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水库闸门自动化监控系统改造研究

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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 水库闸门自动化监控系统改造研究 作者:钟延林 来源:《科技信息· 上旬刊》2017 年第 02 期 摘要:在水利工程建设实施的项目中,闸门是其自动化监控系统设计中一个非常重要的部 分。本文以某水库输水工程为例,阐述了将检修闸门启闭方式改造为暗杆螺杆机以及 PLC 远 程控制系统,并对改造后运行效果进行了分析。 关键词:水库;闸门启闭;自动化监控;改造 0 引言 随着科技水*的不断提高,水库行业中越来越多的生产设备具备了自动化控制以及远程监 控的功能,这样不仅能够很好的满足社会需求,还确保了即使在恶劣天气、少人值守的情况 下,仍然能保持较高的设备运行效率、保证供水安全。因此,对生产设备进行自动化控制以及 远程监控的改造设计,有利于整个设备的进步,所以有必要加强水库检修闸门自动化改造的应 用设计。 1 检修闸门概况 某水库有效库容达 4.35 亿 m3,设计最大日供水能力为 719 万 t/d。取水泵闸泵段共有 12 扇检修闸门,每两扇闸门对应一台取水泵,分别处于各自机泵进水流道处(表 1)。 2 问题的提出 目前,在咸潮期间采用双吊点葫芦对检修闸门进行启闭。但在运行实践中发现以下问题: (1)起吊难度大:目前采用两台双吊点电动葫芦对 12 扇检修闸门进行起吊,由于双吊点与闸 门采用卡扣连接,在对接过程中难度较高,时常出现由于葫芦卡扣的晃动导致连接失败,从而 大大影响工作效率。(2)时间长度大:在起吊检修闸门前,需双吊点葫芦先对 24 块盖板进行 起吊,由于盖板重量大且数量较多,因此*均起吊一扇检修闸门所需时间一般就长达 35min, 若遇到应急抢修等突发情况,不利于快速处置。(3)作业环境要求高:双吊点葫芦钢丝绳高 度达 10m,在启闭过程中遇降雨或风力气候环境时,将增加操作风险,同时由于中控室没有检 修闸门远程监控系统,在恶劣气候时,值班人员无法进行现场操作,值班人员在上位机中无法 实时掌握检修闸门信息并进行紧急操作。(4)检修难度大且不利于应急响应:两台双吊点葫 芦使用时共用一根行程轨道,分别对应两段各 12 台检修闸门,一旦其中 1 台双吊点设备损坏 (双吊点葫芦设备安装位置在长江口,咸度极高易腐蚀设备),将导致对应的检修闸门全部无 法启闭,可能存在较大的供水隐患。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 因此,基于以上 4 点,需要为取水泵闸检修闸门设计出一种既能够高效率、安全的启闭方 式,又能够使数扇检修闸门同时进行启闭、在现场和上位机都能够远程对闸门开关状态、启闭 开度、报警警示等参数进行监控,从而确保水库的供水安全。 3 改造设备方案分析 目前主流闸门启闭的方式主要包括:固定卷扬机启闭、螺杆机启闭、液压启闭 3 种方式, 其拥有各自的优缺点(表 2)。 对比以上 3 种改造方案,根据使用*惯与设备可靠性,决定采用暗杆螺杆机的改造方案。 虽然螺杆机启闭机技术较早,但其结构简单、价格低廉、对加工精度要求相对较低、维护容 易、工作稳定等重要特点,较为适合检修闸门的工况。另外,螺杆机也能兼顾远程控制,从而 实现自动化的同时也能现地手动操作,从而实现双保险。由于启闭机使用频率并不高,对倡导 的节能减排来说,影响甚微。 4 工艺设计 由于检修闸门安装于上游取水主泵前,亦属于重要生产设备,需确保其正常、高效启闭。 在改造设计中,尤其需注意由于检修闸门流道内一般处于无水状态,而检修闸门外部的水位随 潮位持续变化,此时检修闸门所需启闭力与其闸门内外水位差成正比,因此需对具体启闭机驱 动力进行核算。 4.1 启闭力计算 4.2 结构设计 整个流道口底部至地面*台地面距离为 17m,考虑到运行时间及效率,闸门无需完全提升 至满量程,根据运行工况只需将闸门提升出流道口即满足工况。这样也极大节省了时间成本。 同时为确保螺杆机在恶劣天气下的设备状态,选用不锈钢罩进行保护并在钢制*台下加开观察 孔(螺杆机与钢制*台一体化),从而能对封闭在钢制*台下的检修闸门进行观察。另外,为 避免丝杆在检修闸门开启过程中长时间受力造成损伤,计划在钢制*台处加设一插销,缓解丝 杆所受拉力(图 1)。 4.3 控制设计 为确保检修闸门启闭正常,运行控制方式采用手动本地、上位机远程控制相结合的模式。 由于在一般情况下,起吊检修闸门均要求两名值班人员在场进行操作及监护。因此,在本地模 式中就地设立一个手动操作控制柜,对检修闸门进行控制。在闸门机械连锁启动时,控制柜中 的报警灯亮起并紧急停止闸门运作(表 3)。 表 3 工控箱状态表 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 由于检修闸门地处长江边,考虑到时常有恶劣天气出现,因此为螺杆机配备相关自控设 备,为紧急情况下的应急处理做好保障。为确保检修闸门自控系统能够顺利与水库其他设备相 连接、互相兼容,同时考虑此次检修闸门的控制信号以及相关数字量、模拟量信号数量、使用 环境等情况。可采用 AB 系列小型 PLC,通过罗克韦尔三层网络(信息层、控制层、设备层) 高效、安全、稳定地对各类信号、设备进行传输、控制(表 4)。 远程控制除了体现全部就地控制的信号外,还接入开度超差监控、软件报警等功能,最大 程度预防恶劣天气下,螺杆启闭机检修闸门运行不*衡从而造成丝杆断裂等重大安全隐患。另 外,设备相关信号均通过设备层分别接入至 PLC 模拟量、离散量模块,然后通过工业交换机 传至上位机,从而达到能够在上位机进行远程监控的功能。 5 改造后效果 检修闸门通过此次改造,将原有双吊点葫芦启闭改成暗杆螺杆机启闭之后,预*岬玫 如下改进:(1)开启时间由改造前的 6h(包含 12 台闸门以及其盖板的启闭)缩减至 30min (改造后可以多扇闸门同时启闭且免去了盖板起吊的过程),从而使运行效率大大增加。 (2)增加远程监控功能,使得值班人员在中控室能够对检修闸门运行状态进行监测及控制, 不仅减少了人力成本,同时



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