三峡船闸自动化控制研究

三峡船闸自动化控制研究

摘要：三峡船闸检修排水泵房主要用于阀门检修时，排除工作阀门段廊道内的积水，保证施工人员对阀门的正常检修或紧急故障处理。文章在现有的排水泵房设备基础上，遵循三峡船闸检修排水泵房运行规程，运用西门子300系列PLC进行控制，设计排水泵在日常动机、检修状态下的自动控制流程和软硬件实现。

关键词：三峡船闸；检修排水泵房；西门子300系列；自动控制

1研究背景

三峡船闸输水廊道检修排水泵房主要用于阀门检修时，排除工作阀门段廊道内的积水，保证工作人员对阀门的正常检修或紧急故障处理。由于泵房设备长时间处于冷备状态，在泵房这样阴暗潮湿的环境中，会导致设备工作性能下降甚至出现故障而无法知晓，影响计划性检修时的正常使用。目前每个运行轮班例行动机都是人工手动方式对泵房设备进行启停控制，工作量大，而且该过程完全受控于人的主观因素判断，直接导致这项工作的质量与效率。因此需要对泵房设备现有的控制方式进行升级改造。

2研究方案

深井泵工作环境恶劣，集水井中经常淤泥堆积，深井泵启动时，泵体负荷大，电流剧增且居高不下；且由于叶轮破损、泵体传动轴弯曲、轴连接套松动变形等机械原因使泵在启动时声音异常，电机抖动剧烈，这些异常情况必须马上停机。但现有的检测系统中并未进行该类信号采集与监测，全靠动机人员的主观判断来切断深井泵的运行。基于对工作环境和设备情况的分析，我们认为泵房设备的操作还是需要在人工监视的情况下进行，保证泵的启动安全正常，但设备进入稳定运行状态后，没有必要靠人工计时去停止运行，因此综合安全与效率的考量，最终采用“人工启动，自动停机”的半自动控制方式对输水廊道检修排水泵房的设备进行控制。

2.1总体方案

根据三峡船闸对廊道检修排水泵房的工作需求，泵房设备需要完成每个轮班的例行动机工作和船闸检修时的廊道排水工作，在本次研究中将泵房设备的半自动控制模式确定为例行动机模式，检修排水模式和渗漏排水模式。每一种工作模式下，泵房两台深井泵和一台潜水泵遵循“一键启动，自动停机”的半自动工作流程。

2.2运行模式说明

三峡船闸检修排水泵房操作规程规定：例行动机深井泵至少运行30分钟，潜水泵至少运行1小时，且三台泵不能同时工作，两台泵不能同时启动，深井泵启动前润滑水至少开启5分钟。检修排水模式用于船闸计划性停航检修期间排出廊道内的水，一般工作在夜间，便于白天施工人员顺利进入廊道内进行施工作业，因此其半自动运行过程中对于设备停机的准确度要求较高，在廊道内水已排干的情况下能够准确停机，防止电机在无水状态下的空转。

3硬件配置

采用西门子300系列PLC模块搭建泵房半自动控制系统的硬件平台。主要采用315系列CPU带3个数字量输入模块和2个数字量输出模块，输入信号包括两台深井泵软启动器的控制信号、潜水泵控制信号、润滑水控制信号、模式控制信号以及泵出水检测信号。输出信号主要包括驱动相应指示灯以及驱动控制继电器的信号。传感器主要包括润滑水出水检测装置和泵出水检测装置。硬件设计原理图如图1所示。

4软件设计

软件设计基于西门子S7开发环境，对三种工作模式下三台泵的运行控制流程进行梯形图编写，实现泵无论处于何种状态都能够完整的执行整个模式运行，即某台泵处于故障或手动状态，程序也能自动判断并继续模式的运行。

4.1例行动机运行模式

程序设计首先检测三台泵的状态，检测润滑水的状态以及是否处于例行动机模式下，在一键启动触发控制信号后，首先进行润滑水的运行，10分钟后1#深井泵启动，启动2#深井泵，待深井泵停机后再启动潜水泵运行，整个运行模式以时间控制中间环节，保证设备按照运行规程自动运行，同时保证设备的动机时间。程序设计如图2所示。

4.2检修排水运行模式

检修排水模式下，程序先检测润滑水和各台泵设备的状态，遵循三峡船闸泵房运行操作规程，顺序启动各台设备运行，模式停止以泵出水检测信号为停机信号。程序设计如图3所示。

4.3渗漏排水运行模式

渗漏排水模式下，每次只需要选择一台泵运行，因此其软件设计按照选择不同的泵设备有不同的信号检测流程，图4是选择1#深井泵时的程序设计。

5结束语

该项目实施后，大大减少了日常巡检人员的工作量，泵房设备的动机时间也能得到保证，但是由于泵房位置的特殊性，在可以远程启动的情况下，工作人员势必会减少甚至忽略现场巡视，加大了泵房设备故障隐患的可能性，因此在实行该半自动控制系统后，需加强管理层面的监管，如泵房巡检规程的补充，现场巡检记录的检查力度等；就该改造项目本身而言，没有实现全自动化的动机，主要是受控于现场设备的运行环境以及设备本身的性能，未来泵房设备在硬件上换型改造后，也可以实现全自动的泵房设备控制。

参考文献：

[1]刘新宇，张法全.电气控制技术基础及应用[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]郑凤翼，等.例说西门子S7-300/400系列PLC[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]三峡船闸检修排水泵房运行操作规程[S].

作者：熊锦玲 吴炅 李大洪 望昊 李业舟 郑雄韬 单位：长江三峡通航管理局