一种浮式检修门自动沉浮控制系统及控制方法与流程

本发明涉及检修门控制领域，具体涉及一种浮式检修门自动沉浮控制系统及控制方法。

背景技术：

目前用于水电站枢纽工程的浮式检修浮门均为门体结构，内部结构设置多个水舱，水舱内设置有液位计和连接阀门，通过手动控制水舱的水位的变化来实现浮式检修门的上沉和下浮。水位的控制主要通过人工判断各个舱内的水量是否需要增减，和人工操作连接每个水舱的电动阀门来控制，一般单个电动阀门配置一个启动箱，通过手动、逐一操作启动箱，实现各个阀门的开与关。浮门的工作状态通过人工查看浮门四角的水尺来判断浮门是否发生横倾和纵倾。

但在实际操作中，通过手动逐一操控多个阀门，需要现场指挥精确的判断和多个操作人员的娴熟的配合，使浮门沉浮操作过程繁琐和控制效率低下。人工判断的不准确和手动操作的不及时，都可能造成检修浮门在工作时浮门状态的不稳定，使浮门在门槽内发生横倾或者纵倾，导致门体结构受损和带来不确定性的安全隐患。

现有技术中也有对检修门进行浮沉控制的技术，例如中国专利文献cn111364433a记载了一种船闸浮式检修门装置及沉浮自动控制方法，但其不能实时观察舱内水位，且操作时上下游之间水位不能通过检修门相通，影响上浮的方便性及进度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种浮式检修门自动沉浮控制系统及控制方法，能够使浮式检修门在多种工作模式下上浮和下沉，既可以手动控制，也可以自动控制，当自动控制时，可以通过检测液位和倾角对阀门开度大小进行调节，以达到稳定的上浮或下沉，不至于门体倾倒。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种浮式检修门，包括检修门体，检修门体内底部中央设有中央水舱，门体内上下游两侧在中央水舱上部分别设有第一边水舱和第二边水舱，第一边水舱和第二边水舱两侧分别设有第一调节水舱和第二调节水舱，中央水舱、第一边水舱、第二边水舱、第一调节水舱和第二调节水舱上部均设有透气管，中央水舱上设有分别和上游侧和下游侧连接的第一进水阀和第二进水阀，第一平衡阀连接贯穿上下游检修门体的管道，中央水舱和第一边水舱、第二边水舱分别通过第一边水舱进出水阀、第二边水舱进出水阀连接，第一边水舱进出水阀和中央水舱连接管道的分支上设有与第一调节水舱连接的第一调节水舱进出水阀a，第二边水舱进出水阀和中央水舱连接管道的分支上设有与第二调节水舱连接的第二调节水舱进出水阀a，中央水舱上设有排水泵出水阀和排水泵，排水泵输出端位于检修门上部。

上述的第一调节水舱进出水阀a上设有并联连接的第一调节水舱进出水阀b，第二调节水舱进出水阀a上设有并联连接的第二调节水舱进出水阀b，第一平衡阀上设有并联连接的第二平衡阀。

使用上述的浮式检修门的自动沉浮控制系统，上述的第一调节水舱和第二调节水舱内设有调节水舱液位计，第一边水舱和第二边水舱内设有边水舱高位浮球开关、边水舱低位浮球开关，检修门上部在上下游两侧均设有倾角传感器，调节水舱液位计、边水舱高位浮球开关、边水舱低位浮球开关和倾角传感器和主控柜的输入端电连接，主控柜输出端和阀体控制箱电连接，阀体控制箱和主控柜由动力柜提供电源。

上述的调节水舱液位计在两个调节水舱的四角各设有一支。

上所述的调节水舱液位计为投入式液位计。

上述的主控柜控制器采用plc，plc与模拟量输入输出模块电连接，主控柜上设有和plc连接的hmi显示屏；

所述的第一调节水舱进出水阀a、第一调节水舱进出水阀b、第二调节水舱进出水阀a和第二调节水舱进出水阀b为调节阀门且与模拟量输出模块电连接。

使用上述的浮式检修门自动沉浮控制系统的沉浮控制方法，具体步骤为：

step1、控制模式分为手动模式、自动模式、紧急模式和例行检查模式；

step2、进行沉浮操作时，主控柜内plc先判断当前处于哪一种模式，当处于手动模式时，进入step3，当处于自动模式时，进入step4，处于例行检查模式时，进入step5；当系统检测条件达到紧急模式时，进入step6，

step3、手动模式下浮沉操作时，手动操作hmi显示屏使得各阀体依次打开，使得中央水舱、第一边水舱和第二边水舱、第一调节水舱和第二调节水舱依次进行进水和排水；

step4、自动模式下浮沉操作时，plc控制各阀体依次打开，使得中央水舱、第一边水舱和第二边水舱、第一调节水舱和第二调节水舱依次进行进水和排水，且可根据调节水舱液位计传送的液位信息，以及倾角传感器传送的检修门当前倾角，自动对第一调节水舱和第二调节水舱的阀体进行开度调节；

step5、当检修门处于例行检查模式时，系统自动实现检修门内中央水舱、第一边水舱和第二边水舱的充水或放水过程，实现沉浮；

step6、控制系统根据倾角传感器传送数据判断当浮门纵倾、横倾角度超出设定值时，系统进入紧急操作模式并发出声光报警，启动紧急操作程序，系统自动关闭所有阀门和泵。

上述的step3的具体过程为：

step3.1、当检修门下沉时，打开第一进水阀和第二进水阀，中央水舱开始充水，当中央水舱充满后，打开第一边水舱进出水阀和第二边水舱进出水阀，第一边水舱和第二边水舱开始进水，当两个边水舱充满后，打开第一调节水舱进出水阀a、第一调节水舱进出水阀b、第二调节水舱进出水阀a和第二调节水舱进出水阀b，第一调节水舱和第二调节水舱开始进水，当两个调节水舱进水到预设检修门下沉位后，与上游侧连接的第一进水阀关闭，与下游侧连接的第二进水阀保持打开；

step3.2、当检修门上浮时，先关闭第一进水阀和第二进水阀，打开第一平衡阀和第二平衡阀，待上下游水位达到一致后关闭第一平衡阀和第二平衡阀，关闭第一边水舱进出水阀和第二边水舱进出水阀，同时打开两个调节水舱的第一调节水舱进出水阀a、第一调节水舱进出水阀b、第二调节水舱进出水阀a、第二调节水舱进出水阀b和排水泵出水阀，启动排水泵检修门开始泄水上浮，当两个连接水舱排空后，关闭第一调节水舱进出水阀a、第一调节水舱进出水阀b、第二调节水舱进出水阀a和第二调节水舱进出水阀b，打开两个边水舱的第一边水舱进出水阀和第二边水舱进出水阀进行排水，直至检修门上浮至预设空载吃水线后，关闭各舱进出水阀，关闭排水泵和排水泵出水阀。

上述的step4的具体过程为：

step4.1、自动模式下检修门下沉时，系统首先控制第一进水阀和第二进水阀打开，中央水舱开始充水，当带到预设时间后打开第一边水舱进出水阀和第二边水舱进出水阀，当水位达到边水舱低位时，激活边水舱低位浮球开关，系统自动报警并显示，当边水舱达到高位时，激活边水舱高位浮球开关，系统自动报警并显示，此时系统收到边水舱高位浮球开关和边水舱低位浮球开关两个开关触发信号，系统自动打开第一调节水舱进出水阀a、第一调节水舱进出水阀b、第二调节水舱进出水阀a和第二调节水舱进出水阀b，两个调节水舱开始充水，设置在调节水舱四角的调节水舱液位计检测水舱液位，当调节水舱液位计检测到下沉到预设水位时，关闭第一进水阀和第二进水阀

调节水舱充水过程中，系统自动检测倾角传感器传送的检修门倾斜数据，当倾斜角在设定的允许范围内时，主控柜内plc根据倾角传感器反馈的倾斜方向和角度，发出pid调节信号调节第一调节水舱进出水阀a、第一调节水舱进出水阀b、第二调节水舱进出水阀a和第二调节水舱进出水阀b的开度大小，使得第一调节水舱和第二调节水舱速度不一致，使检修门倾斜变小，当倾斜角度超出预设范围时，系统发出声光报警，并自动切换到紧急操作模式，进入step，并通过转换到手动模式操控各阀门，使检修门达到平衡；

step4.2、自动模式下检修门上浮时，系统控制排水泵出水阀打开，当排水泵出水阀开度达到100%时，系统自动启动排水泵，同时关闭第一边水舱进出水阀和第二边水舱进出水阀，打开第一调节水舱进出水阀a、第一调节水舱进出水阀b、第二调节水舱进出水阀a和第二调节水舱进出水阀b，两个调节水舱开始排水，当排水达到调节水舱液位计预设最低水位时，打开第一边水舱进出水阀和第二边水舱进出水阀，两个边水舱开始排水，当边水舱排水至所有边水舱高位浮球开关和边水舱低位浮球开关全部未激活时，检修门达到预设空载吃水线，系统控制排水泵停止，控制排水泵出水阀关闭，同时关闭各舱所有阀门；

当调节水舱排水过程中，系统自动检测倾角传感器传送的检修门倾斜数据，当倾斜角在设定的允许范围内时，主控柜内plc根据倾角传感器反馈的倾斜方向和角度，发出pid调节信号调节第一调节水舱进出水阀a、第一调节水舱进出水阀b、第二调节水舱进出水阀a和第二调节水舱进出水阀b的开度大小，使得第一调节水舱和第二调节水舱速度不一致，使检修门倾斜变小，当倾斜角度超出预设范围时，系统发出声光报警，并自动切换到紧急操作模式，进入step6，并通过转换到手动模式操控各阀门，使检修门达到平衡。

上述的step5的具体过程为：

当检修门处于例行检查模式时，系统先自动控制向中央水舱和两个边水舱进行充水，当达到两个边水舱高位浮球开关激活时停止充水，并立刻转至放水过程，打开排水泵出水阀和排水泵，当放水至两个边水舱低位浮球开关复位时停止排水泵和排水泵出水阀，并关闭各舱所有阀门。

本发明提供的一种浮式检修门自动沉浮控制系统及控制方法，通过检修门体设置中央水舱，以及在门体内上下游侧各设置边水舱和调节水舱，以及连接中央水舱、边水舱以及调节水舱的阀门体系，达到检修门可以通过调节阀体上浮或者下沉，同时通过边水舱内的高低位浮球开关，调节水舱内的液位计，主控柜可以自动控制检修门下沉或者上浮的同时，通过倾角传感器检测门体倾斜角度并自动调节各阀体开度大小，达到门体的稳定状态，还可以通过例行检查模式对门体进行例行检查。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的检修门结构示意图；

图2为本发明的沉浮控制系统连接示意图。

其中：中央水舱1、第一边水舱2、第二边水舱3、第一调节水舱4、第二调节水舱5、透气管6、第一进水阀7、第二进水阀8、第一平衡阀9、第二平衡阀10、第一边水舱进出水阀11、第二边水舱进出水阀12、第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15、第二调节水舱进出水阀b16、排水泵出水阀17、排水泵18、边水舱高位浮球开关19、边水舱低位浮球开关20、调节水舱液位计21、主控柜22、倾角传感器23、动力柜24、阀体控制箱25、水位计接线盒27。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

如图1和2中所示，一种浮式检修门，包括检修门体，检修门体内底部中央设有中央水舱1，门体内上下游两侧在中央水舱1上部分别设有第一边水舱2和第二边水舱3，第一边水舱2和第二边水舱3两侧分别设有第一调节水舱4和第二调节水舱5，中央水舱1、第一边水舱2、第二边水舱3、第一调节水舱4和第二调节水舱5上部均设有透气管6，中央水舱1上设有分别和上游侧和下游侧连接的第一进水阀7和第二进水阀8，第一平衡阀9连接贯穿上下游检修门体的管道，中央水舱1和第一边水舱2、第二边水舱3分别通过第一边水舱进出水阀11、第二边水舱进出水阀12连接，第一边水舱进出水阀11和中央水舱1连接管道的分支上设有与第一调节水舱4连接的第一调节水舱进出水阀a13，第二边水舱进出水阀12和中央水舱1连接管道的分支上设有与第二调节水舱5连接的第二调节水舱进出水阀a15，中央水舱1上设有排水泵出水阀17和排水泵18，排水泵18输出端位于检修门上部，通过在上下游两侧各设一个第一进水阀7和第二进水阀8，当下沉完毕时，通过保留第一进水阀7或第二进水阀8打开，可以使检修门内水位自动和上游或者下游平齐，通过将排水泵18输出端设置于检修门上端，可以避免排水泵设置在底部排水时遇到的水压，只需要水泵扬程达到要求即可，也可减少排水水流对航道内生物的影响。

上述的第一调节水舱进出水阀a13上设有并联连接的第一调节水舱进出水阀b14，第二调节水舱进出水阀a15上设有并联连接的第二调节水舱进出水阀b16，第一平衡阀9上设有并联连接的第二平衡阀10，第一平衡阀9和第二平衡阀10用于在检修门上浮时，先将上下游联通使得检修门上下游水位一致，作为检修门上浮的基础，因为检修门下沉后通常要进行抽水作业，使得上下游水位不一致，方便进行检修作业，在完成检修上浮时，需要先让上下游水位恢复一致，打开第一平衡阀9和第二平衡阀10可以省去上浮时的抽水作业。

使用上述的浮式检修门的自动沉浮控制系统，上述的第一调节水舱4和第二调节水舱5内设有调节水舱液位计21，第一边水舱2和第二边水舱3内设有边水舱高位浮球开关19、边水舱低位浮球开关20，检修门上部在上下游两侧均设有倾角传感器23，调节水舱液位计21、边水舱高位浮球开关19、边水舱低位浮球开关20和倾角传感器23和主控柜22的输入端电连接，主控柜22输出端和阀体控制箱25电连接，阀体控制箱25和主控柜22由动力柜24提供电源，倾角传感器23用于测量检修门相对于水平面的静态倾斜角度，通过测量静态重力加速度变化，转换成倾斜角度变化，用俯仰角(x)和横滚角(y)表示测量倾角值，倾角传感器23器用于检修门姿态监控和水位计的校准，并与水位传感器互为备用用于监控检修门姿态。

上述的调节水舱液位计21在两个调节水舱的四角各设有一支，并通过安装在主甲板上的水位计接线盒26与主控柜22电连接，便于维修更换调节水舱液位计21。

上所述的调节水舱液位计21为投入式液位计。

上述的主控柜22控制器采用plc，plc与模拟量输入输出模块电连接，模拟量输入连接调节水舱液位计21，实时感知调节水舱液位，模拟量输出模块连接阀体控制箱25，用以调节各阀体开度大小，主控柜22上设有和plc连接的hmi显示屏；

所述的第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15和第二调节水舱进出水阀b16为调节阀门且与模拟量输出模块电连接。

使用上述的浮式检修门自动沉浮控制系统的沉浮控制方法，具体步骤为：

step1、控制模式分为手动模式、自动模式、紧急模式和例行检查模式；

step2、进行沉浮操作时，主控柜22内plc先判断当前处于哪一种模式，当处于手动模式时，进入step3，当处于自动模式时，进入step4，处于例行检查模式时，进入step5；当系统检测条件达到紧急模式时，进入step6，

step3、手动模式下浮沉操作时，手动操作hmi显示屏使得各阀体依次打开，使得中央水舱1、第一边水舱2和第二边水舱3、第一调节水舱4和第二调节水舱5依次进行进水和排水；

step4、自动模式下浮沉操作时，plc控制各阀体依次打开，使得中央水舱1、第一边水舱2和第二边水舱3、第一调节水舱4和第二调节水舱5依次进行进水和排水，且可根据调节水舱液位计21传送的液位信息，以及倾角传感器23传送的检修门当前倾角，自动对第一调节水舱4和第二调节水舱5的阀体进行开度调节；

step5、当检修门处于例行检查模式时，系统自动实现检修门内中央水舱1、第一边水舱2和第二边水舱3的充水或放水过程，实现沉浮；

step6、控制系统根据倾角传感器23传送数据判断当浮门纵倾、横倾角度超出设定值时，系统进入紧急操作模式并发出声光报警，启动紧急操作程序，系统自动关闭所有阀门和泵，主控柜22上设有紧急停止按钮，当hmi显示屏损坏且此时plc仍在运行，可通过按下紧急停止按钮，触发紧急停止，使plc处于停止状态，各阀门关闭、泵停止。

上述的step3的具体过程为：

step3.1、当检修门下沉时，打开第一进水阀7和第二进水阀8，中央水舱1开始充水，当中央水舱1充满后，打开第一边水舱进出水阀11和第二边水舱进出水阀12，第一边水舱2和第二边水舱3开始进水，当两个边水舱充满后，打开第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15和第二调节水舱进出水阀b16，第一调节水舱4和第二调节水舱5开始进水，当两个调节水舱进水到预设检修门下沉位后，与上游侧连接的第一进水阀7关闭，与下游侧连接的第二进水阀8保持打开；

step3.2、当检修门上浮时，先关闭第一进水阀7和第二进水阀8，打开第一平衡阀9和第二平衡阀10，待上下游水位达到一致后关闭第一平衡阀9和第二平衡阀10，关闭第一边水舱进出水阀11和第二边水舱进出水阀12，同时打开两个调节水舱的第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15、第二调节水舱进出水阀b16和排水泵出水阀17，启动排水泵18检修门开始泄水上浮，当两个连接水舱排空后，关闭第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15和第二调节水舱进出水阀b16，打开两个边水舱的第一边水舱进出水阀11和第二边水舱进出水阀12进行排水，直至检修门上浮至预设空载吃水线后，关闭各舱进出水阀，关闭排水泵18和排水泵出水阀17。

上述的step4的具体过程为：

step4.1、自动模式下检修门下沉时，系统首先控制第一进水阀7和第二进水阀8打开，中央水舱1开始充水，当带到预设时间后打开第一边水舱进出水阀11和第二边水舱进出水阀12，当水位达到边水舱低位时，激活边水舱低位浮球开关20，系统自动报警并显示，当边水舱达到高位时，激活边水舱高位浮球开关19，系统自动报警并显示，此时系统收到边水舱高位浮球开关19和边水舱低位浮球开关20两个开关触发信号，系统自动打开第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15和第二调节水舱进出水阀b16，两个调节水舱开始充水，设置在调节水舱四角的调节水舱液位计21检测水舱液位，当调节水舱液位计21检测到下沉到预设水位时，关闭第一进水阀7和第二进水阀8

调节水舱充水过程中，系统自动检测倾角传感器23传送的检修门倾斜数据，当倾斜角在设定的允许范围内时，主控柜22内plc根据倾角传感器23反馈的倾斜方向和角度，发出pid调节信号调节第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15和第二调节水舱进出水阀b16的开度大小，使得第一调节水舱4和第二调节水舱5速度不一致，使检修门倾斜变小，当倾斜角度超出预设范围时，系统发出声光报警，并自动切换到紧急操作模式，进入step6，并通过转换到手动模式操控各阀门，使检修门达到平衡；

step4.2、自动模式下检修门上浮时，系统控制排水泵出水阀17打开，当排水泵出水阀17开度达到100%时，系统自动启动排水泵18，同时关闭第一边水舱进出水阀11和第二边水舱进出水阀12，打开第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15和第二调节水舱进出水阀b16，两个调节水舱开始排水，当排水达到调节水舱液位计21预设最低水位时，打开第一边水舱进出水阀11和第二边水舱进出水阀12，两个边水舱开始排水，当边水舱排水至所有边水舱高位浮球开关19和边水舱低位浮球开关20全部未激活时，检修门达到预设空载吃水线，系统控制排水泵18停止，控制排水泵出水阀17关闭，同时关闭各舱所有阀门；

当调节水舱排水过程中，系统自动检测倾角传感器23传送的检修门倾斜数据，当倾斜角在设定的允许范围内时，主控柜22内plc根据倾角传感器23反馈的倾斜方向和角度，发出pid调节信号调节第一调节水舱进出水阀a13、第一调节水舱进出水阀b14、第二调节水舱进出水阀a15和第二调节水舱进出水阀b16的开度大小，使得第一调节水舱4和第二调节水舱5速度不一致，使检修门倾斜变小，当倾斜角度超出预设范围时，系统发出声光报警，并自动切换到紧急操作模式，进入step6，并通过转换到手动模式操控各阀门，使检修门达到平衡。

上述的step5的具体过程为：

当检修门处于例行检查模式时，系统先自动控制向中央水舱1和两个边水舱进行充水，当达到两个边水舱高位浮球开关19激活时停止充水，并立刻转至放水过程，打开排水泵出水阀17和排水泵18，当放水至两个边水舱低位浮球开关20复位时停止排水泵18和排水泵出水阀17，并关闭各舱所有阀门。