研究三峽船閘自動化控制論文
摘要：三峽船閘檢修排水泵房主要用於閥門檢修時，排除工作閥門段廊道內的積水，保證施工人員對閥門的正常檢修或緊急故障處理。文章在現有的排水泵房裝置基礎上，遵循三峽船閘檢修排水泵房執行規程，運用西門子300系列PLC進行控制，設計排水泵在日常動機、檢修狀態下的自動控制流程和軟硬體實現。
關鍵詞：三峽船閘；檢修排水泵房；西門子300系列；自動控制
1研究背景
三峽船閘輸水廊道檢修排水泵房主要用於閥門檢修時，排除工作閥門段廊道內的積水，保證工作人員對閥門的正常檢修或緊急故障處理。由於泵房裝置長時間處於冷備狀態，在泵房這樣陰暗潮溼的環境中，會導致裝置工作效能下降甚至出現故障而無法知曉，影響計劃性檢修時的正常使用。目前每個執行輪班例行動機都是人工手動方式對泵房裝置進行啟停控制，工作量大，而且該過程完全受控於人的主觀因素判斷，直接導致這項工作的質量與效率。因此需要對泵房裝置現有的控制方式進行升級改造。
2研究方案
深井泵工作環境惡劣，集水井中經常淤泥堆積，深井泵啟動時，泵體負荷大，電流劇增且居高不下；且由於葉輪破損、泵體傳動軸彎曲、軸連線套鬆動變形等機械原因使泵在啟動時聲音異常，電機抖動劇烈，這些異常情況必須馬上停機。但現有的檢測系統中並未進行該類訊號採集與監測，全靠動機人員的主觀判斷來切斷深井泵的執行。基於對工作環境和裝置情況的分析，我們認為泵房裝置的操作還是需要在人工監視的情況下進行，保證泵的啟動安全正常，但裝置進入穩定執行狀態後，沒有必要靠人工計時去停止執行，因此綜合安全與效率的考量，最終採用“人工啟動，自動停機”的半自動控制方式對輸水廊道檢修排水泵房的裝置進行控制。
2.1總體方案
根據三峽船閘對廊道檢修排水泵房的工作需求，泵房裝置需要完成每個輪班的例行動機工作和船閘檢修時的廊道排水工作，在本次研究中將泵房裝置的半自動控制模式確定為例行動機模式，檢修排水模式和滲漏排水模式。每一種工作模式下，泵房兩臺深井泵和一臺潛水泵遵循“一鍵啟動，自動停機”的半自動工作流程。
2.2執行模式說明
三峽船閘檢修排水泵房操作規程規定：例行動機深井泵至少執行30分鐘，潛水泵至少執行1小時，且三臺泵不能同時工作，兩臺泵不能同時啟動，深井泵啟動前潤滑水至少開啟5分鐘。檢修排水模式用於船閘計劃性停航檢修期間排出廊道內的水，一般工作在夜間，便於白天施工人員順利進入廊道內進行施工作業，因此其半自動執行過程中對於裝置停機的準確度要求較高，在廊道內水已排乾的情況下能夠準確停機，防止電機在無水狀態下的空轉。
3硬體配置
採用西門子300系列PLC模組搭建泵房半自動控制系統的硬體平臺。主要採用315系列CPU帶3個數字量輸入模組和2個數字量輸出模組，輸入訊號包括兩臺深井泵軟啟動器的控制訊號、潛水泵控制訊號、潤滑水控制訊號、模式控制訊號以及泵出水檢測訊號。輸出訊號主要包括驅動相應指示燈以及驅動控制繼電器的訊號。感測器主要包括潤滑水出水檢測裝置和泵出水檢測裝置。硬體設計原理圖如圖1所示。
4軟體設計
軟體設計基於西門子S7開發環境，對三種工作模式下三臺泵的執行控制流程進行梯形圖編寫，實現泵無論處於何種狀態都能夠完整的執行整個模式執行，即某臺泵處於故障或手動狀態，程式也能自動判斷並繼續模式的'執行。
4.1例行動機執行模式
程式設計首先檢測三臺泵的狀態，檢測潤滑水的狀態以及是否處於例行動機模式下，在一鍵啟動觸發控制訊號後，首先進行潤滑水的執行，10分鐘後1#深井泵啟動，啟動2#深井泵，待深井泵停機後再啟動潛水泵執行，整個執行模式以時間控制中間環節，保證裝置按照執行規程自動執行，同時保證裝置的動機時間。程式設計如圖2所示。
4.2檢修排水執行模式
檢修排水模式下，程式先檢測潤滑水和各臺泵裝置的狀態，遵循三峽船閘泵房執行操作規程，順序啟動各臺裝置執行，模式停止以泵出水檢測訊號為停機訊號。程式設計如圖3所示。
4.3滲漏排水執行模式
滲漏排水模式下，每次只需要選擇一臺泵執行，因此其軟體設計按照選擇不同的泵裝置有不同的訊號檢測流程，圖4是選擇1#深井泵時的程式設計。
5結束語
該專案實施後，大大減少了日常巡檢人員的工作量，泵房裝置的動機時間也能得到保證，但是由於泵房位置的特殊性，在可以遠端啟動的情況下，工作人員勢必會減少甚至忽略現場巡視，加大了泵房裝置故障隱患的可能性，因此在實行該半自動控制系統後，需加強管理層面的監管，如泵房巡檢規程的補充，現場巡檢記錄的檢查力度等；就該改造專案本身而言，沒有實現全自動化的動機，主要是受控於現場裝置的執行環境以及裝置本身的效能，未來泵房裝置在硬體上換型改造後，也可以實現全自動的泵房裝置控制。