CN107795840A - 一种升船机安全保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种升船机安全保护系统，在常规升船机控制系统之外独立运行，检测装置实时检测升船机的工作状态参数，发送至安全控制器，安全控制器进行运行连锁条件判断，满足运行连锁条件时，才向保护动作输出模块发送连锁允许信号，常规升船机控制系统方可执行控制动作，保证了升船机运行流程安全；安全控制器在进行运行连锁条件判断的同时，进行紧急停车条件判断，满足紧急停车条件时，向保护动作输出模块发送紧急停车保护信号，保护执行机构立即紧急停车，防止升船机发生灾难性事故。

Description

一种升船机安全保护系统

技术领域

本发明属于水电站通航建筑物建设技术领域，涉及升船机领域，尤其涉及一种升船机安全保护系统。

背景技术

升船机又称“举船机”，是利用机械装置升降船舶以克服航道上集中水位落差的通航建筑物，是客轮的快速过坝通道。升船机监控系统通过控制闸门启闭液压设备、大型拖动机械设备，采用承船厢将船舶直接从坝下提升至坝上水库，或从坝上水库直接将船舶运至坝下航道。升船机系统是一个集机械、液压、电气、结构等多学科的综合控制系统，其运行工况较复杂，任何一项设备的故障都可能带来灾难性后果。

发明内容

为了更有效、更科学地预防和控制事故，本发明提出了一种升船机安全保护系统，在常规升船机控制系统之外，独立运行，将极大地提高整个系统的安全性和可靠性，技术方案如下：

一种升船机安全保护系统，所述升船机安全保护系统包括若干检测装置、安全控制器和保护动作输出模块，其中：

所述检测装置实时检测升船机的工作状态，并传送给安全控制器；

所述安全控制器根据检测装置检测信号进行运行连锁条件和紧急停车条件判断，输出相应的连锁条件允许信号和紧急停车保护信号；

所述保护动作输出模块根据安全控制器输出的保护信号执行对应的保护动作，串接在常规升船机控制系统控制回路和执行机构动作回路中，只有接收到连锁条件允许信号升船机控制系统控制回路才能控制，只要接收到紧急停车保护信号执行机构动作回路立即执行紧急停车动作。

可选的，所述检测装置包括船厢内水深检测装置、间隙水深检测装置、船厢防撞系统检测装置、船厢运行速度检测装置、船厢行程检测装置、间隙密封机构检测装置、闸门检测装置、顶紧装置与锁定机构检测装置、船厢定位检测装置和传动装置故障检测装置。

可选的，所述船厢水深检测装置和间隙水深检测装置采用多路压力传感器进行船厢水位和间隙水位精确检测，将船厢水位信号和间隙水位信号传送给安全控制器，由安全控制器检测船厢与间隙之间水位是否平衡、间隙水是否泄空、船厢内漏水是否超限，并进行连锁条件和紧急停车条件判断处理。

可选的，所述船厢防撞系统检测装置检测到防撞装置处于禁止通航状态时，输出防撞装置禁止通航信号，传送给安全控制器，由安全控制器进行连锁条件判断处理。

可选的，所述船厢运行速度检测装置采用增量型旋转编码器和转速计共同测量船厢运行速度，在船厢全行程的任一时刻，船厢运行速度超过给定速度阀值时，向安全控制器发送船厢运行速度超限信号。

可选的，所述船厢行程检测装置在船厢4个驱动机构减速齿轮箱中速轴输出端各安装一个绝对型旋转编码器，在1号、3号两个对角驱动点对接锁定机构导向架横导向装置上各安装一个绝对型直线位移测量装置，在2号、4号对角驱动区安装格雷母线长行程测量装置，将4个驱动点行程传送至安全控制器，安全控制器进行船厢水平度计算，并进行连锁条件和紧急停车条件判断处理。

可选的，所述间隙密封机构检测装置、闸门检测装置、顶紧装置与锁定机构检测装置分别采用位移传感器进行行程检测，采用限位开关进行位置状态检测，并传送至安全控制器，安全控制器通过行程和位置状态进行间隙密封机构是否推出或退回、闸门是否打开、关闭或锁定、顶紧装置与锁定机构是否打开或关闭判断，并进行连锁条件和紧急停车条件判断处理。

可选的，所述船厢定位检测装置进行船厢减速位置和停位位置检测，并传送至安全控制器，安全控制器结合船厢运行速度进行船厢紧急重点位置保护紧急停车条件判断处理。

可选的，所述传动装置故障检测装置进行传动装置中电机故障检测和传动系统整体故障检测，并传送至安全控制器，安全控制器进行电机故障点个数是否超限计算，并进行传动装置故障点超限和传动系统故障紧急停车条件判断处理。

所述运行连锁条件判断处理，包括：

只有间隙密封机构处于最终位置且完全缩回时，安全控制器才输出船厢驱动机构允许运行信号；

只有间隙密封机构推出到位并顶紧时，安全控制器才输出间隙充水允许信号；

只有船厢防撞系统防撞装置处于禁止通航状态时，安全控制器才输出闸门关闭允许信号；

只有闸门关闭并锁定时，安全控制器才输出间隙泄水允许信号；

只有闸门打开并锁定时，安全控制器才输出防撞装置断开允许通航信号；

只有船厢与间隙之间水位平衡时，安全控制器才输出开启船厢门允许信号；

只有间隙水已泄空时，安全控制器才输出收回间隙密封机构允许信号；

只有顶紧装置与锁定机构均打开时，安全控制器才输出起动船厢允许信号。

所述紧急停车条件判断处理为，当安全控制器判断船厢运行速度超限、船厢紧急重点位置保护、船厢水平度偏差超限、传动装置故障点超限、船厢内漏水超限或传动系统故障中的任一种，均向保护动作输出模块发送紧急停车保护信号。

可选的，所述船厢紧急重点位置保护包括减速位置未减速和停位位置未停位。

可选的，所述检测装置、安全控制器、保护动作输出模块均为经第三方权威机构认证的功能安全型产品。经过功能安全认证的产品有如下好处：一是可靠性高，二是产品导向安全，即产品设计出现故障也能保证安全。认证行业内比较多的是德国TUV认证。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：通过设计一个独立于常规升船机控制系统运行的升船机安全保护系统，检测装置实时检测升船机的工作状态参数，发送至安全控制器，安全控制器进行运行连锁条件判断，满足运行连锁条件时，才向保护动作输出模块发送连锁允许信号，常规升船机控制系统方可执行控制动作，保证了升船机运行流程安全；安全控制器在进行运行连锁条件判断的同时，对船厢运行速度、船厢位置、船厢水平度、传动装置故障等进行紧急停车条件判断，满足紧急停车条件时，向保护动作输出模块发送紧急停车保护信号，保护执行机构立即紧急停车，可有效防止升船机发生灾难性事故。

附图说明

为更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种升船机安全保护系统的结构示意图。

图2为本发明另一个实施例提供的一种升船机安全保护系统的结构示意图。

具体实施方法

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供了一种升船机安全保护系统，如图1所示，应用于升船机A10，所述升船机A10至少包括常规升船机控制系统A11和保护执行机构A12，所述升船机安全保护系统包括：检测模块100、安全控制器200和保护动作输出模块300，其中，

所述检测装置100实时检测升船机A10的工作状态，并传送给安全控制器200；

所述安全控制器200根据检测装置100检测信号进行运行连锁条件和紧急停车条件判断，输出相应的连锁条件允许信号和紧急停车保护信号；

所述保护动作输出模块300根据安全控制器200输出的保护信号执行对应的保护动作，串接在常规升船机控制系统A11控制回路和保护执行机构A12动作回路中，只有接收到连锁条件允许信号升船机控制系统A11控制回路才能控制，只要接收到紧急停车保护信号保护执行机构A12动作回路立即执行紧急停车动作。

需要说明的是，安全控制器200实时根据检测装置100的检测信号进行运行连锁条件判断处理，具体如下：

只有间隙密封机构处于最终位置且完全缩回时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送船厢驱动机构允许运行信号，常规升船机控制系统A11方可运行船厢驱动机构；

只有间隙密封机构推出到位并顶紧时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送间隙充水允许信号，常规升船机控制系统A11才能控制对间隙充水；

只有船厢防撞系统防撞装置处于禁止通航状态时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送闸门关闭允许信号，常规升船机控制系统A11方可控制闸门关闭；

只有闸门关闭并锁定时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送间隙泄水允许信号，常规升船机控制系统A11才能控制对间隙泄水；

只有闸门打开并锁定时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送防撞装置断开允许通航信号，常规升船机控制系统A11才可控制防撞装置断开，允许通航；

只有船厢与间隙之间水位平衡时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送开启船厢门允许信号，常规升船机控制系统A11才可控制船厢门开启；

只有间隙水已泄空时，安全控制器200才向保护动作输出模块300才发送收回间隙密封机构允许信号，常规升船机控制系统A11才可控制间隙密封机构收回；

只有顶紧装置与锁定机构均打开时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送起动船厢允许信号，常规升船机控制系统A11才可控制船厢起动。

另外需要说明的是，安全控制器200实时根据检测装置100的检测信号进行运行连锁条件判断的同时进行紧急停车条件判断处理，当安全控制器200判断船厢运行速度超限、船厢紧急重点位置保护、船厢水平度偏差超限、传动装置故障点超限、船厢内漏水超限或传动系统故障中的任一种条件出现时，均向保护动作输出模块300发送紧急停车保护信号，保护执行机构A12立即紧急停车。

需要说明的是，所述船厢紧急重点位置保护包括减速位置未减速和停位位置未停位。

为保证升船机安全保护系统的安全性和可靠性，所述检测装置100、安全控制器200、保护动作输出模块300均应选择经认证的功能安全型产品。

在上述实施例的基础上，在本发明的另一个实施例中，如图2所示，所述检测模块100包括船厢内水深检测装置101、间隙水深检测装置102、船厢防撞系统检测装置103、船厢运行速度检测装置104、船厢行程检测装置105、间隙密封机构检测装置106、闸门检测装置107、顶紧装置与锁定机构检测装置108、船厢定位检测装置109和传动装置故障检测装置110。

所述船厢水深检测装置101和间隙水深检测装置102采用多路压力传感器进行船厢水位和间隙水位精确检测，将船厢水位值和间隙水位值传送给安全控制器200。安全控制器200接收到船厢水位值和间隙水位值后，进行如下运行连锁条件和紧急停车条件判断处理：

实时比较船厢水位值与船厢正常水位值，判断船厢是否漏水，并与船厢内漏水安全阀值进行比较，当船厢内漏水超过船厢内漏水安全阀值时，安全控制器200触发船厢内漏水超限信号，向保护动作输出模块300发送紧急停车信号，保护执行机构A12立即紧急停车；

进行间隙水位值与间隙水泄空值比较，判断间隙水是否泄空，当间隙水位值为零时，安全控制器200触发间隙水已泄空信号，向保护动作输出模块300发送收回间隙密封机构允许信号，常规升船机控制系统A11方可执行收回间隙密封机构动作，否则无法收回间隙密封机构；

比较船厢水位值与间隙水位值大小，进行船厢与间隙水位是否平衡判断，当船厢水位值与间隙水位值值差小于10cm时，安全控制器200触发船厢与间隙之间水位平衡信号，向保护动作输出模块300发送开启船厢门允许信号，常规升船机控制系统A11方可执行开启船厢门动作，否则无法开启船厢门。

所述船厢防撞系统检测装置103采用防撞桁架及防撞钢丝绳进行船厢防撞检测，将防撞桁架和防撞钢丝绳位置状态发送给安全控制器200，当防撞桁架处于最终关闭位置且防撞钢丝绳处于拉紧位置时，安全控制器200触发防撞装置处于禁止通航信号，向保护动作输出模块300发送闸门关闭允许信号，常规升船机控制系统A11方可制定关闭闸门动作，否则无法关闭闸门。

所述船厢运行速度检测装置104采用增量型旋转编码器和转速计共同测量船厢运行速度，在船厢全行程的任一时刻，船厢运行速度超过给定速度阀值时，向安全控制器200发送船厢运行速度超限信号，安全控制器200向保护动作输出模块300发送紧急停车信号，保护执行机构A12立即紧急停车。

所述船厢行程检测装置105在船厢4个驱动机构减速齿轮箱中速轴输出端各安装一个绝对型旋转编码器，在1号、3号两个对角驱动点对接锁定机构导向架横导向装置上各安装一个绝对型直线位移测量装置，在2号、4号两个对角驱动区安装格雷母线长行程测量装置，将4个驱动点行程发送至安全控制器200，安全控制器200通过4个驱动点行程偏差计算船厢水平度，当4个驱动点行程偏差大于±8cm时，安全控制器200触发船厢水平度超限信号，并向保护动作输出模块300发送紧急停车信号，保护执行机构A12立即紧急停车。

所述间隙密封机构检测装置106、闸门检测装置107、顶紧装置与锁定机构检测装置108分别采用位移传感器进行行程检测，采用限位开关进行位置状态检测，并传送至安全控制器200，安全控制器200通过行程和位置状态进行间隙密封机构是否推出或退回、闸门是否打开、关闭或锁定、顶紧装置与锁定机构是否打开或关闭判断：

只有间隙密封机构处于最终位置完全缩回时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送船厢驱动机构允许运行信号，常规升船机控制系统A11才能运行船厢驱动机构，否则不能运行船厢驱动机构；

只有间隙密封机构推出到位并顶紧时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送间隙充水允许信号，常规升船机控制系统A11才能对间隙充水，否则不能对间隙充水；

只有当闸门关闭并锁定时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送间隙泄水允许信号，常规升船机控制系统A11才能对间隙泄水，否则不能对间隙泄水；

只有当闸门打开并锁定时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送防撞装置断开允许通航信号，常规升船机控制系统A11才可将防撞装置断开，允许通航，否则不能断开防撞装置，不允许通航；

只有当顶紧装置与锁定机构均打开时，安全控制器200才向保护动作输出模块300发送起动船厢允许信号，常规升船机控制系统A11才可以起动船厢，否则无法启动船厢。

所述船厢定位检测装置109进行船厢减速位置和停位位置检测，并传送至安全控制器200，安全控制器200结合船厢运行速度进行船厢紧急重点位置保护紧急停车条件判断处理：

当船厢到达减速位置未减速时，安全控制器200触发船厢紧急重点位置保护信号，并向保护动作输出模块300发送紧急停车信号，保护执行机构A12立即紧急停车；

当船厢到达停位位置未停位时，安全控制器200触发船厢紧急重点位置保护信号，并向保护动作输出模块300发送紧急停车信号，保护执行机构A12立即紧急停车。

所述传动装置故障检测装置110进行传动装置中电机故障检测和传动系统整体故障检测，并传送至安全控制器200，安全控制器200进行电机故障点个数是否超限计算，并进行传动装置故障点超限和传动系统故障紧急停车条件判断处理：当电机故障点个数达到3个或传动系统故障时，安全控制器200触发传动装置故障点超限信号，并向保护动作输出模块300发送紧急停车信号，保护执行机构A12立即紧急停车。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种升船机安全保护系统，其特征在于包括若干检测装置、安全控制器和保护动作输出模块；所述检测装置实时检测升船机的工作状态，并传送给安全控制器；所述检测装置包括船厢内水深检测装置、间隙水深检测装置、船厢防撞系统检测装置、船厢运行速度检测装置、船厢行程检测装置、间隙密封机构检测装置、闸门检测装置、顶紧装置与锁定机构检测装置、船厢定位检测装置、传动装置故障检测装置；所述安全控制器根据检测装置检测信号进行运行连锁条件和紧急停车条件判断，输出相应的连锁条件允许信号和紧急停车保护信号；所述保护动作输出模块串接在升船机控制系统控制回路和执行机构动作回路中，根据安全控制器输出的保护信号执行对应的保护动作，只有接收到连锁条件允许信号升船机控制系统控制回路才能控制，只要接收到紧急停车保护信号执行机构动作回路立即执行紧急停车动作。

2.根据权利要求1所述的升船机安全保护系统，其特征在于所述运行连锁条件的判断具体为：

只有间隙密封机构处于最终位置且完全缩回时，安全控制器才输出船厢驱动机构允许运行信号；

只有间隙密封机构推出到位并顶紧时，安全控制器才输出间隙充水允许信号；

只有船厢防撞系统防撞装置处于禁止通航状态时，安全控制器才输出闸门关闭允许信号；

只有闸门关闭并锁定时，安全控制器才输出间隙泄水允许信号；

只有闸门打开并锁定时，安全控制器才输出防撞装置断开允许通航信号；

只有船厢与间隙之间水位平衡时，安全控制器才输出开启船厢门允许信号；

只有间隙水已泄空时，安全控制器才输出收回间隙密封机构允许信号；

只有顶紧装置与锁定机构均打开时，安全控制器才输出起动船厢允许信号。

3.根据权利要求1所述的升船机安全保护系统，其特征在于所述紧急停车条件判断具体为：当安全控制器判断船厢运行速度超限、船厢紧急重点位置保护、船厢水平度偏差超限、传动装置故障点超限、船厢内漏水超限或传动系统故障中的任一种，均向保护动作输出模块发送紧急停车保护信号。

4.根据权利要求3所述的升船机安全保护系统，其特征在于所述船厢紧急重点位置保护信号包括减速位置未减速信号和停位位置未停位信号。

5.根据权利要求1所述的升船机安全保护系统，其特征在于，所述船厢水深检测装置和间隙水深检测装置采用多路压力传感器进行船厢水位和间隙水位精确检测，将船厢水位信号和间隙水位信号传送给安全控制器，由安全控制器检测船厢与间隙之间水位是否平衡、间隙水是否泄空、船厢内漏水是否超限，并进行连锁条件和紧急停车条件判断处理。

6.根据权利要求1所述的升船机安全保护系统，其特征在于，所述船厢运行速度检测装置采用增量型旋转编码器和转速计共同测量船厢运行速度，在船厢全行程的任一时刻，船厢运行速度超过给定速度阀值时，向安全控制器发送船厢运行速度超限信号。

7.根据权利要求1所述的升船机安全保护系统，其特征在于，所述船厢行程检测装置在船厢4个驱动机构减速齿轮箱中速轴输出端各安装一个绝对型旋转编码器，在1号、3号两个对角驱动点对接锁定机构导向架横导向装置上各安装一个绝对型直线位移测量装置，在2号、4号对角驱动区安装格雷母线长行程测量装置，将4个驱动点行程传送至安全控制器，安全控制器进行船厢水平度计算，并进行连锁条件和紧急停车条件判断处理。

8.根据权利要求1所述的升船机安全保护系统，其特征在于，所述间隙密封机构检测装置、闸门检测装置、顶紧装置与锁定机构检测装置分别采用位移传感器进行行程检测，采用限位开关进行位置状态检测，并传送至安全控制器，安全控制器通过行程和位置状态进行间隙密封机构是否推出或退回、闸门是否打开、关闭或锁定、顶紧装置与锁定机构是否打开或关闭判断，并进行连锁条件和紧急停车条件判断处理。

9.根据专利要求1所述的升船机安全保护系统，其特征在于，所述传动装置故障检测装置进行传动装置中电机故障检测和传动系统整体故障检测，并传送至安全控制器，安全控制器进行电机故障点个数是否超限计算，并进行传动装置故障点超限和传动系统故障紧急停车条件判断处理。

10.根据权利要求1所述的升船机安全保护系统，其特征在于所述检测装置、安全控制器、保护动作输出模块均为经认证的功能安全型产品。