向家坝升船机信号检测装置综述

黄小波

摘 要：向家坝升船机信号检测装置是升船机电气控制系统中控制参数和状态信息来源，是自动化流程中不可缺少的重要组成部分。它涉及位移、水深、水位、行程、位置、电压、电流、扭矩、船厢减速停位、船舶红外探测等十多种不同性质参数的检测装置。升船机信号检测装置准确、有序、稳定可靠的运作是升船机自动化、安全运行的基础。本文对向家坝升船机检测装置做综合概述，介绍升船机信号检测装置的安装、功能及作用。

关键词：传感器;信号检测;安装;功能

中图分类号：U642             文獻标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）09-0058-03

向家坝水电站升船机采用齿轮齿条爬升式，布置在河道左侧，其中心线与坝轴线交角90°，左、右分别与冲沙孔坝段和厂房坝段相邻。升船机由上游引航道、上闸首（包括挡水坝段和渡槽段）、船厢室段、下闸首和下游引航道（含辅助闸室和辅助闸首）等五部分组成，全长约1530m。升船机按Ⅳ级航道设计，同时兼顾1000t级单船过坝;最大过坝船队为2×500t级一顶二驳船队，最大过坝单船为1000t级机动货船。升船机最大提升高度114.20m，船厢总重约7700t。

检测装置在升船机中是指涉及升船机整体运行的检测装置和状态监护检测装置的系统总成，是电气控制系统中控制参数和状态信息的来源，是电控系统不可缺少的重要组成部分。升船机在运行过程中，检测设备必须按预定程序向现地级控制单元发送一系列相关的被控参数和状态信息，计算机系统通过对这些数据的采集、分析、比对，实时对各类数据的可信度作出评价，择优对系统进行控制，并能及时发现、处理和预防各种可能出现的故障，从而保证升船机准确、有序、稳定、可靠地运行。由此可见，信号检测设备是升船机自动化，现代化和安全性的基础保障。

1 位置检测装置

1.1 限位开关

限位开关采用TURCK生产 LSM-Q31系列行程开关，主要用于设备动作到位行程检测，分布于升船机设备上下闸首、辅助闸首、船厢室等区域。闸首工作门限位开关主要分布于上、下闸首工作门门顶，发讯板安装在门槽土建闸墙上，用于检测工作门的运行动作：上、下闸首工作门提升到到极限位及降落到极限位。上下闸首工作门锁定位置检测装置安装于上下闸首工作门锁定装置上，用于检测上下闸首工作门锁定装置油缸位置，为工作门锁定是否到位提供依据。纵导向及顶紧装置位置检测装置安装于顶紧装置上，用于检测顶紧装置顶紧及退回到位。船厢门位置检测装置安装于船厢门驱动杆及锁定机构支座上，用于检测船厢门开启、关闭到位。船厢门锁定装置位置检测安装于锁定机构上，用于检测船厢门锁定机构锁定、解锁到位。上、下厢头防撞桁架锁定装置位置检测装置安装于锁定装置上，用于检测桁架锁定装置锁定、解锁到位。钢丝绳位置检测装置安装于钢丝绳制动油缸上，用于检测钢丝绳拉紧、释放检测。上、下厢头防撞锁闩位置信号检测安装于船厢廊道尽头船厢门液压油缸上方，用于检测钢丝绳锁闩锁定及解锁信号检测。船厢极限位限位开关安装于小齿轮导向架上，发讯板安装于土建闸墙上，用于控制船厢极限位紧急停机。液气弹簧限位开关安装于液气弹簧支座上，发讯板安装于液气弹簧缸体上，用于检测液气弹簧位置变化程度检测。对接锁定机构位置检测装置安装于对接锁定机构支撑油缸、撑紧油缸及斜支撑油缸上，用于检测对接锁定机构锁定位置和解锁位置。橫导向位置检测装置安装于导向油缸缸体外罩上，发讯板安装于活塞杆上，用于检测导向油缸极限位置;橫导向补偿油缸位置检测安装于船厢，发讯板安装于活塞上，用于检测补偿油缸极限位置。

1.2 接近开关

接近开关采用TURCK生产NI15-M30系列接近开关，主要用于设备动作到位行程检测。分布于上、下闸首密封框，上、下闸首通航门。上、下闸首密封框位置检测装置安装于U型密封框上，用于检测密封框与船厢门的相对位置检测，确保船厢与工作大门准确对接。上、下闸首通航门位置检测装置安装于上、下闸首通航门门顶及油缸拐臂处，用于检测通航门全开及全关位置，确认通航门开启及关闭运行到位。上、下厢头防撞桁架位置检测装置安装于船厢夹板上，发讯板安装于桁架上，用于检测防撞桁架关闭到位信号。上、下厢头防撞带绳检测装置安装于钢丝绳绳头，用于检测带绳及不带绳桁架运行信号检测。

1.3 对接位置检测装置

对接位置检测装置采用华之洋生产的伺服浮动标志镜及TURCK生产的BS18-B反射式红外开关组成。伺服浮动标志镜安装于上下闸首工作门内，反射式红外开安装于船厢上下厢头位置，用于控制船厢与上、下闸首对接过程中，船厢减速、停位及超位保护。

2 船舶探测装置

上、下闸首，下闸首防撞梁及辅助闸首防撞梁船舶探测装置采用IFM生产的O1D105漫反射式红外开关;上、下厢头船舶探测装置采用TURCK生产的BS18-E6X/R对射式红外开关。上闸首船舶探测装置安装于上闸首工作门迎水面门顶，下闸首船舶探测装置安装于下闸首工作门背水面门顶用于探测上、下闸首通航门卧倒区域、辅助闸首工作门区域有无船只，是上、下闸首通航门是否能动作的判断条件。上、下厢头船舶探测装置安装于船厢上、下游夹板上，用于检测船厢上、下游工作门区域有无船只，是船厢门是否能动作的判断条件。

3 水位检测装置

3.1 上、下闸首，辅助闸首水位检测

上、下闸首，辅助闸首吹气式水位计采用RITTMEYER生产的W2Q水位计，安装于上、下闸首，辅助闸首段水位计井中，用于测量上、下游航道及辅助闸首航道水位。上、下闸首，辅助闸首吹气式水位计采用SICK生产的DME5000激光测距仪，安装于上、下闸首，辅助闸首段水位计井中，用于测量上、下游航道及辅助闸首航道水位。吹气式水位计与激光式水位计安装于同一水位计井，相互验证，相互备用，上、下闸首水位计作为船厢与上、下闸首对接，船厢门与闸首通航门开启的闭锁条件，是船厢与闸首对接成功与否的判断条件。

3.2 上、下闸首间隙水位检测装置

上、下闸首间隙水位检测装置，上、下闸首临时储水箱水位检测装置采用STS生产ATM压力式传感器。上、下闸首间隙水位检测装置安装于上、下闸首工作大门U型密封框底部的两边，用于船厢与上、下闸首对接过程中U型密封框水位，确保对接成功。上、下闸首临时储水箱水位检测装置安装于上、下闸首工作大门内临时储水箱底部，用于检测临时储水箱水位，临时储水箱水位是U型密封框泄水闭锁条件，确保密封框正常接触对接的保障。

3.3 上、下闸首排水系统水位监测装置

上、下闸首排水系统水位监测装置采用STS生产的ATM系列压力式传感器，分别安装于上、下闸首排水系统集水井，用于监测集水井水位。其中上闸首检修排水系统水位计用于上闸首引航道检修排水时检测上闸首引航道水位，下闸首渗漏排水系统水位计用于检测下闸首渗漏集水井水位，并参与自动排水控制，防止水淹设备。

3.4 船厢水深检测装置

船厢14个水深检测装置采用STS生产的ATM系列压力式传感器，其中12个高精度水深检测装置安装于船厢廊道底部以上2700mm外连通管路上，用于测量这一基准面以上船厢水深，通过四角水深对比作为船厢水平依据，是船厢运行的闭锁条件;2个低精度水深检测装置安装于船厢廊道底部以上300mm处连通管路上，用于测量这一基准面以上船厢水深，作为船厢水深参考。

4 流量檢测装置

上、下闸首闸首排水系统流量检测装置类型有电磁流量计、示流信号器。上闸首检修排水系统电磁流量计采用罗斯蒙特生产的8732型号电磁流量计，安装于深井泵排水管，用于排水时检测深井泵流量。下闸首渗漏排水系统电磁流量计采用罗斯蒙特生产的8705型号电磁流量计，安装于深井泵排水管，用于排水时检测深井泵流量。示流信号器采用TURCK生产的FCS示流信号器，安装于深井泵润滑水管路上，用于监测深井泵运行时润滑水流量。

5 行程检测装置

5.1 辅助闸首工作门行程检测

辅助闸首工作门位置检测装置采用华之洋生产的FDK-VI绝对型轴角编码器。安装于辅助闸首工作门启闭机卷筒尾部，用于辅助闸首工作门开启和关闭过程时检测工作门行程，并设有关到位、开到位、上极限位、冲水位、3个检修位共6个开关节点，参与辅助闸首工作门运行控制。

5.2 下闸首、辅助闸首防撞梁行程检测装置

下闸首、辅助闸首防撞梁行程检测装置采用华之洋生产的FDK-VI绝对型轴角编码器。安装于下闸首、辅助闸首防撞梁启闭机卷筒尾部，用于下闸首、辅助闸首防撞梁开启和关闭过程时检测防撞梁行程，并设有上极限位、下极限位、工作上限位共3个开关节点，参与防撞梁运行控制。

5.3 传动单元位置检测装置

船厢行程检测装置采用SCANCON生产的SAG-SL绝对型轴角编码器，安装于4个驱动装置齿轮箱中速轴上，奖船厢行程转化为角位移测量，并解算出船厢实际行程。该传感器测量的船厢行程参与船厢实际控制，是船厢运行、与上下游闸首对接的依据。

5.4 船厢全行程检测装置

船厢全行程检测装置有两种，一种为IR电缆，一种为绝对位置编码器。IR电缆采用微码生产的MC-ECG130系列行程检测装置，IR电缆全行程检测装置读数头安装于船厢安全机构下导向架上，编码尺安装于螺母柱侧面，对船厢进行非接触相对测量，并解算出船厢相对塔柱的实际行程。绝对位置编码器采用倍加福生产的WCS系列行程检测装置，绝对位置编码器读数头安装于船厢安全机构下导向架上，编码尺安装于螺母柱侧面，对船厢进行非接触相对测量，并解算出船厢相对塔柱的实际行程。全行程检测装置解算出的船厢行程只作为参考和校验，不参与船厢运行控制。

5.5 船厢局部行程检测装置

船厢局部行程检测装置采用SICK生产KH53系列行程检测装置，局部行程检测装置读数头安装于船厢4个安全机构下导向架上，磁性编码尺安装于螺母柱侧面，完成船厢对接位区间的行程测量。局部行程装置测量出的船厢位置作为船厢对接位的位置参考与校验，不参与船厢对接控制。

6 小齿轮托架载荷检测

小齿轮托架载荷检测采用赫斯曼生产轴销传感器，安装于小齿轮支架上，用于检测驱动小齿轮的作用力，该传感器是测量轴受力载荷的精密测量仪器，小齿轮载荷超限作为传动机构保护措施。

7扭矩检测装置

扭矩检测装置采用Kistler生产的4510B扭矩传感器，安装于矩形闭环同步轴传动系统的四边及中间轴上，用来检测同步轴运行受力情况，同步轴扭矩超限作为传动机构保护措施，同步轴扭矩超限船厢紧急停机。

8安全机构螺纹副间隙动态检测装置

安全机构螺纹副间隙动态检测装置采用邦纳生产的P4E1.3RK06视觉传感器，安装于安全锁定机构导向机构上，用于检测锁定螺杆与螺母间隙。

9 结语

向家坝升船机已于2018年5月26日试通航运行，目前运行状况良好。信号检测系统运行稳定，数据准确，信号准时准确，为升船机流程控制提供了依据。信号检测装置作为升船机控制系统中参数和状态信息来源，是电气控制系统不可缺少的重要组成部分，检测系统的安全可靠，为升船机高效、安全、有序运行提供保障。