當(dāng)前擋水位，并能夠隨上游水位的升降變化自動(dòng)調(diào)節(jié)高度。

上閘首工作大門啟閉機(jī)的控制系統(tǒng)能根據(jù)上游水庫水位變化自動(dòng)調(diào)整大門位置，為了防止工作大門頻繁升降運(yùn)行，工作大門液壓啟閉機(jī)單次升降高度設(shè)置為500 mm，當(dāng)水庫水位上升或下降使得小門門檻以上水位小于2.5 m或大于3 m時(shí)，程序自動(dòng)控制工作大門下降或提升500 mm，使套內(nèi)的工作小門門檻以上始終保持2.5 m～3 m的正常通航水深。

工作大門運(yùn)行至擋水位自動(dòng)控制流程順序?yàn)?工作大門鎖定裝置解鎖—工作大門下落—落門到位--隨水位調(diào)節(jié)高度—工作大門鎖定裝置鎖定—流程結(jié)束。

工作大門運(yùn)行至擋水位自動(dòng)控制流程見圖6。

圖6 工作大門運(yùn)行至擋水位自動(dòng)控制流程圖

5.4 工作小門的下落充間隙水自動(dòng)控制流程

上閘首工作小門下落充間隙水是在承船廂上游對接過程中，工作小門下落，使上游航道的水通過工作小門頂部快速充入密封框間隙中，平衡上游臥倒門兩側(cè)的壓力，為下一步上游臥倒門的開啟提供條件。

工作小門落門充間隙水自動(dòng)控制流程為:工作小門下降至充水平壓位—充間隙水平壓—工作小門下降至全開位—流程結(jié)束。

工作小門的下落充間隙水自動(dòng)控制流程見圖7。

圖7 工作小門的下落充間隙水自動(dòng)控制流程圖

6 結(jié)語

景洪升船機(jī)是中國原創(chuàng)的世界首臺(tái)水力式升船機(jī)。在承船廂的上游對接過程中通過上閘首子站控制工作大門到上游擋水位，再控制工作小門下落，頂部過水方式實(shí)現(xiàn)密封框快速充間隙水，通過開啟間隙水排水閥快速泄間隙水。經(jīng)過實(shí)踐運(yùn)行證明，該控制流程邏輯關(guān)系正確、設(shè)備動(dòng)作定位準(zhǔn)確，達(dá)到了預(yù)期效果。它較以往升船機(jī)的控制采用充泄水管道的方式縮短了密封框的充泄間隙水時(shí)間，提高了升船機(jī)的運(yùn)行效率，為以后升船機(jī)的設(shè)計(jì)提供了一種新的借鑒方式。