景洪水力式升船機大小門充間隙水運行流程設計

王虎軍，劉 錦，王 洋，何慶周

（西安航天自動化股份有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

景洪水力式升船機是一種新型式的升船機，它控制承船廂的升降是以水作為動力，不是傳統的采用電機拖動的電力卷揚式，在國內外屬于應用首例。它的工作原理是，設置的16個平衡重浮筒分別布置于16個充水豎井中。通過控制上游閥室的3個充水主輔閥和下游閥室的3個泄水主輔閥使豎井水位產生上升和下降，實現浮筒在豎井中運行，平衡重浮筒的上下運行再驅動承船廂的上下運行。當承船廂側重量大于浮筒平衡重側重量時，使承船廂下行，當承船廂側重量小于浮筒平衡重側重量時，使承船廂上行。

由于上下游充泄水閥門關閉不嚴產生漏水或承船廂的廂體漏水，這兩種事故工況不會破壞升船機的平衡系統，所以水力式升船機具備更高的安全性[1]。

1 主要控制和監控設備組成

景洪水力式升船機控制系統設備主要由承船廂子站設備、驅動子站設備、上閘首子站設備、工業電視及廣播以及直流供電等系統組成。

2 控制系統網絡

景洪水力式升船機系統網絡采用100 M雙環光纖以太網結構，分為主控層和現地層。整個系統主要由上位監控系統、承船廂子站、驅動子站、上閘首子站和公用子站等組成。

主控層和現地層均接入雙環網絡，現地層子站再通過MB+網絡實現和相應各控制單元的數據交換，所以各控制單元通過子站實現和主控層設備的間接數據交換[2]。

上位監控系統為主控層，其余的設備子站系統為現地層，各現地層子站通過安裝在控制柜內的工業以太網交換機接入以太環網[3]。控制系統網絡結構見圖1。

圖1 控制系統網絡結構圖

主控層的上位監控系統能夠實現數據采集和處理、升船機實時動態運行畫面顯示、工業電視監視和通航指揮監視、事件順序記錄、事故處理及恢復操作指導、實時數據庫和歷史數據庫管理、記錄及歷史報表打印、系統設備運行維護管理、軟件開發及培訓的功能[4]。

現地層以雙機熱備的PLC系統為現地主控單元的核心設備，PLC設備與觸摸屏以TCP/IP、UNI-TELWAY等協議進行通訊，畫面通過棒圖、指針、曲線等直觀顯示，可以完成參數設定、運行監視、數據查詢等功能，其報警記錄具有實時性和可追溯性的特點。

3 上閘首系統組成

上閘首子站設備及其控制單元的工作大門系統、工作小門系統、上游引水管進口事故門系統之間是通過工業MB+網絡相連，是網絡系統的現地層。

上閘首子站控制系統網絡結構見圖2。

圖2 上閘首子站控制系統網絡結構圖

3.1 工作大門系統

上閘首工作大門裝置用于阻擋上游水位，使升船機能夠安全、可靠地運行。工作大門最大設計行程為10.9 m，其中運行最大行程為10.7 m。

該系統通過工作大門液壓泵站油泵電機、電磁溢流閥、提升電磁閥的控制來實現對工作大門裝置提升，下落電磁閥控制實現對工作大門裝置下落，通過控制糾偏閥可實現工作大門左右兩個油缸裝置的同步運行，還可以對大門開度及管道壓力、流量的監控。

3.2 工作小門系統

上閘首工作小門裝置位于工作大門上，是升船機上游對接后控制船只進出的引通道，工作小門最大設計行程為3.58 m，運行最大行程為3.5 m。

該系統通過工作小門液壓泵站油泵電機、電磁溢流閥、提升電磁閥控制來實現對工作小門裝置提升，下落電磁閥實現對工作小門裝置下落控制。

與工作大門相同，通過控制糾偏閥可實現工作小門裝置的同步運行。

4 承船廂系統組成

景洪水力式升船機承船廂子站由4個液壓泵站和2個臥倒門液壓泵站設備組成，2個臥倒門液壓泵站設備分別控制上、下游的臥倒門系統，4套液壓系統布置于承船廂4角，分別控制4角所轄范圍內的現地控制設備，包括調平油缸伸縮、夾緊、頂緊裝置、上游密封框裝置、上、下游承船廂防撞梁裝置的進退及液壓系統油溫、液位、油壓、油泵電動機的運行參數等數據進行采集與處理。

承船廂控制系統還可以實現上游、下游船廂出廂和下游進閘進廂交通燈的控制，保證過往船只安全通航。它同時接收中控室控制命令和上位驅動子站硬接線信號并進行處理[5]。

承船廂子站控制系統網絡結構見圖3。

圖3 承船廂子站控制系統網絡結構圖

5 運行控制流程

景洪水力式升船機電氣系統的運行控制流程主要包括準備流程和生產中的運行流程。

準備流程屬于上班前的的輔助流程，主要包括工作各子站準備流程、工作大門運行至擋水位自動控制流程、承船廂靜態調平自動控制流程、承船廂廂內補水控制流程等。

生產運行流程屬于承船廂生產中的正常運行流程，主要包括承船廂上行至上游對接位自動控制流程、上游對接自動控制流程、上游對接解除自動控制流程、承船廂下行至下游對接位自動控制流程、下游對接自動控制流程、下游對接解除自動控制流程等。

5.1 上、下游對接自動控制流程

承船廂上、下游對接自動控制流程是承船廂到達上、下游對接位后，分別與上、下游引航道進行對接，目的是使承船廂內水位分別與上、下游引航道水位進行連通，以便船舶能夠順利駛出承船廂，分別通過上、下游引航道進入上、下游庫區。

承船廂上游對接自動控制流程順序為:制動器上閘—頂緊機構推出—夾緊機構推出—密封框機構推出—工作小門下落充間隙水—上游臥倒門開啟—上游防撞梁下落—船舶出廂進入上游引航道—流程結束。

承船廂上游對接自動控制流程見圖4。

圖4 承船廂上游對接自動控制流程圖

承船廂下游對接自動控制流程較上游設備少，其順序為:制動器上閘—下游臥倒門開啟—下游防撞梁下落—船舶出廂進入下游引航道—流程結束。

5.2 上、下游對接解除控制流程

承船廂上下游對接解除自動控制流程是承船廂到達上、下游對接完成且廂內船舶全部駛出后的下一個工作流程的起點，它的目的是接收上下游船舶的承船廂與上下游航道脫離，以便承船廂能夠進行升降運行。

承船廂上游對接解除自動控制流程順序為:上游船舶全部通過上游引航道進廂—上游防撞梁上升—上游臥倒門關閉—工作小門上升—間隙水排水閥開啟泄間隙水—密封框機構收回—頂緊機構收回—夾緊機構收回—制動器松閘—流程結束。

承船廂上游對接解除自動控制流程見圖5。

圖5 承船廂上游對接解除自動控制流程圖

承船廂下游對接解除自動控制流程順序為:下游船舶全部通過下游引航道進廂—下游防撞梁上升—下游臥倒門關閉—制動器松閘—流程結束。

5.3 工作大門的擋水位控制流程

工作大門運行至擋水位自動控制流程是上班前將工作大門由最高擋水位下降至當前擋水位，并能夠隨上游水位的升降變化自動調節高度。

上閘首工作大門啟閉機的控制系統能根據上游水庫水位變化自動調整大門位置，為了防止工作大門頻繁升降運行，工作大門液壓啟閉機單次升降高度設置為500 mm，當水庫水位上升或下降使得小門門檻以上水位小于2.5 m或大于3 m時，程序自動控制工作大門下降或提升500 mm，使套內的工作小門門檻以上始終保持2.5 m～3 m的正常通航水深。

工作大門運行至擋水位自動控制流程順序為:工作大門鎖定裝置解鎖—工作大門下落—落門到位--隨水位調節高度—工作大門鎖定裝置鎖定—流程結束。

工作大門運行至擋水位自動控制流程見圖6。

圖6 工作大門運行至擋水位自動控制流程圖

5.4 工作小門的下落充間隙水自動控制流程

上閘首工作小門下落充間隙水是在承船廂上游對接過程中，工作小門下落，使上游航道的水通過工作小門頂部快速充入密封框間隙中，平衡上游臥倒門兩側的壓力，為下一步上游臥倒門的開啟提供條件。

工作小門落門充間隙水自動控制流程為:工作小門下降至充水平壓位—充間隙水平壓—工作小門下降至全開位—流程結束。

工作小門的下落充間隙水自動控制流程見圖7。

圖7 工作小門的下落充間隙水自動控制流程圖

6 結語

景洪升船機是中國原創的世界首臺水力式升船機。在承船廂的上游對接過程中通過上閘首子站控制工作大門到上游擋水位，再控制工作小門下落，頂部過水方式實現密封框快速充間隙水，通過開啟間隙水排水閥快速泄間隙水。經過實踐運行證明，該控制流程邏輯關系正確、設備動作定位準確，達到了預期效果。它較以往升船機的控制采用充泄水管道的方式縮短了密封框的充泄間隙水時間，提高了升船機的運行效率，為以后升船機的設計提供了一種新的借鑒方式。