洺河节制闸液压启闭机及闸控系统功能完善改造

宋继超

(南水北调中线建管局河北分局，河北 石家庄 050000)

南水北调中线干线工程于2014年12月12日正式通水，全线采用“统一调度、集中控制、分级管理”的原则实施调度，总干渠渠道水量调节由总调中心下发远程指令，通过沿线64座节制闸液压启闭机操控闸门启闭来进行。洺河渡槽位于南水北调中线干线永年段，进口节制闸共3孔，由3台启门力为2×320kN的液压启闭机采用一控一方式操控3扇弧形闸门。针对液压启闭机及自动化控制系统运行中存在的问题，2018年12月管理处对3台液压启闭机及闸控系统功能进行了完善改造。

1 液压启闭机及闸控系统功能完善改造前存在的问题

a.闸门开度编码器为增量式编码器(相对型)，开度信号为高速脉冲信号，脉冲信号是按一定电压幅度、一定时间间隔连续发出的，抗干扰能力弱，在传输过程中因其他电场的干扰，导致开度数据出现跳变，PLC无法判断闸门运行的实际工况。

b.开度数据在传输、转换、读取过程中中间环节较多，PLC对闸门开度信号采集的方式为编码器输出信号通过转换器转换为开度值，然后通过485接口Modbus RTU协议接入到MB+网关中，PLC通过MB+总线扫描网关来采集开度仪表数据。在闸门动作时，触摸屏开度数据显示滞后，且PLC不能及时收到闸门开度信号，无法对目标开度作出实时校验，易造成闸门远程操作失败。

c.油箱油温加热装置为电热丝，加热器表面温度可达700℃，加热时须开启油泵循环油液，若热保护失效存在火灾隐患。

d.液位计未带单向阀，油箱出口蝶阀法兰与避震喉法兰共用一套连接螺栓，导致在维修、更换液位计、避震喉时需将油箱内液压油全部抽出，增加了检修维护的难度。

2 设备功能完善改造实施主要内容

2.1 电控系统改造

将现有的相对型行程检测装置改为安全可靠、测量精度高的绝对型行程检测装置(静磁栅式位移传感器)，开度传感器输出信号为SSI信号。

将原行程检测装置、柜内小PLC拆除，安装静磁栅式位移传感器，采用屏蔽电缆重新敷设油缸至电控柜电缆，并重新整理柜内电缆，绝对型行程检测装置自配屏蔽电缆接至电控柜内三通转换连接器上，保证正常工作时行程检测装置输出信号接入PLC，当PLC故障时可通过转换接头迅速将行程检测装置输出信号接至现场的开度仪表进行显示，PLC和显示仪表不可以同时采集信号。

2.2 液压系统改造

将原电热丝加热器改为管式PTC加热器，该加热器表面温度最高只能达到55℃，超过后加热器就失去了加热能力，可以避免火灾发生，同时对电控系统增加硬接点和软接点两种保护，确保加热装置安全运行。

采用带单向阀的液位计更换原液位计，吸油口避震喉增加法兰，测量原设备上的法兰、管路安装尺寸，重新采购法兰、油管，管路现场弯制、焊接完成后进行酸洗流程处理，管路连接后做耐压试验并确保无渗漏油。

2.3 闸站监控系统改造

电控柜UPS为小容量的1kVA，35kV掉电后坚持不到30min，改用闸控的UPS供电，增加一面网络柜用于安装SSI采集设备，同时进行电源的重新分配，双功能合二为一。

将触摸屏更换为具备modbus tcp通信协议的10英寸触摸屏，通过调整PLC I/O模块，增加光纤模块、网卡、电源模块、以太网IO站适配器、高功率电源、以太网IO适配器、IO光纤模块、串口模块、处理器模块、SSI采集模块、背板等，一方面，将开度信号直接接入自动化系统的PLC模块，不再经由其他设备进行转换，另一方面，使得PLC系统的现地网络结构能够改造为工业以太网结构。改造升级后的工业以太网通信速率不小于100Mb/s，无限制字节量，可EIO扩展，具有扩展功能，双向同时传输。PLC调整前与调整后系统结构图见图1和图2。

图1 调整前PLC系统结构图(MB+冗余方案拓扑图)

图2 调整后PLC系统结构图(工业以太网冗余方案拓扑图)

对PLC应用软件、触摸屏应用软件、现地工控机闸站监控软件、远程闸站监控软件等进行相应的升级改造，以适应升级改造后的液压启闭机系统和现场数据采集网络，使数据交换更加安全、可靠、稳定、迅速。

3 安装调试

3.1 调试前准备工作

a.申请调度指令，将闸门逐孔退出调度，并关闭相应闸孔检修闸门。

b.检查各类电源、信号、通信线缆，液压元件、模块等硬件设备是否已安装齐全。

c.检查在手动状态下闸门运行过程中开度数据是否稳定准确。

d.核对改造图纸与现场接线情况是否一致。

e. SSI信号接入PLC，且通信正常。

3.2 调试流程

a.闸门进行全开全关的手动模式操作，获取闸门运行过程中的基础数据，并查看闸门的运行工况。

b.闸门进行全开全关的自动模式操作，以调整闸门运行速度和自动纠偏量。

c.自动模式下操作闸门小范围运行，以调整闸门运行姿态。

d.闸门升降过程中，测试各类紧急状况条件下的保护是否有效。

3.3 调试期间注意事项

严格遵守调度规程，一人监视PLC，一人控制触摸屏，一人观察闸门运行状况，出现闸门动作异常等紧急状况时，按下紧急停机按钮，保护设备安全。

4 实施后效果

闸门开度是闸门控制的最主要参数，对闸门开度的准确、高效、稳定的采集，是实现对闸门安全、稳定、可靠、高效控制的重要前提。通过对液压启闭机及闸控系统功能的完善改造，使液压启闭机运行维护更加安全便捷，闸站监控系统运行高效可靠，闸门开度等各项数据采集高效稳定，2019年1—6月份洺河节制闸闸门远程指令执行成功率达100%，为南水北调中线总干渠通水安全运行提供了可靠保障。