淺談船閘電氣自動化控制設備改造與技術應用

黃建春

摘 要：現階段，電氣自動化設備在生產生活中扮演著重要角色，自動化設備的安全性和可靠性也尤為關鍵。船閘自動化控制設備改造和應用的過程中，應以船閘信息化建設為基礎，采用先進的控制系統，以保障船閘的平穩運行。

關鍵詞：船閘電氣自動化控制;設備改造

近年來，我國電氣自動化應用范圍得到明顯擴張，該階段也取得了較為顯著的應用效果，這一發展趨勢也為自動化技術的創新進步創造了有利條件。船閘電氣自動化控制設備既可優化船閘系統控制效果，又可以彌補人工操作中存在的各項不足，保障船閘設備的有序運行。

1船閘電氣自動化控制設備改造概述

現如今，船閘工程電氣自動化技術與電氣自動化設備廣泛應用于多個領域。船閘主要的作用是確保通航建筑物發揮自身作用，使船舶安全平穩地通過閘壩，減少資源的損失。電氣自動化設備應用于船舶工程，與我國自主研究的閘壩自動化技術有機結合，能夠充分發揮其作用優勢。如在船閘工程中應用電氣自動化設備，能夠顯著提高船閘自動化水平，為船舶安全通航打下基礎。但是我國船閘自動化技術與發達國家相比依然存在著不小的差距。相關部門需不斷創新我國船閘電氣自動化設備，研發船閘控制工程技術。

2船閘電氣自動化設備改造的發展

我國船閘電氣自動化設備改造發展主要分為三個階段，分別為設備終端改造階段、設備更新階段和技術升級階段。以下筆者就從發展中經歷的三個階段入手，簡要分析船閘電氣自動化設備改造的發展進程。

2.1設備終端改造階段

我國船閘電氣自動化設備終端改造的過程中，自動化設備和船閘技術相對滯后，現有設備無法與我國船閘領域的發展相適應。為改變這一狀況，我國也引進了諸多先進的船閘電氣自動化設備，且加大了船閘自動化自主研發的力度。在相關領域研究人員的共同不懈努力下，我國已經初步研制出性能較為完善的專用行程開關及船閘自動跟蹤同步控制裝置。采取上述改造方法后，我國船閘運行更為安全，大大改善了船閘的運行環境，切實提高看船閘運行及工作的效率。

2.2設備更新階段

設備更新的過程中，基于工業自動化技術的全面發展，我國尤其重視船閘電氣自動化設備的改造和技術創新。船閘工程中應控制系統和傳感系統，推動船閘電氣自動化設備及相關技術的深入發展。另外，我國船閘運營單位學習和借鑒了國外先進設備，對設備自主研發投入大量的資源，研制出真正屬于我國的船閘電控系統，從而全方位增強了船閘運行的安全性、穩定性和可靠性。而且在自主研發的過程中也可積累大量的實踐經驗。

2.3技術升級階段

我國船閘電氣自動化設備技術升級的過程中，電氣自動化工程師利用自身積累的工作經驗，在工業化技術改造中，將PLC技術與以太網有機結合，在多座船閘間協同利用傳感裝置、計算機控制系統、網絡圖像監控系統及廣播系統升級改造技術，為船舶自動化技術的持續發展奠定堅實的基礎。

3船閘電氣自動化設備改造新技術

就船閘電氣自動化設備改造新技術而言，本文將從船閘電氣拖動及調速技術、控制技術、傳感技術這三方面來進行詳細說明，希望能夠為更好的分析船閘電氣自動化控制設備改造與技術應用提供一些參考。

3.1船閘電氣拖動及調速技術

3.1.1機械啟閉機有：

（1）螺桿式啟閉機：是一種用螺紋桿直接作用，或者通過導向滑塊、連接桿件及閘門門葉的相互作用對閘門進行啟閉控制的裝置。螺桿式啟閉機既可以產生啟門力，又可以結合螺桿的承載負荷能力產生一定強度的閉門力。通常情況下，螺桿式啟閉機更加適用于中小型閘門。

（2）齒輪齒條式啟閉機：通過電力驅動減速箱，依靠齒輪、軸承和后齒輪的相互聯動作用，達到啟閉閘門的目的。齒輪齒條式啟閉機適用于橫拉門。

（3）圓盤推桿啟閉機：此類啟閉機是對四連桿機械構造實行優化改造的成果。借助電動機與減速器的作用帶動圓盤高速穩定旋轉，控制閘門的啟閉。圓盤推桿式啟閉機具有適用范圍廣，安全穩定性強等優勢。

（4）齒條推桿式啟閉機：將由齒板與槽鋼組成的齒條的一端鉸接在閘門門葉的頂橫梁上，使推桿與齒輪水平銜接，依靠齒輪的轉動帶動齒條勻速運轉，達到控制閘門啟閉的目的。

（5）鋼絲卷揚機式啟閉：此類型啟閉機被廣泛應用到船閘閘門啟閉控制中。通過電力驅動使纏繞鋼絲繩的減速齒輪持續穩定運轉，依靠鋼絲繩的收放控制閘門啟閉。由于鋼絲卷揚式啟閉機的安全風險較高，已經逐步被其他類型啟閉機所取代。

（6）滾珠絲桿啟閉機：滾珠絲桿啟閉機是一類極具代表性的船閘機械啟閉機。通過變頻器對滾珠絲桿的運動展開變頻控制，達到控制閘門啟閉運行速率的目的。滾珠絲桿啟閉機具有調速方便，控制效果良好等優勢。在推拉桿與閘門連接位置設置蝶形彈簧緩沖器，可以有效減輕負載突變產生的不利影響，降低緩沖力。

3.1.2液壓啟閉機

液壓啟閉機主要由動力部分、執行部分、控制部分和輔助部分組成，這四部分的具體情況如下：

①動力部分：液壓泵，液壓系統的動力元件，將動力機的機械能轉化為液態油的液壓能。

②執行部分：油缸，執行系統關鍵元件，將液壓能轉換為機械能。

③控制部分：壓力控制閥、流量控制閥以及方向控制閥等。通過對液態油的流量、流速和壓力的合理控制，滿足液壓傳動系統的性能要求。

④輔助部分：輔助系統主要包括油箱、連接接頭、濾油器和壓力表等組件。輔助系統可以促使動力系統、執行系統與控制系統相互聯動，實現循環往復作業。

3.1.3船閘液壓啟閉機控制要求及優化

液壓啟閉機具有系統化、標準化與通用化等基本特征，這也是液壓啟閉機屬于船閘啟閉機的主要原因。液壓啟閉機的傳動系統與傳統機械傳動系統存在較大差異。在輸出功率保持一致的前提條件下，液壓啟閉機的傳動系統的體量更輕，慣性更小，平穩性更強，且安全系數更高。不僅有效解決了傳統機械傳動系統因加工裝配誤差出現的非規律性震動問題，還充分發揮了油液的系振作用，確保了閘門頻繁轉換的平穩性。液態油既可以作為一種動能轉換介質，又可以作為機械表面潤滑劑，減小摩擦力，延長設備使用壽命。相比機械式啟閉機，液壓啟閉機對電機的控制更加靈便，自動化程度更高。電液聯合應用可以充分發揮這兩方面的優點，保障循環作業的安全性。

3.2控制技術

電氣自動化設備與技術在船閘系統中的應用有著十分積極的現實意義，其中，控制技術的應用是最為核心的環節。若無法有效控制船閘，則會在很大程度上阻礙電氣自動化作用的有效發揮[2]。船閘建筑規模較大，若想充分保證控制的效果，則需先解決技術難題。我國在控制技術研究創新的過程中，也極大地推動了船閘電氣自動化技術的全面發展。

目前，基于計算機系統控制船閘運行狀態較為普遍。船閘控制技術的發展主要分為五個階段，分別為繼電器控制技術，這一技術也是最為基礎的控制技術;晶體集成電路，該技術與我國科技發展水平息息相關，晶體管是該階段尤為重要的研發項目。接下來是小規模PLC控制階段，這是PLC技術發展的初期取得一定研究成果后，所采用的控制技術。第四階段是大規模PLC階段，這一階段是我國PLC技術發展相對成熟的階段[3]。最后一個階段是利用計算機網絡系統嚴格控制船閘的運行狀態，該技術也是現階段最具先進性的控制技術，有利于保障系統安全、平穩運行，且維修尤為便捷，具有人機互動功能。

3.3傳感技術

傳感技術有利于維護船閘的穩定性，合理利用傳感器能夠提高船閘的運行效率。當前，傳感技術現已處于相對成熟的發展階段，傳感器廣泛應用于船閘的多個部位。利用傳感器能夠全面控制船閘的每個角落，實現船閘的全面控制，促使人員全方位了解每個位置的運行情況。我國船閘傳感器和傳感技術發展水平顯著提高，傳感器類型十分豐富，研究的類別也相對較多，如高度傳感器、溫度傳感器、水位傳感器和壓力傳感器。不同傳感器的作用有所不同，所有的傳感器都能夠將信號順利地傳輸至總控制系統之中，確保計算機系統可以全面掌握船閘的運行概況。

傳感器設計相對簡單。例如高度傳感器設計初期，以定制光電碼盤到旋轉編碼器。創新發展中，利用傳動裝置即可形成鏈輪鏈條傳動機構，運行相對便捷，且維修相對便利，操作難度較小。需要注意的是，雖然設備結構簡單，但是零部件的精密度較高。

結束語：

通過以上分析我們可以獲知，電氣自動化設備應用在船閘設備中，發揮著極為關鍵作用。船閘控制是實現電氣自動化的基礎。在設計傳感的支持下，能夠科學設計船閘線路，從而有效控制船閘，這也為電氣自動化設備改造創新創造了有利條件。為此，在創新過程中，工作人員要及時了解控制技術、傳感技術和控制工藝流程技術，并能夠客觀認識我國現階段船閘電氣設備改造中的各項不足，明確未來的改造方向和創新方向，以此更好的推進我國船舶事業的發展。

參考文獻：

[1]邱留清.船閘電氣自動化控制設備改造與技術應用探討[J].中國科技投資，2019，000（032）：203-203.

[2]張浩.船閘電氣自動化設備改造與技術創新討論[J].輕松學電腦，2019，000（025）：P.1-1.

[3]蔣平.船閘電氣自動化設備改造與技術創新研究[J].中國水運（上半月），2019，000（001）：24-25.

（南通市港航事業發展中心，江蘇 南通 226000）