劉珂

摘 要：檢測裝置是實(shí)現(xiàn)電氣控制的基礎(chǔ)，在機(jī)械自動化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。沙沱升船機(jī)是集成機(jī)械、電氣和液壓系統(tǒng)為一體的大型交通工程，檢測裝置類別較多，功能各異。檢測裝置采集數(shù)據(jù)參數(shù)的準(zhǔn)確性和狀態(tài)信息和可靠性，直接影響到沙沱升船機(jī)運(yùn)行安全和穩(wěn)定。本文全面介紹了沙沱升船機(jī)檢測裝置的配置情況，為同類型升船機(jī)檢測系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：沙沱升船機(jī);檢測裝置;檢測系統(tǒng)

1 沙沱升船機(jī)

烏江沙沱升船機(jī)由上游引航道、過壩渠道（上閘首）、本體段、下閘首、下游引航道等建筑物組成，型式為全平衡鋼絲繩卷揚(yáng)式垂直升船機(jī)。船舶過壩時，依次通過上（下）游引航道、上（下）閘首進(jìn)入由80根鋼絲繩懸吊的承船廂內(nèi)，通過設(shè)于承重塔柱頂部機(jī)房內(nèi)的主提升機(jī)驅(qū)動，使之沿承重塔柱導(dǎo)軌垂直升降運(yùn)行，運(yùn)送船只過壩。最大提升高度75.38m，通航規(guī)模為500噸級，設(shè)計年過壩能力210萬噸。

2 檢測裝置應(yīng)用原理

沙沱升船機(jī)在運(yùn)行過程中，檢測設(shè)備實(shí)時采集數(shù)據(jù)參數(shù)和狀態(tài)信息，反饋到現(xiàn)地級控制子站。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行分析和比對，實(shí)時作出評價，擇優(yōu)對系統(tǒng)進(jìn)行控制。同時，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也能通過狀態(tài)信息及時發(fā)現(xiàn)、處理和預(yù)防各種可能出現(xiàn)的故障，保證沙沱升船機(jī)安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

3 檢測裝置類別

沙沱升船機(jī)運(yùn)行檢測裝置有下列幾種：水位測量、水深測量、行程測量、位置測量、開度測量、船廂靜態(tài)調(diào)平檢測、船廂動態(tài)水平檢測、船舶探測裝置和船廂減速停位檢測、監(jiān)護(hù)檢測等。

3.1 水位測量

沙沱水電站庫容是日調(diào)節(jié)水庫，上下游水位變幅較大，變化率較高。為精確測量沙沱升船機(jī)上、下游引航道水位，沙沱升船機(jī)配置有水位測量裝置。在上（下）閘首檢修門和上（下）閘首外設(shè)置水位計井，分別安裝1套投入式壓力水深儀、1套吹氣式水深儀。測量得到的參數(shù)分別上送沙沱升船機(jī)上閘首現(xiàn)地控制子站和下閘首現(xiàn)地控制子站，作為承船廂與閘首對接的停位目標(biāo)參數(shù)。

3.2 水深測量

沙沱升船機(jī)承船廂設(shè)計水深為2.5m，設(shè)置有水深測量裝置，確保廂內(nèi)水深范圍在2.5m±0.1m的范圍內(nèi)。在承船廂的左、右兩側(cè)的上、中、下位置各布置1個連通管，在連通管內(nèi)裝設(shè)壓力式水深儀，測量承船廂6點(diǎn)的水深值，分別與6點(diǎn)平均值比較來判斷船廂的水平狀態(tài)和船廂的撓度。測量參數(shù)上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

為了監(jiān)測承船廂與閘首對接時間隙水深，在承船廂上、下游端廂頭各布置兩個開口于廂頭間隙的連通管，管口平面略低于船廂底平面，在各連通管內(nèi)安裝壓力式水深儀。測量信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.3 船廂行程、速度、加速度測量

在主機(jī)四個卷筒軸上各裝設(shè)1個絕對型軸角編碼器，用于檢測承船廂行程。承船廂的速度和加速度，由編碼器在單位時間內(nèi)輸出的步數(shù)，經(jīng)PLC計算處理而得到。測量信號上送沙沱升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站。

3.4 船廂減速、停位檢測

為了保證承船廂每次上行或下行時都能適時減速，并使承船廂內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)水位線與上游或下游水平面準(zhǔn)確對齊停位，分別在承船廂上、下游廂頭四角各設(shè)置1套光電反射式承船廂減速、停位檢測裝置。每套檢測裝置包括4個測量開關(guān)，分別用來檢測承船廂的正常減速點(diǎn)、事故減速點(diǎn)、正常停位點(diǎn)及超行程緊急停機(jī)點(diǎn)。測量信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

另外，在每套檢測裝置分別對應(yīng)的上游鋼渡槽下游端及下閘首工作大門的上游端各裝設(shè)1套水面指示裝置，分別用來指示上、下游水位。水面指示裝置由水位連通管、浮子、測繩、滑輪、平衡重、護(hù)管及水位標(biāo)志板組成。水位標(biāo)志板與浮子水位線始終處于同一水平面，這樣，水位標(biāo)志板即可分別準(zhǔn)確指示上、下游水位。水位標(biāo)志板的另一作用是，通過一定的測量方式，使測量開關(guān)通過水位標(biāo)志板時，測量開關(guān)輸出電信號，供PLC處理。在上、下閘首工作門特定位置分別另外安裝1套固定標(biāo)志板，用于承船廂超行程緊急停機(jī)點(diǎn)的檢測及找點(diǎn)停位檢測。當(dāng)用于承船廂超行程緊急停機(jī)點(diǎn)檢測的測量開關(guān)通過固定標(biāo)志板而輸出電脈沖或開關(guān)量信號時，說明承船廂發(fā)生了超行程運(yùn)行。

3.5 船廂行程偏差及找點(diǎn)停位檢測

在主機(jī)房平面相對于承船廂四角的地方裝設(shè)四套承船廂行程檢測機(jī)構(gòu)，每一機(jī)構(gòu)由相同的兩個鏈輪、兩個鏈輪支座、一根鏈條、一個配重以及兩個軸角編碼器組成。兩個軸角編碼器中，一個為絕對型，用于測量承船廂全行程和四角的行程偏差，以此判斷承船廂的水平度;另一個為增量型，測量承船廂減速點(diǎn)檢測開關(guān)B1經(jīng)過上閘首工作門的P1（或下閘首工作大門上的P4）標(biāo)志板后的行程，通過計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與上游（或下游）水位測量值比較，確定承船廂適當(dāng)?shù)臏p速點(diǎn)。測量信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站。

3.6 船廂距主提升機(jī)房底板距離測量

沙沱升船機(jī)配置一套紅外光電測距儀，用來測量承船廂至主機(jī)房層底面的距離，并與絕對型軸角編碼器測量數(shù)值進(jìn)行比較驗(yàn)證行程測量的準(zhǔn)確度。測量信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站。

3.7 船廂水平檢測

3.7.1 船廂靜態(tài)調(diào)平檢測

在承船廂四角及左右側(cè)中部區(qū)域的承船廂外側(cè)分別安裝1套磁滯伸縮式位移傳感器用于承船廂靜態(tài)調(diào)平檢測。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.7.2 船廂水平檢測

設(shè)置一套連通管式水平檢測裝置，用于承船廂靜態(tài)及動態(tài)水平檢測。該裝置由連通管、測井、水位標(biāo)尺、壓力傳感器、阻尼閥、放水放氣閥、排污閥等組成。將該裝置以一定的方式水平安裝在承船廂上，并向連通管內(nèi)注入一定量的干凈水。4個測井分別布置在承船廂的四個角，測井安裝在甲板下部，在測井上分別設(shè)置有水位標(biāo)尺及壓力傳感器，分別用于測井內(nèi)水位指示及水位的測量與變送;阻尼閥防止連通管內(nèi)水的振蕩;放水放氣閥可釋放連通管內(nèi)殘存的氣泡，也可調(diào)整連通管測井內(nèi)的水位;放水閥可將連通管內(nèi)的水全部放掉。

裝置安裝好進(jìn)行測量前，首先測量出安裝壓力傳感器的4個測點(diǎn)在承船廂處于水平狀態(tài)時的相對水平偏差值，即標(biāo)定出4個測點(diǎn)的水平安裝偏差，該偏差在設(shè)備安裝完畢后將固定不變。通過PLC對壓力傳感器的輸出及4個測點(diǎn)的水平安裝偏差進(jìn)行處理、計算，得出承船廂的水平偏差。

3.8 開度測量

3.8.1 船廂門開度測量

每個船廂臥倒小門開度檢測采用2套絕對型軸角編碼器。測量信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.8.2 閘首工作大門開度測量

在閘首工作門啟閉機(jī)上分別設(shè)置2套（左右油缸）內(nèi)置式位移傳感器測量液壓啟閉機(jī)油缸活塞桿的行程，計算油缸活塞桿行程和閘門實(shí)際開度。測量信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)閘首現(xiàn)地控制子站。

3.8.3 閘首臥倒小門開度測量

閘首臥倒小門開度測量分別采用2套絕對型軸角編碼器及鋼絲繩自動收放裝置。測量信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上閘首臥倒小門現(xiàn)地控制子站。

3.8.4 承船廂防撞梁行程測量

在承船廂防撞梁每一端所對應(yīng)的承船廂甲板上設(shè)有用于鋼絲繩定位、導(dǎo)向的轉(zhuǎn)向滑輪組，采用絕對型軸角編碼器及鋼絲繩自動收放裝置，測量承船廂防撞梁行程，測量信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9 位置測量

3.9.1 主提升機(jī)制動器位置及閘皮磨損檢測

主提升機(jī)安全制動器每個制動單元上裝設(shè)二套位置微動行程開關(guān)，每套包括松閘位置檢測、上閘位置檢測及閘皮磨損檢測，檢測信號送主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站，只有當(dāng)所有制動器油缸均處于松閘位置時（“與”操作），主機(jī)房現(xiàn)地控制子站才能輸出松閘信號。高速軸（電動機(jī)）的工作制動器的位置檢測方式與安全制動器相同。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站。

3.9.2 平衡重鎖定裝置位置檢測

平衡重鎖定裝置每側(cè)每組鎖定位置檢測采用2只接近開關(guān)。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站。

3.9.3 船廂臥倒小門位置檢測

每個船廂臥倒小門位置檢測采用4只接近開關(guān)。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.4 密封框位置檢測

每個密封框位置檢測采用12只接近開關(guān)。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.5 船廂頂緊機(jī)構(gòu)退回到位及楔塊下滑位置檢測

船廂頂緊機(jī)構(gòu)共4套，對稱布置在船廂兩側(cè)。在每個楔塊下滑報警位置安裝2只接近開關(guān)，在非工作狀態(tài)下，當(dāng)楔塊因系統(tǒng)泄露而產(chǎn)生的下滑量超過一定值即楔塊下滑到下滑報警位置時，接近開關(guān)給出開關(guān)量報警信號。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.6 船廂對接鎖定裝置位置檢測

船廂對接鎖定機(jī)構(gòu)（撐緊摩擦式）對稱布置在船廂兩側(cè)，共4套。每套對接鎖定機(jī)構(gòu)位置檢測采用2只接近開關(guān)。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.7 船廂防撞梁位置檢測

每個防撞梁位置檢測采用8只接近開關(guān)。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.9.8 船廂上、下鎖定裝置位置檢測

船廂上鎖定裝置4套，當(dāng)船廂需在上鎖定位置鎖定時，由人力將鎖定梁推出，船廂重量通過鎖定梁傳遞給塔柱;船廂下鎖定裝置4套，當(dāng)船廂需在下鎖定位置鎖定時，由人力將鎖定架推出，船廂重量通過鎖定架傳至底板。每套鎖定裝置位置檢測采用2只接近開關(guān)。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站。

3.9.9 承船廂上、下極限位置檢測

在承船廂上、下行極限位置各安裝2只行程開關(guān)，用來檢測承船廂的上、下行程極限位置。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站，兩只行程開關(guān)的常開點(diǎn)分別接入主提升子站PLC-DI采集板，常閉點(diǎn)以串聯(lián)的方式接入主提升硬件主回路，確保主提升PLC故障時系統(tǒng)能正常停機(jī)制動。

3.9.10 閘首工作大門位置檢測

在上（下）閘首工作門門槽上、下兩極限位各裝4只接近開關(guān)，在閘首工作門啟閉機(jī)上設(shè)1只主令開關(guān)，檢測工作門的開、關(guān)終位置。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上（下）閘首現(xiàn)地控制子站。

3.9.11 閘首工作大門鎖定裝置位置檢測

上（下）閘首工作大門鎖定裝置位置檢測采用4只瞬時動作的接近開關(guān)（閘首工作大門高度位置可調(diào)，在不同高度位置鎖定）。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上（下）閘首現(xiàn)地控制子站。

3.9.12 閘首臥倒小門位置檢測

上（下）閘首臥倒小門位置檢測分別采用4只接近開關(guān)。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)閘首臥倒小門現(xiàn)地控制子站。

3.9.13 閘首臥倒小門鎖定裝置位置檢測

上（下）閘首臥倒小門鎖定裝置位置檢測分別采用4只瞬時動作的接近開關(guān)。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)閘首臥倒小門現(xiàn)地控制子站。

3.10 壓力測量

每個密封框壓力測量采用4只壓力繼電器。檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)承船廂泵站現(xiàn)地控制子站。

3.11 監(jiān)護(hù)檢測裝置

為了確保主提升機(jī)設(shè)備安全運(yùn)行，設(shè)置同步軸扭矩檢測裝置4套，檢測信號上送升船機(jī)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主提升機(jī)房現(xiàn)地控制子站。

3.12 船舶探測裝置

為了監(jiān)測船舶安全停位狀態(tài)，確保臥倒門正常關(guān)閉，在上閘首、船廂、下閘首均設(shè)置船舶探測裝置。采用紅外光電開關(guān)（配套提供水位隨動裝置），作用范圍20m。

4 常見故障處理

在升船機(jī)日常保養(yǎng)和維護(hù)時，要定期檢查檢測裝置的工作狀況，根據(jù)采集數(shù)據(jù)參數(shù)和狀態(tài)信息異常狀態(tài)，分級判斷故障原因。檢測裝置發(fā)生松動和位移時，要及時加固和復(fù)位;采集參數(shù)異常時，首先檢查外部環(huán)境條件，恢復(fù)正常工作條件，其次采用類比排除法，對比同機(jī)構(gòu)上同功能檢測裝置工作狀態(tài)，判斷裝置損壞與否，及時更換該部位檢測裝置。對于處理后的檢測裝置，要進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)試，確保檢測功能的正常。

5 結(jié)束語

沙沱升船機(jī)自2017年8月1日試運(yùn)行以來，設(shè)備運(yùn)行狀況良好，檢測裝置采集數(shù)據(jù)參數(shù)的準(zhǔn)確性和狀態(tài)信息和可靠性，確保了沙沱升船機(jī)運(yùn)行安全和穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]余友安，廖安康，金遼.構(gòu)皮灘垂直升船機(jī)金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)備設(shè)計研究[J].人民長江，2019，05（50）：119-126.

[2]張英.三峽升船機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計和可靠性研究[D].陜西，西北工業(yè)大學(xué)：2006.

[3]張慧.三峽升船機(jī)船舶安全檢測及預(yù)警系統(tǒng)的研究[D].遼寧，大連海事大學(xué)：2016.

[4]潘小芬.巖灘升船機(jī)的運(yùn)行維護(hù)[J].水電廠自動化，2001，04（84）：68-71.