南水北调解台站液压闸门自动化控制改造技术探讨

戴 康 李尚志 蒋兴勇 荐 威

（南水北调东线江苏水源有限责任公司徐州分公司 徐州 221000）

1 工程概况

南水北调解台站是南水北调东线工程的第八级抽水泵站。工程位于江苏省徐州市贾汪区境内的不牢河输水线上，毗邻解台船闸。工程建成后，将与刘山站、蔺家坝站联合运行，共同实现出骆马湖125m3/s，入下级湖75m3/s 的调水目标，同时发挥枢纽原有的排泄徐州地区和微山湖湖西片756 m2涝水的排涝效益。

解台站工程主体工程包括泵站、节制闸等工程。解台泵站设计调水流量125m3/s，设计扬程5.84m，安装5 台套2900ZLQ32-6 型立式轴流泵（含备机1台），配TL2800-40/3250 型同步电动机。水泵叶轮直径2900mm，单机设计流量31.5m3/s，单机功率2800kW，总装机容量14000kW。泵站为堤身式块基型结构，站身共分两块底板，中块两孔一联，边块三孔一联。采用肘形进水流道，平直管出水流道，快速门加小拍门断流。站上设工作门、事故门各5台套，均采用QPPY Ⅱ-2×160kN 液压启闭机启闭；站下进水流道配平面钢质检修门2 套共4 扇，电动葫芦起吊。站下游有拦污栅桥和拦污栅，配HQ-A型回转式清污机10 台套，SPW 型皮带输送机输送污物。解台节制闸设计排涝流量500m3/s，为钢筋混凝土胸墙式结构，共3 孔，每孔净宽10m，设钢质平板门，采用QPPY Ⅱ-2×160kN 液压启闭机启闭。

2 运行管理中存在的问题

（1）所有闸门在控制过程中，当任意一孔闸门的控制出现问题时，其他闸门无法正常开启，从而对泵站的运行存在严重的不安全隐患。

（2）闸门的开度无法正常显示，数据采集不稳定，经常报错，导致闸门无法正常启闭，从而严重影响泵站机组的正常运行。

（3）现场原有液压启闭机闸门开度设备已损坏，开度数据无法正常传输，开度数据无法校准，从而对整个液压控制系统存在严重制约。

（4）节制闸闸门跨度大，左右油缸的同步存在问题，当左右油缸工作过程中出现误差，无法纠正过来，从而会左右失衡导致闸门倾斜，卡在门槽里面。

（5）油缸控制系统很单一，控制柜设备已老化，其中一些元器件已老化，运行不灵敏，中间继电器经常误动，与实际不符合。

（6）控制柜由于服务年限较长，柜内PLC 老旧，触摸屏为黑白显示，老化严重，系统陈旧，操作不灵活，数据显示不清晰，数据处理与实际存在误差，存在一定的安全隐患。

（7）当现场自动化出现问题以后，系统无灵活的解决方案，只能强制手动操作。

3 液压闸门自动化控制改造措施

根据运行管理中存在的问题，对解台站液压闸门现地控制及自动化系统改造设计更新，完善闸门控制系统，确保系统的安全运行。

3．1 节制闸门纠偏改造措施

采用HLW-I 精度拉线位移开度传感器，信号采集核心元件为进口器件精度为mm 的开度采集设备，信号直接传输至纠偏仪进行处理，满足液压设备的使用需求，不受其他设备的影响，提高了设备控制准确度。通过拉线位移开度传感器将左右两边液压缸的行程记录下来，传给纠偏仪，通过仪表的信号处理单元对左右两边液压缸的行程进行比较，将比较的结果显示到仪表上面，通过输出继电器将信号传到电气自动化控制回路，控制液压系统的纠偏电磁阀，从而控制进回油系统。当左右行程恢复到规定值以内时，纠偏继电器停止输出，从而纠偏电磁阀停止工作，使两边液压缸行程同步，闸门能安全稳定的正常运行。

3．2 快速闸门控制改造措施

配套设计采用HLW-I 精度拉线位移开度传感器，信号采集核心元件为进口开度传感器，输出信号为4～20mA，精度为14 位的数据采集设备，信号直接传输至PLC 进行处理，满足液压设备的使用需求，不受其他设备的影响，提高了设备控制准确度。通过拉线位移开度传感器将液压缸的行程记录下来，传给现地控制PLC，PLC 处理单元对采集的信号进行比较计算，将比较的结果显示到触摸屏上面，输出继电器将信号传到电气自动化控制回路，从而来控制液压系统，保证闸门能安全稳定的正常运行。设备拓扑图见图1。

图1 设备拓扑图

3．3 控制柜改造措施

控制柜具体改造措施分为两个部分：一是在原有控制柜的功能基础上，更换PLC 可编程控制器，增加液压启闭机的纠偏功能，在原有功能的基础上，合理进行程序开发，使之更符合现场的使用要求；在新的PLC 系统中，保留原有的通信方式，以便和现有的监控组态软件进行通信，将现场检测到的所有数据传送到监控室的计算机上。二是增加独立的手动控制按键系统，当PLC 系统出现故障时，能够保证系统正常运行，使用时靠转换开关进行切换控制。

3.3.1 柜内PLC 的升级改造

更换PLC，使用原同型号的PLC，该PLC 是施耐德各系统PLC 中的高档产品，该PLC 功能强大，性能优越，稳定可靠，完全能够满足现场的实际需求。

3.3.2 增加液压纠偏功能

设备上增加可控制的电磁阀在液压系统的回路上，使用纠偏控制仪采集闸门两侧开度传感器的信号。具体纠偏过程是：在闸门运行时，开度传感器将采集到的信号通过雷格码的形式传送到纠偏控制仪，由纠偏控制仪对开度传感器采集到的信号进行跟踪、计算和控制，并将开度传感器采集到的信号转换成4～20MA 模拟量传送给PLC，PLC 根据闸门两边的开度传感器采集的数据，实时计算闸门两边运行的距离，当两边运行的距离相差超过设定的值时，纠偏控制仪输出控制信号，PLC 接收到控制信号，并根据测量计算的数据，对闸门进行纠偏，控制相应的电磁阀暂时关闭，待距离相差小于一定数值后，纠偏控制仪停止输出纠偏控制信号，PLC 重新让电磁阀导通，从而完成了纠偏的操作。

3.3.3 增加独立手动操作系统

根据柜体内的可供安装的空间，单独做一个操作板，将转换开关和按键都安装操作板上，再将操作板固定在现有的控制柜内，操作按键选用自锁带灯的按键，并联在每个需要进行控制的回路上，并增加使用转换开关进行操作方式的切换控制，以保证使用时的安全可靠性。

4 结语

解台站液压闸门自动化控制改造，具有控制简单、操作方便、性能卓越、工作可靠等特点，减轻了运行管理人员的管理难度，保障了设备安全运行，满足液压闸门自动化控制的要求