楊偉君，熊錦玲，望 昊

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

廖楚柯等[1]采用光纖傳感技術(shù)與編程控制技術(shù)，研制出了一種新型的閘門開度測控系統(tǒng)，并在湖南省五強溪大型多級船閘取得良好的應(yīng)用效果。三峽船閘作為世界上連續(xù)級數(shù)最多、總水頭最高的船閘，其每扇人字門的開度(行程)測量數(shù)據(jù)是三峽船閘核心檢測及控制數(shù)據(jù)之一。因此，作為核心控制工藝的關(guān)鍵設(shè)備，人字門開度儀的正常工作是三峽船閘安全、高效運行的重要保障，人字門開度儀運行的好壞直接關(guān)系到三峽船閘的運行安全與效率。本文總結(jié)激光雷達(dá)開度儀在三峽船閘的首次應(yīng)用與實踐情況，為三峽船閘人字門開度儀換型更新提供技術(shù)參考，同時也可為其它船閘人字門開度測控設(shè)備選型提供借鑒。

1 工作原理

激光雷達(dá)開度儀是將激光雷達(dá)測距技術(shù)應(yīng)用到船閘閘門測控領(lǐng)域的一種專用設(shè)備。激光雷達(dá)測距技術(shù)是一種利用激光對目標(biāo)標(biāo)靶的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定的技術(shù)。激光雷達(dá)開度儀在工作時向目標(biāo)標(biāo)靶射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)標(biāo)靶反射回來的激光束，再由計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，從而計算出從測距儀到目標(biāo)標(biāo)靶的距離。激光雷達(dá)測距儀質(zhì)量輕、體積小、操作簡單、速度快而且準(zhǔn)確，其誤差僅為其它光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一。激光雷達(dá)測距儀的測量原理見圖1。

圖1 激光雷達(dá)測距儀的測量原理

2 激光雷達(dá)開度儀選型

激光雷達(dá)開度儀應(yīng)用試驗選址于三峽船閘中南二人字門，該人字門啟閉機的活塞桿行程為7 276 mm。在進(jìn)行激光雷達(dá)開度儀的試驗過程中，技術(shù)人員為了排除激光測距傳感器性能不佳導(dǎo)致試驗結(jié)果不準(zhǔn)確的可能性，特意選擇目前在港口機械中廣泛使用、品質(zhì)可靠的SICK品牌DT50-High高精度漫反射型產(chǎn)品作為開度儀試驗型號，其性能參數(shù)如下：測距距離范圍0.2～20 m，分辨率1 mm，測量精度7 mm(絕對精度)，光點直徑< 15 mm(10 m)，工作電源DC 24 V，工作環(huán)境-30～65 ℃，激光等級為II級[2]。

3 激光雷達(dá)開度儀與三峽船閘現(xiàn)地PLC控制系統(tǒng)信號接口及連接

4 人字門開度儀檢測控制功能及測控數(shù)據(jù)對比

根據(jù)三峽船閘控制工藝，PLC控制系統(tǒng)利用模擬量采集模塊檢測船閘雙側(cè)兩扇人字門的開度信號，采用PID調(diào)節(jié)控制算法，輸出對雙側(cè)比例變量泵的控制信號，實現(xiàn)雙側(cè)人字門的同步啟閉運行。此外，根據(jù)人字門全行程的開度檢測，定義7段不同的變速運行區(qū)域，減小啟動及到位停止階段的速度，實現(xiàn)對人字門機械設(shè)備的特性保護(hù)，在中間段開度，采用高速運行，以節(jié)省人字門啟閉時的運行時間。將激光雷達(dá)開度儀測量數(shù)據(jù)接入集中監(jiān)控系統(tǒng)，并設(shè)計專用程序比對內(nèi)置開度儀與激光雷達(dá)開度儀測量數(shù)據(jù)，見表1。

表1 內(nèi)置開度儀與激光雷達(dá)開度儀測量數(shù)據(jù)

續(xù)表1

內(nèi)置開度儀激光雷達(dá)開度儀時間測量行程∕mm時間測量行程∕mm03 11 41.417+08 003852.64990203 11 41.417+08 003852.64787503 12 00.417+08 002674.91210903 12 00.417+08 002674.89515603 12 14.417+08 001808.89697303 12 14.417+08 001808.67498003 12 36.417+08 00577.461914103 12 36.417+08 00577.459242103 13 17.417+08 003.66113281303 13 17.417+08 003.481962892

注：+08:00為控制系統(tǒng)采集時間。

5 激光雷達(dá)開度儀的特點與優(yōu)勢

1)首次將激光測距傳感技術(shù)應(yīng)用于大型船閘的人字門開度檢測，其具有測量范圍寬、測量精度高等優(yōu)點。

2)由于實現(xiàn)了非接觸式的激光測量技術(shù)，避免了船閘現(xiàn)場惡劣環(huán)境對人字門開度檢測的不利影響，方便用戶維護(hù)。

3)采用可編程控制技術(shù)實現(xiàn)信號連接，對原有的PLC控制程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，增加雜波過濾以及障礙遮擋功能，提高了人字門開度控制運行的可靠性，增強控制系統(tǒng)的自動化程度。

4)激光雷達(dá)開度儀幾乎不受外部降雨、降雪等天氣條件的影響，其工作的穩(wěn)定性和可靠性較其它類型的開度儀高。

6 結(jié)論

1)激光雷達(dá)開度儀與內(nèi)置開度儀具有相近的測量精度和穩(wěn)定性，滿足三峽船閘人字門“同步啟閉”“對中合攏”核心控制工藝的要求，在三峽船閘人字門開度儀設(shè)備換型更新中可予以考慮，也可在行業(yè)內(nèi)得到推廣應(yīng)用。

2)對于運行繁忙的三峽船閘而言，激光雷達(dá)開度儀將大大壓縮人字門開度儀的停航檢修時間，這將有助于緩解通航壓力、提高通航效率。