摘 要：作为一种水利通航设施，升船机适用于水头高、上下游水位落差大的河流，具有节约水资源、过船速度快等优点，现已被广泛运用于高坝电站、旅游过船等水利水电工程。升船机的设备包括了机械设备、电气设备以及液压设备3大类，机械设备又可分为上游闸首设备、下游闸首设备、承船厢设备、平衡重设备、主提升设备等。本文对水电站升船机的电气控制系统展开概述。
　　关键词：水电站；升船机；电气；控制系统
　　中图分类号：U642 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0172-02
　　引 言
　　升船机是当今世界上克服航道上集中落差，解决船舶过坝问题的一种主要的通航建筑物型式，也是船厂建造新船和维修时的主要工作台。这种型式的通航建筑物由于其形式多样性、高水头适应性、船舶過闸快捷性、投资节约性、技术条件简约性等优点而得到广泛的应用。
　　随着升船机的广泛应用，其安全稳定运行也成为日益关注的焦点。由于升船机是一个多子系统之间相互结合在一起的庞大系统，为了对系统运行的复杂工况进行有效控制，必须具备良好的运行控制系统。因此，分析升船机主体运行控制系统方案，研究各设备运行状态及运行特点，分析每一个设备、每一个环节故障种类、原因、数量等，并在此基础上不断优化升船机运行工艺，对于提高升船机运行保障能力具有十分重要的意义。本文以某水电站升船机为例，展开相关概述。
　　1 某升船机设计条件和主要技术参数
　　1.1 升船机设计条件
　　标准船型分2类：单船（排水量3000t客货轮）84.5m×17.2m×2.65m（长×宽×吃水）；船队（排水量1500t货驳单船）109.4m×14m×2.78m（长×宽×吃水）。
　　1.2 升船机主要技术参数
　　（1）船厢主要技术参数
　　有效水域120m×18m×3.5m（长×宽×水深）；干舷高0.8m；走道宽度≥1.5m；通航净空18m。
　　（2）船厢驱动系统主要技术参数
　　最大提升高度113m；最小提升高度71.2m；船厢升降速度0.2m/s；船厢正常升降加速度±0.01m/s2；船厢升降最大允许误载水深±0.1m。
　　2 某升船机主体结构
　　某升船机的主要建筑有上闸首、下闸首、承重塔柱。上闸首兼有挡水坝段及升船机闸首双重功能，其整体型式为U形混凝土结构；承重塔柱主要承担承船厢及平衡重共3.1万t的重量，承担着船厢最高113m的垂直升降。上、下闸首之间是升船机工作运行的核心部位，主要由船厢、船厢设备、平衡重系统等构成。船厢为盛水钢结构，用于承载船只翻越高坝。
　　2.1 承船厢
　　承船厢整体长度共计132m，设计的可用宽度即两侧踏板之间的距离18m。承船厢侧壁由纵向空心厢梁构成。纵向空心主厢梁宽2.3m，这样整个承船厢横截面的宽度达到23m。承船厢由4个驱动装置驱动（位于承船厢的1/4处），每个驱动装置由1个传动齿轮和2个传动机构组成，带有鼠笼转子式电动机在两侧驱动传动齿轮。承船厢驱动装置总共使用8个电动机。
　　2.2 安全装置
　　升船机的安全装置由3个主要部件组成：①旋转螺杆（旋转阿基米德螺线）；②螺母柱；③旋转螺杆导向支架4连接柱。安全装置将承船厢固定在混凝土结构上，承船厢安全机构可防止发生失控运行情况。
　　2.3 平衡重系统
　　平衡重系统由平衡组、钢丝绳、锁定装置、平衡链、导向装置等组成。平衡重由钢丝绳通过平衡滑轮与承船厢相联。平衡组底部悬挂平衡链，平衡链的另一段绕过塔柱底的导向轮悬挂在承船厢的底部，以平衡承船厢运行时因钢丝绳长度变化而产生的不平衡载荷。
　　3 某升船机现状概述
　　某升船机布置在某水利枢纽的左岸，双线5级永久船闸的右侧，7号和8号非溢流坝段之间，从上游口门至下游口门全线总长约为5000m。升船机设计过船规模为3000t级船舶，承船厢带水最大提升重量约1.55万t，最大提升高度113m，正常升降运行的速度0.2m/s。
　　升船机具体运行工艺流程如下：①船舶下行。船舶进入上游升船机引航道→船厢运行至上游停靠位停准→船厢顶紧并锁定→船厢推出密封框→向船厢与闸首间的间隙充水→打开上闸首和船厢的闸门→船舶进入船厢并系缆→关闭船厢门和闸首门→调节船厢内的误载水体→排除间隙水→收回密封框→收回锁定和顶紧装置→船厢起动并向下游运行→抵达下游后停准→船厢顶紧并锁定→船厢推出密封框→向船厢与闸首间的间隙充水→打开下首和船厢的闸门→船舶松缆并出厢。②船舶上行。上行过程基本与下行过程相同。
　　4 升船机电气控制系统概述
　　升船机电气控制系统通常主要由上位计算机集控系统和现地控制系统组成。
　　4.1 升船机电气控制系统存在的不足
　　虽然某升船机运行控制系统采用了当前国际最先进的技术，为项目运行管理带来了极大的方便，但是目前仍存在以下不足之处：
　　（1）传感器网络的复杂性。某升船机传感器网络信息采用的是传统的有线传输，需要铺设大量的传递介质，所需时间长，且人工成本较高；另外，硬件线路也容易出现老化现象，导致通信故障，后期维修及更换成本更好。尤其是升船机内部设备彼此紧密相联，一旦出现问题，所影响范围较大。
　　（2）监控数据和指令的不完全共享性。某升船机电气控制系统中，主要由上位计算机集控系统以及现地控制站组成，该装置只能各自独立完成其自身权限范围内的控制功能，这必然导致运行管理的复杂性。
　　（3）监测信息的不完备性。某升船机的监控系统能够较准确地对电气、液压等设备的运行状态进行实时监控，但是对机械结构的内部损伤、机构运行准确位置目前仍然不能实行有效的监控。
　　（4）组态软件的通用性差。某升船机控制系统组态软件采用RockwellAllen-Bradley公司Facto-ryTalkView。该软件虽然拥有多方面优势，但是其配套设备价格昂贵、技术服务不便、通用性不高等问题，对升船机的运行控制会产生一定影响。 　　（5）组态过程的复杂性。某升船机的Facto-ryTalkView软件是基于图元的触摸屏组态软件，组态界面由各种基本图形及由基本图形组合的开关、仪表、阀门等大量部件组成，组态过程复杂，同时监控信息量大。
　　4.2 升船机计算机电气控制系统的发展趋势
　　随着计算机技术的迅速发展，升船机计算机控制技术同样也在发展，新的系统结构、控制装置、软件等不断涌现，使得我们进一步思考升船机计算机控制技术的主要发展方向。
　　（1）传感器网络的无线化
　　与传统的有限传感器网络不同，无线传感器网络具有灵活性强、经济性好、精细度高等优点，因而得到了广泛的应用，势必也是传感器网络的发展趋势。
　　（2）网络共享化
　　升船机电气控制系统由上位机和现场控制单元等计算机设备构成，其可以独立运行完成其自身权限内的控制功能，但让这些计算机设备彼此相互协调工作，就像需要挖掘潜在的计算机控制系统功能，必须通过网络数据交换、数据共享等，更好地协调整个系统所有设备的协调控制，实现控制系统的优化运行。
　　网络共享计算机控制系统，可以共享计算机硬件设备、装置，进而减少控制系统设备的投资、维护工作量。除内部计算机和设备网络外，升船机计算机控制系统还可以与调度自动化系统网络进行数据交换。调度计算机通过网络通信向计算机控制系统发送调度命令。升船机的计算机控制系统将各设备的运行参数和状态传递给调度计算机。调度系统可以根据设备状态自动调度升船机，以及确定调度命令是否允许发出。可以看出，升船机电气控制网络化使其必然发展方向。
　　（3）人工智能化
　　升船机计算机电气控制系统的智能化主要体现在系统的人工智能诊断、操作指导、事故处理和故障处理等方面。人工智能技术已经被引入到工程控制系统的各个领域，不仅可以快速的查找出故障，还可以对自动化控制流程进行优化。
　　（4）组态软件的国产化和通用化
　　组态软件的强大功能早已受到工程技术人员的青睐，而国外的组态软件价格昂贵且通用性差，其国产化和通用化是必然的发展趋势。
　　5 结束语
　　某升船机经历60多年论证和近10年的施工，进入运行阶段。本文结合某升船机电气控制系统，指出了我国升船机电气控制系统存在传感器网络复杂性、数据不可共享性、信息不完备性、组态软件通用性差等缺点，为控制系统科研人员提供参考，同时对升船机控制系统的发展趋势做了预测，指出传感器网络无线化、网络共享化、人工智能化、组态软件的国产化和通用化是其今后的发展方向。
　　参考文献
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　　收稿日期：2018-9-6
　　作者简介：张笑凡（1991-），男，助理工程师，大专，主要从事工程管理工作。