黄山市水利局242700
摘要：黄山市湖边水利枢纽2×65t级垂直升船机是一个运行要求准确、可靠、安全、且自动化程度很高的系统。涉及的监控参数很多，本文主要根据湖边水利过船设施的特点、运行原理，对检测方案作简要论述，总结设计体会。
关键词：湖边水利枢纽；垂直升船机；监控检测方案
黄山市湖边水利枢纽工程位于黄山市屯溪区草市位置，主要建筑物包括拦河坝、过船设施、电站。其中过船设施布置于左岸，采用2×65t级垂直升船机，上、下游引航道为Ⅴ级航道，满足140客位游船通航要求，单次过闸时间可控制在10分钟。
升船机是一个运行要求准确、可靠、安全、且自动化程度很高的系统。如果没有一套可靠的、精确的检测方案，就难以保证升船机自动控制系统的性能与控制精度，升船机也就难以正常运行。
本着“安全可靠、经济实用、技术先进、安装、操作维护方便”的原则，要求所配置的检测设备具有较强的防潮、防腐及抗干扰性能，分别配置在主提升机房、承船厢、上闸首等处。这些检测设备将对现场各种物理量进行检测，并将测试数据分别实时地传送到相应的现地控制单元，用于升船机的运行控制和状态监视。
一、主要检测内容
1.承船厢行程、速度、加速度和运行方向的检测；2.水深检测；3.上游和下游水位检测；4.位置检测；5.船舶位置、航速、航向探测；6.钢丝绳断丝及磨损检测。
除以上检测内容外，还应包括液压系统及制动系统油压检测、油温检测、制动器松闸位置检测等。
二、检测系统方案设计及设备选型配置
㈠承船厢行程、速度、加速度和运行方向的检测
承船厢的行程检测是升船机系统的重要控制参数之一，为了保证这个参数准确可靠，采取了几种不同的测量方式同步并行，以满足控制系统的要求。
1.检测方式。①行程检测。采用增量型轴角编码器来测量承船厢的行程。根据升船机要求的测量范围、精度、分辨率及输出接口形式来确定绝对型轴角编码器的选型。
②高程测量。承船厢高程测量校验设备由红外发射器及反光板构成，并按左右各设置反光板2个。共设置4套绝对型轴角编码器及4个反光板。
③速度和加速度检测。主提升机的速度和加速度，可由增量型轴角编码器在单位时间内输出的脉冲个数，经PLC处理得到。
2.设备布置。绝对型轴角编码器分别与主提升机房四角相应卷筒的卷筒轴相联，由卷筒的旋转带动绝对型轴角编码器来测量承船厢四角的位移或承船厢的行程。4套红外发射器分别安装在承船厢两侧的中部，通过检测设置在承船厢两侧塔柱上左右反光板来校验承船厢的行程测量值，每侧塔柱垂直方向上设置2个反光板，两侧共设置4个。
3.设备选型。编码器是通过其转动时输出的步数进行测量的，其输出信号为离散的数字量，对编码器来说，分辨率和精度是一致的。根据设计要求，首先，按行程分辨率（或测量精度）5mm、量程80m和110m来分别计算轴角编码器的最低分辨率及转数。
编码器信号输出形式选用同步串行方式，即SSI通讯接口形式，数据格式采用格雷码（下同）。采用SSI方式可以更准确地进行信号的传输，同时增加传输距离，采用格雷码可使数据传输系统抗干扰性能更强。
①编码器选型。选用德国P+F公司生产的多转绝对型轴角编码器，其主要技术参数如下：分辨率：8192步/转；转数：4096转；转速：6000rpm；电源电压：18～32VDC；输出接口：SSI通讯接口，数据格式为格雷码；轴径：10mm；防护等级：IP65。
主提升机卷筒直径2.4m，根据计算，每步的行程H为：H=2πr/8192=2×3.14×1200/8192=0.92mm.这样的分辨率完全可以满足系统的测量精度。
②红外发射器及反光板的选型。选用德国P+F公司生产的反射板式光电开关及H160型反光板，其中光电开关主要技术参数如下：电源电压：10～30VDC；检测距离：1.7m（配H160反光板）；开关容量：100mA；防护等级：IP67。H160型光反光板具有如下特性：发射光束以小于等于15°的入射角射向光反光板时，反射光束可从发射光束的原路返回。
MLV12-54-G/76b/124/128型红外光电开关及H160型反光板
㈡水深检测
水深检测包括承船厢厢内水深、承船厢入水深度检测，检测传感器采用压力式水深仪，一共设置6只。
在承船厢上、下游端各布置一个连通管，在连通管外端口各装设1只压力式水深仪，测量承船厢的厢内水深。另外在承船厢上、下游端各装设1只压力式水深仪用于测量承船厢的入水深度。上闸首采用在卧倒门两侧各布置一开口的测量引水管，在连通管上安装压力式水深仪的方式进行水深检测。为监测承船厢与上闸首对接时的间隙水深，在上闸首间隙排水管上引出测量管安装间隙水深测量压力传感器1套。
㈢上游和下游水位检测
水位检测一般有吹气式、浮子式及投入式等几种方式，本方案选用投入式压力传感器来分别测量上游口和下游口水位。
根据设计要求，在上、下游口各设1套水位计（即投入式压力传感器，下同），分别进行上、下游口水位检测。
㈣位置检测
位置检测包括卧倒门开关到位检测、工作门开关到位检测、防撞装置链轮收放到位检测、承船厢上下行程极限位置检测等。对不同的检测对象采用不同类型的检测开关，下面分别加以叙述。
1.位置检测。在人字门开和关所对应的位置分别安装接近开关，当人字门开或关到位时，接近开关导通，输出到位信号；在人字门关闭85%的位置按一定的安装方式分别在两油缸上安装接近开关各一只，使其在门关闭85%时皆有信号输出。接近开关主要技术参数如下：生产厂家：德国P+F公司；电源电压：12～48VDC；二线制；开关容量：100mA；常开无极化，带过载和短路保护；作用距离：10mm；防护等级：IP68。
2.卧倒门开、关到位检测。在卧倒门全开和全关所对应位置分别安装两个（左右岸各一个）接近开关，实现卧倒门的开、关到位检测。
3.防撞装置链轮收、放到位检测。在滑块行程的两端分别安装接近开关，实现防撞装置链轮收、放到位检测。
4.承船厢上、下行程极限位置检测。为了防止承船厢超行程，在承船厢侧塔柱的相应高程安装一个限位开关，用于承船厢上行极限位置检测，在平衡重侧塔柱的相应高程安装一个限位开关，用于承船厢下行极限位置检测。限位开关主要技术参数如下：生产厂家：法国施耐德电气公司；无源双接点，独立1常开+1常闭；机械寿命：1千万次；防护等级：IP67。
由于该传感器具有独立1常开+1常闭的无源双接点，可将一路接PLC，另一路接相应的电气回路。这样，即使PLC出现故障，也可在承船厢运行到极限位置时由限位开关直接自动断开电气回路，使承船厢停止运行。
㈤船舶位置、航速、航向探测
采用对射式红外光电开关进行承船厢的船舶探测，选用德国P+F公司生产的对射式光电开关，其主要技术参数如下：电源电压：10～38VDC；
具有状态显示及短路保护功能；开关容量：200mA；检测距离：25m；防护等级：IP67。
㈥钢丝绳断丝及磨损检测
配置2套钢丝绳断丝及磨损检测设备，设备选用武汉圣思达科技有限公司生产的MTE系列MTE-34型钢丝绳断丝及磨损检测设备。
三、结语
黄山市湖边水利枢纽升船机计算机监控系统，其检测系统参数多，精度要求高，检测方式和原理各不相同。从工程应用的角度来进行技术设计，考虑了工程的可实施性、维修性和适用性。本检测系统具有如下特点：
1.可靠。选择成熟技术，优先适用国内外定型产品，力求简单可靠；
2.先进。设计的检测方法和手段先进，突破老的框框，优选先进可靠的技术；
3.经济。在满足技术先进和可靠的前提下，选取同类产品中性价比高的产品。