探讨船闸电气自动化控制设备改造与技术应用

朱虹霏

（广西西江开发投资集团有限公司，广西梧州 543199）

0 引言

随着国家综合国力快速提升，人们的生活质量有了极大的改善，工业化发展越来越快，电气自动化设备的运用也越来越广泛。船闸工程中电气自动化技术和电气自动化设备应用的最为广泛，船闸在社会中的作用就是作为通航建筑物，承担着保证船舶顺利安全通过闸坝的责任。

1 船闸概述

船闸就是用以保证船舶顺利通过航道上集中水位落差的厢形水工建筑物。通航船闸作为通航建筑物的一种，对于畅通航道、便利和发展水路运输，具有不可替代作用。由于船闸是枢纽的重要组成部分，过闸船舶在通航活动中的必经之路，是河航道中的重要结点，对于防洪和航行交通都具有重要作用，如图1所示。

图1 船闸

近年来，随着水运事业的不断发展，水上运输量急剧增大，船闸的地位愈发重要。然而船闸在长时间使用过程中会出现不同程度的损伤，比如受到船舶撞击以及自身老化因素影响，使得船闸内部结构的稳定性受到一定破坏，从而带来安全隐患。因此，船闸的电气自动化设备的使用以及技术的创新，是社会发展的必然选择。

2 船闸工程中电气自动化技术的应用现状

近年来，我国不断从国外引入先进的电气自动化技术和先进的电气自动化设备使我国的船闸自动化水平得到了很大的提升和发展，特别是近年来我国在船闸自动化技术中又创新的应用了PLC和计算机网络控制技术。与以前相比，我国船闸的自动化控制技术已经得到了巨大的进步和发展，但是我国船闸控制技术与国外的先进技术相比仍然存在相当大的差距，这也阻碍着我国船闸工程电气自动化技术的进一步发展。而且国外在船闸工程电气自动化设备技术上还形成了垄断的趋势，在对我国出售电气自动化设备的过程中，不会向我国出售电气自动化设备的技术。因此，我国的船闸发展只有在引入的先进电器自动化技术设备中不断探索和创新，努力提高自主的电气自动化设备的创新能力，从而具有自主的船闸工程控制技术。

3 船闸电气自动化设备的改造历程

3.1 船闸电气自动化设备争端改造阶段

在船闸电气自动化设备争端改造阶段中，由于在船闸运营过程中缺少相应的船闸自动化设备和船闸技术水平的不足，导致现有的船闸设备已经跟不上船闸领域的发展。因此我国引入了大批的先进船闸电气自动化设备，并且国内也对船闸自动化领域的相关技术进行攻关和自行研制。经过船闸领域的研究人员不断的努力，已初步研发出了高性能的专用行程开关、船闸活动桥自行控制系统和船舶自动跟踪同步控制装置等。通过这些改造措施，极大地提高了船舶在通过船闸时的安全性，并且还改善了船闸在工作过程中的工作环境，提升了船闸的工作效率。

3.2 船闸电气自动化设备更新阶段

在船闸电气自动化设备更新阶段，相关人员对船闸电气自动化设备进行了全面改造和技术上的创新。在船闸工程领域应用了控制系统和传感系统，这样极大地促进了船闸电气自动化设备的技术提升。同时船闸运管单位也不断从国外先进设备上进行摸索创新，从而研究出了自主的船闸电控系统，将船闸在工作时的安全性、可靠性和维护性大幅提升，在这个过程中也为电气自动化技术的创新阶段积累了大量的经验。

3.3 船闸电气自动化设备系统技术升级阶段

在船闸电气自动化设备系统技术升级阶段，电气自动化工程师们在几十年经验的积累下，通过融合工业化的技术改造将以太网大规模应用PLC技术实现了多座船闸之间可以协同利用传感装置、计算机控制系统、网络图像监控系统和广播系统的升级改造技术，实现了船闸自动化技术水平质的飞跃。

4 船闸电气自动化设备改造技术创新分析

4.1 船闸电气拖动及调速技术

4.1.1 船闸人字门启闭机

在船闸电气自动设备改造技术创新中对船闸的电气拖动以及调速技术的改造是非常重要的。而在整个改造过程中，其中创新的技术主要就是船闸人字门启闭机。采用人字门启闭机，主要使用的就是滑差电动脱机，这样可以实现调速。但是在使用该技术的同时，出现了“超灌超泄”的不良情况，影响了滑差电动脱机的正常工作，让其一直处于一种低负荷的工作状态，从而导致船闸的调速不能正常进行，出现时空紊乱的情况。因此，后来进行升级改造，使用的是双速鼠笼式电动机，这样可以快速实现变级调速的目标和要求。但是对电气自动化设备的保护不够，带来一定的安全隐患，一旦问题出现，就会导致船闸不能正常使用。最后，则是采用了变速调频的技术，避免电机变速对设备造成不良的影响以及损耗。

4.1.2 活动桥启闭机

活动桥启闭机是另一个比较重要的创新技术。该技术最开始的创新结合改造，也是使用的滑差电动脱机，最重要的是，初期使用的是开环控制，但是在船闸实际的使用该系统的过程中，发现该技术不能与电气设备同步，也就是会互相影响，反而延迟了船闸的运行，导致船闸运行的不顺畅。所以，在发现这个问题以后，进一步对该技术进行改造和创新，并且根据掌握的某些技术和研究，比如在原有的设备之上，加上高差检测装置，以及增加一个伺服电机，并且还需要对系统的同步性进行调整，等每一个环节都调整完成以后，需要在和电气自动化设备共同试验，观察该技术是否能够与电气自动化的设备能够同步，并且跟踪的效果是否符合现在的要求和标准。最重要的是，在改进以后，让闭环控制具备了大量的跟踪装置和侦察装置，并且把调速系统也进行了改装，这样可以保证调速的方便性，在其中使用了旋转编码器、单片机技术，同时还使用了PLC技术，这三种技术在船闸自动化技术创新中的应用，更能够提高系统的稳定性，而且便于维护和检修。

4.2 传感技术

传感技术对船闸的稳定性具有重要的作用。使用传感器，可以加快船闸运行的效率和速度，并且确保其稳定性。而且传感技术已经比较成熟，同时传感器被安置在了船闸的各个位置，通过传感器可以控制船闸的每一各位置，了解每一处的具体情况。我国对船闸的传感器以及传感技术一直在探索，而且由于传感器的种类比较多，有高度传感器、温度传感器、水位传感器以及压力的传感器等，所以研究的类别比较复杂。不同的传感器有不同的作用，但都有一个特征，都会把信号传输回到总控制系统之中，让计算机系统了解船闸的具体情况。比如，高度传感器中的旋转编码器已经取代了从前的定制光电码盘，利用旋转编码器可以忽视恶劣天气的影响，在船闸工程领域进行全天候运行。

4.3 控制技术

控制技术是船闸电气自动化设备改造技术中最关键的环节。如果不能对船闸进行全方位的控制，就会导致电气自动化失去作用和效果。但是由于船闸建筑过于庞大，想要实现全面控制，在技术上存在一定的难度。现阶段，相关人员对控制技术的研究和创新，促进了船闸电气自动化的发展。目前，使用的是计算机全面操控传船闸的运行。船闸控制技术第一个阶段是继电器控制技术，该技术是最原始的控制技术。第二阶段则是晶体管集成电路，该控制技术与当时的科技发展有直接的关系，晶体管在该阶段是我国重点研发项目。第三阶段是小规模PLC控制，这是PLC控制技术刚开始有一定的研究成果以后应用的控制技术。第四阶段是大规模的PLC技术，该阶段PLC技术已经比较成熟。第五阶段，则是使用的计算机网络控制船闸的运行，也是目前最先进的控制技术。计算机网络控制实现了人机交互，使得整个系统更加安全，而且维修十分便利。

4.4 控制工艺流程

控制工艺流程是自动化技术创新的最后一个要求，流程越简单，对设计和技术创新的帮助越大。首先，目前比较重要的对船闸的控制方法是利用计算网络进行控制，其控制流程的简单化对计算机控制船闸的运行具有巨大的优势。因此，在设计的时候，内部要精细化，这样可以避免因为程序和零部件等导致控制工艺出现问题。其次，在创新控制工艺流程的时候，应该秉承在不影响正常船闸运行的基础上，实现简单化设计的要求和目标。最后，则是对监控方面实现精密化的处理。

5 结语

综上所述，在船闸电气自动化控制设备改造过程中，不仅要对电气设备自身的质量、结构、标准等做好把关，同时也要在电气设备改造前对设备相应的功能进行详细的测试，从而确保改造后的设备能够稳定运行，这样才能提升船闸电气自动化运行效率，保障通航设备的安全运行。