上提式平板闸门远程自动就位系统研究

蒋国龙，陆建富，陆夏斌

摘 要：水利工程是当今一项十分重要的社会工程，水利工程管理是保证水利工程正常运行、有效发挥水利枢纽作用的重要工作。水闸作为长三角地区最为普遍的水利工程枢纽建筑物，起着防洪、排涝、灌溉等重要作用，如何使其高效運行、合理调度也成为水利工程管理中的一项重要课题。目前，水泵的远程控制技术已较为成熟，而受制于上提式平板闸门的启闭搁门就位环节需要人工操作，无法做到闸站的整体远程控制。本次上提式平板闸门远程自动就位系统的研发，就是要通过指挥中心远程操控PLC控制箱对机电控制柜发出运行指令，带动启闭机牵引闸门启闭，并采用创新的自锁装置实现闸门自动搁门就位，达到远程控制完成上提式平板闸门启闭并自动搁门就位的目标。

关键词：水闸；上提式平板闸门；自动就位；远程控制

中图分类号：TP277 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）06-0029-02

Abstract： Water conservancy project is a very important social engineering nowadays. The management of water conservancy project is an important work that can guarantee the normal operation of water conservancy project and give full play to the function of water conservancy project. As the most common water conservancy project building in Yangtze River Delta， sluice plays an important role in flood control， drainage， irrigation and so on. How to make its efficient operation and reasonable dispatching has become an important issue in the management of water conservancy projects. At present， the remote control technology of water pump has been more mature， and it is difficult to achieve the overall remote control of the gate station because of the manual operation of the opening and closing gate placement link of the upper-lift flat gate. The research and development of the remote automatic positioning system for the upper-lift flat gate is to issue operation instructions to the electromechanical control cabinet through the remote control of the PLC control box in the command center to drive the hoist traction gate opening and closing. And the innovative self-locking device is used to realize the automatic placement of the gate， so as to achieve the goal of remote control to complete the opening and closing of the up-lift flat gate and the automatic placement of the gate.

Keywords： sluice； up-lift plate gate； automatic positioning； remote control

1 技术背景

水闸作为一种低水头水工建筑物，在防洪、排涝、灌溉等领域都起着非常重要的作用。而水闸中的核心构件闸门，更是种类繁多，启闭形式也是纷繁复杂。其中上提式平板闸门以结构简单，操作方便等优点成为我市（桐乡市）推广采用的闸门形式，推广使用率达到95%以上。而到目前为止，我市范围内几乎所有上提式平板闸门的启闭，都是由闸站管理员现场人工手动完成搁门就位的工作。因此一旦汛情到来，工作人员如果无法及时赶到现场进行相关操作，就会错过最佳的抢险时机，甚至造成重大损失。上提式平板闸门远程自动就位系统的研发，就是要避免因人员延误造成的险情，达到远程一键操作完成闸门启闭并自动搁门就位的目标，实现远程搁门就位的自动化。

2 设计思路

本项目是把指挥中心（或手机APP）、PLC控制箱、机电控制柜、启闭机以及新型闸门自锁就位装置，以及优化后的上提式平板闸门等相结合，实现闸门远程自动搁门就位的。

本项目具体设计思路流程见图1。

根据系统工作流程图的原理，“上提式平板闸门远程自动就位系统”的总体设计如下：

2.1 指挥中心或手机APP

依托目前建立起来的防汛抢险指挥控制中心，或水利系统内部手机端APP，作为远程操作指挥中心，对上提式平板闸门进行启闭控制。由于项目需要，尽可能简化操作流程提高自动化水平，所以设计仅采用“闸门开启”和“闸门关闭”两个指令来对闸门进行操作。另外，结合闸站内布置的监控系统，还可以通过指挥中心或手机APP调取实时监控录像，及时监测闸门运行情况。

2.2 PLC控制箱

本项目增设一台PLC（即Programmable Logic Controller，可编程远程控制器）专用控制柜，安装在闸站泵房内，远程接收指挥中心或手机APP发出的指令，支配控制柜的电路输出，利用装有传感器的启闭机达到精确控制闸门上提行程及下降行程的目标，完成闸门自动搁门就位的效果。对PLC的编程，应考虑到闸门运行的各种工况，增加急停保护装置，防止发生意外事故。

2.3 机电控制柜

接收来自PLC控制箱的信号，控制电路输出至启闭机。额定功率3KW，额定电流6.8A，设计具有倒、顺开关及行程限位保护功能，以及短路、过载、相位保护功能。

2.4 启闭机

采用落地式单吊点闸门启闭机，设计额定牵引力不小于50KN，并具有断电自锁、限位保护功能。该启闭机安装于闸站泵房内，牵引钢丝绳通过排架上的两个单门定滑轮和闸门上的一个单门动滑轮启闭闸门。同时在钢丝绳卷盘上安装脉冲传感器，实时监测闸门位置，并将信号输送至PLC控制箱内。

2.5 自锁装置

其核心构件为锁定块，材料为Q235-A（A3钢）。该锁定块为轴对称结构，由两个呈135°夹角的摆臂构成，可绕中轴自由转动。摆臂一端为90°直角结构，可以支撑副门枢起到搁门的效果。

2.6 闸门

本项目采用钢闸门，属于“上提式平板闸门”，闸门上方左右各设一主门枢，闸门下方左右各设一副门枢，闸墩上方安装有自锁装置及定位器，关闸时用两个主门枢将闸门悬挂在定位器上，开闸时用两个副门枢将闸门悬挂在自锁装置上。

3 工作原理

通过优化上提式平板闸门相关结构，利用自锁装置实现闸门的自动搁门就位，免去人工搁门这一步骤；利用脉冲传感器监测钢丝绳行程，精确定位閘门位置并将信息实时传送至PLC控制箱；采用PLC编程控制启闭机倒、顺运行，实现闸门启、闭工作；最后实现通过指挥中心或手机APP进行远程操作。

3.1 闸门开启工作原理及流程

（1）指挥中心或手机APP发出“开闸”指令；（2）PLC控制箱接收“开闸”指令，对机电控制柜发出“顺转运行”指令；（3）机电控制柜输出电流使启闭机顺转运行，此时闸门向上开启，直至副门枢顶开自锁装置（见下图2-①图）；（4）脉冲传感器监测到闸门向上开启的行程达到预设值后，传回信号至PLC控制箱；（5）PLC控制箱再次对机电控制柜发出“倒转运行”指令；（6）机电控制柜输出电流使启闭机倒转运行，此时闸门向下回落（见下图2-②图）；（7）自锁装置工作，使闸门完成搁门就位（见下图2-③图）；（8）脉冲传感器监测到闸门向下回落的行程达到预设值后，传回信号至PLC控制箱；（9）PLC控制箱接收到信号后结束“倒转运行”指令，闸门开启工作完成。

3.2 闸门关闭工作原理及流程

（1）指挥中心或手机APP发出“关闸”指令；（2）PLC控制箱接收“关闸”指令，对机电控制柜发出“顺转运行”指令；（3）机电控制柜输出电流使启闭机顺转运行，此时闸门向上开启，锁定块掉落恢复平衡状态（见下图3-①图）；（4）脉冲传感器监测到闸门向上开启的行程达到预设值后，传回信号至PLC控制箱；（5）PLC控制箱再次对机电控制柜发出“倒转运行”指令；（6）机电控制柜输出电流使启闭机倒转运行，此时闸门向下回落（见下图3-②图）；（7）此时自锁装置被挤开，闸门顺利下降至主门枢进入定位器（见下图3-③图）；（8）脉冲传感器监测到闸门向下回落的行程达到预设值后，传回信号至PLC控制箱；（9）PLC控制箱接收到信号后结束“倒转运行”指令，闸门关闭工作完成。

4 结束语

水利枢纽的现代化运行与管理是提高水利行业管理水平和决策水平的关键，也是未来水利行业的重要发展方向。通过优化改进闸门结构、增加自锁装置、利用启闭机控制升降，结合先进的计算机技术和软件自动化技术，从而实现上提式平板闸门远程自动就位，补齐水闸整体远程化控制的最后一块短板，为防洪排涝的远程调度管理实施提供了坚实的技术支持。

参考文献：

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