三峽船閘自動化控制研究

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。文章在現有的排水泵房設備基礎上，遵循三峽船閘檢修排水泵房運行規程，運用西門子300系列PLC進行控制，設計排水泵在日常動機、檢修狀態下的自動控制流程和軟硬件實現。

關鍵詞：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。由于泵房設備長時間處于冷備狀態，在泵房這樣陰暗潮濕的環境中，會導致設備工作性能下降甚至出現故障而無法知曉，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備進行啟停控制，工作量大，而且該過程完全受控于人的主觀因素判斷，直接導致這項工作的質量與效率。因此需要對泵房設備現有的控制方式進行升級改造。

2研究方案

深井泵工作環境惡劣，集水井中經常淤泥堆積，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。但現有的檢測系統中并未進行該類信號采集與監測，全靠動機人員的主觀判斷來切斷深井泵的運行。基于對工作環境和設備情況的分析，我們認為泵房設備的操作還是需要在人工監視的情況下進行，保證泵的啟動安全正常，但設備進入穩定運行狀態后，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備進行控制。

2.1總體方案

根據三峽船閘對廊道檢修排水泵房的工作需求，泵房設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程規定：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的水，一般工作在夜間，便于白天施工人員順利進入廊道內進行施工作業，因此其半自動運行過程中對于設備停機的準確度要求較高，在廊道內水已排干的情況下能夠準確停機，防止電機在無水狀態下的空轉。

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的硬件平臺。主要采用315系列CPU帶3個數字量輸入模塊和2個數字量輸出模塊，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動相應指示燈以及驅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。硬件設計原理圖如圖1所示。

4軟件設計

軟件設計基于西門子S7開發環境，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，實現泵無論處于何種狀態都能夠完整的執行整個模式運行，即某臺泵處于故障或手動狀態，程序也能自動判斷并繼續模式的運行。

4.1例行動機運行模式

程序設計首先檢測三臺泵的狀態，檢測潤滑水的狀態以及是否處于例行動機模式下，在一鍵啟動觸發控制信號后，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節，保證設備按照運行規程自動運行，同時保證設備的動機時間。程序設計如圖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備的狀態，遵循三峽船閘泵房運行操作規程，順序啟動各臺設備運行，模式停止以泵出水檢測信號為停機信號。程序設計如圖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，因此其軟件設計按照選擇不同的泵設備有不同的信號檢測流程，圖4是選擇1#深井泵時的程序設計。

5結束語

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場巡視，加大了泵房設備故障隱患的可能性，因此在實行該半自動控制系統后，需加強管理層面的監管，如泵房巡檢規程的補充，現場巡檢記錄的檢查力度等；就該改造項目本身而言，沒有實現全自動化的動機，主要是受控于現場設備的運行環境以及設備本身的性能，未來泵房設備在硬件上換型改造后，也可以實現全自動的泵房設備控制。

參考文獻：

[1]劉新宇，張法全.電氣控制技術基礎及應用[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]鄭鳳翼，等.例說西門子S7-300/400系列PLC[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]三峽船閘檢修排水泵房運行操作規程[S].

作者：熊錦玲 吳炅 李大洪 望昊 李業舟 鄭雄韜 單位：長江三峽通航管理局