万福闸单轨道自动巡检监控系统的设计与应用

胡春麟 陈 华 缪慧丽

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200）

1 工程概况

万福闸地处扬州市广陵区和生态科技新城的交界处，位于淮河入江水道廖家沟上，是淮河排洪的主要控制工程之一。该闸共65孔，每孔净宽6m，闸墩宽1.2m，闸室总宽466.8m、总长141m，该工程于2012年3月开始进行全面加固改造后，工程设计流量为8270m3/s，校核流量为9400m3/s。闸门结构型式为上下扉直升门，上下扉门均为平面钢闸门；每孔采用一台套2×160kN/2×80kN新型同轴主副卷筒固定卷扬式启闭机，用于启闭上下扉门的主副卷筒，通过一套驱动装置和离合机构，实现主卷筒独立转动和主副卷筒联动，从而满足上下扉闸门的启闭要求。

万福闸工程主要作用为承担70%左右淮河排洪入江水量，引纳江水，改善邵伯湖沿湖地带农田灌溉用水条件，控制扬州段京杭大运河水位，改善通航、城市工业和生活用水条件。

2 应用背景

万福闸共65孔，闸室总宽466.8m，孔数多，跨度长，日常巡视检查范围广、难度大。在使用自动化系统进行闸门启闭运行操作时，存在诸多不利因素。例如，闸门在开启前及开启时，需检查闸门情况:门顶有无垃圾，上下游有无船只，运行时有无卡阻等情况，需要人员在工作便桥及时观察，并与控制室操作人员及时通信。这样需要增加人员，也存在沟通不及时:表达不到位的情况。因此，在万福闸工作便桥增设单轨道自动巡检监控系统，该系统由巡检箱体端和监控端（万福闸控制室）组成，该巡检监控系统可实现远程控制监视、自动巡视、复位充电等功能，巡检监控主机可沿万福闸工作便桥“工字钢”轨道运行监控闸门运行及上下游河道情况，也可用于闸门、工作便桥、上下游河道日常巡视检查工作。

3 单轨道自动巡检监控系统设计方案

3.1 系统组成

单轨道自动巡检监控系统组成见图1。

图1 单轨道自动巡检监控系统组成

万福闸单轨道自动巡检监控系统巡检箱体端取电电刷（充电探头）连接充电桩给锂电池组充电，锂电池组通过直流降压模块和逆变器分别给箱体内的各设备供电，高清球机采集的图像通过巡检箱体端的交换机经过无线通信主机1和2传输到监控端（万福闸控制室）的显示屏上，通过监控端的摇柄式控制盒发出的电动行车控制信号经过无线通信主机2和1到达巡检箱体端的行车控制器，配合行车控制器内置程序，从而控制电动行车在“工字钢”轨道上的前进、后退、停止、巡检、复位充电等行走状态。

3.2 组成部分的选型与设计

3.2.1 电动行车

以万福闸现有32C“工字钢”（电动葫芦行走轨道）为行走轨道，本系统采用TOYO HSG-B200电动行车为动力载具，免去了为巡检监控系统重新开发适应32C“工字钢”作为轨道的动力载具，既节约成本，又不影响电动葫芦正常运行。

电动行车控制箱引出三根行车控制线接入可编程控制器RX-10，可编程控制器RX-10接入IP网络控制模块通过RJ45接口接入网线连接至TP-LINK网络交换机，再通过网络交换机入无线通信主机1，通过无线信号连接至监控中心的监控主机，见图2。

图2 电动行车设计

3.2.2 巡检箱体内各设备供电要求

巡检箱体内采用DC转DC降压模块为每个设备单独供电，可有效降低电力损耗，避免各设备之间的感应电压影响。并且该模块具有输出稳定、防水、低损耗、低散热等功能，见图3。巡检箱体内设备用电要求如下:

a.电动行车:交流220V，功率450W，瞬时功率900W。

b.高清摄像球机:直流24V，额定电流1A，功率24W。

c.交换机:直流5V，额定电流0.5A，功率2.5W。

d.无线传输主机:直流24V，额定电流0.75A，功率18W。

e.可编程控制器:直流24V，额定电流0.5A，功率12W。

f.网络控制器:直流12V，额定电流0.5A，功率6W。

图3 巡检箱内电路设计

3.2.3 充电桩

结合实际工况，因充电桩安装在户外，需考虑供电接入的防水、绝缘等因素。自主设计充电桩，采用具有绝缘防水阻燃特性的有机玻璃材料，充电探头使用电机内部的高碳刷，具有良好的导电、耐磨、灭弧性能。能保证充电探头与接入市电的铜片接触时不会产生电火花、电弧等现象，防止电火花、电弧导致的火灾发生，见图4、图5。

图4 充电桩设计

图5 充电探头设计

充电探头采用了内置高强度压簧，配合电动行车的刹车装置，保证充电探头与接入市电的铜片在压簧的压力下充分接触，即使在大风天气下也不会因箱体的晃动导致充电接口接触不良，见图6。

电源部分采用48V80AH锂聚合物电池组给系统供电，根据系统各设备功率使用情况，可保证整个系统持续供电8h以上。锂电池充电器与充电探头连接，接入供电的铜片，给锂电池组充电。锂电池组和充电器均配置了电池过充保护电路，在电池充满电时自动停止充电，有效保护了锂电池组的安全，延长了锂电池组的使用寿命。

图6 充电探头电源设计

3.2.4 无线网络传输系统

本系统采用工业级数字无线传输设备GCD-5800G作为无线通信主机，匹配18dBi高增益定向平板天线组成无线局域网络，点对点传输可达20km，有效传输带宽达300Mb/s，作为视频信号与电动行车控制信号的传输载体，可有效防止数据丢包、连接不稳定现象的发生，见图7。

图7 无线网络传输系统设计

3.2.5 摇柄开关盒

操作人员在万福闸控制中心从显示器上远程监视现场情况，通过摇柄开关盒上的控制手柄，操控巡检箱体的移动与停止，摇柄开关盒还设置一键巡检和一键复位充电功能。操作人员只需坐在控制室就可以通过视频画面完成工程巡视检查工作。

3.3 系统功能

3.3.1 远程监视与控制功能

通过万福闸控制室监控画面，监视现场情况，通过控制室操作摇柄，给出电动行车的数控信号，控制电动行车的前进、后退、停止。配合监控软件使用，可实现操作人员远程监视和控制，操作鼠标控制球机转动，观察闸室及上下游河道情况。

3.3.2 自动巡检功能

一键巡检功能，即操作人员在万福闸控制室按动摇柄开关盒上一按巡检按钮，巡检箱体则自动行走于工字钢轨道，并控制高清球机对整个闸室进行视频扫描，拍摄视频保存于硬盘录像机。当观察到闸室异常情况，可操作摇柄控制巡检箱体停止，便于进一步观察。当巡检箱体行走至“工字钢”末端时，箱体上的行程开关受墙体挤压而闭合，给系统一个触发信号，巡检箱体自动停止并返回行走。巡检箱体返回行走至充电处，行程开关给系统一个触发信号，巡检箱体则自动停止并自动充电。

3.3.3 复位自动充电功能

无论巡检箱体在工字钢轨道何处，当需要返回充电，按下摇柄开关盒上的复位充电按钮，巡检箱体将自动返回充电处并自动充电。

4 应用情况分析

水闸单轨道自动巡检监控系统适用于大中型水闸工程管理、闸门运行、巡视检查等工作，借助水闸工程的电动葫芦“工字钢”，无须重新架设行车行走轨道，既节约了成本，又节省了大量的人力和时间，提高了工程管理智能化水平。控制中心人员通过监控画面第一时间掌握工程现场情况，及时执行操作指令，特别是在雨雪天气和夜间，操作人员在控制室通过监控屏幕及操作摇柄，控制运用巡检监控系统进行巡视检查工作，既可保障人员安全又能确保工程巡查工作顺利完成。但是轨道行车在试运行过程中，在几处焊缝不平整处出现行走卡阻情况，经过打磨修整已顺利通过。因此，要求工字钢接缝处平整，无凸起焊缝。

5 结 语

经过多次试运行，单轨道自动巡检监控系统轨道行车行走平稳，视频画面无线远距离传输信号稳定、画面清晰，远程操控轨道行车前进、后退、自动巡检、复位充电等执行指令无延时，充电时，接触良好，无安全隐患。

该系统可广泛运用于水利工程大中型水闸日常巡视检查等工作，提升工程管理效率明显，亦可运用于电厂、大型企业厂房的巡查保卫工作，应用前景广泛。