望 昊，杜 满，胡 航，秦一帆，习 武

（长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443002）

0 引言

浮式检修门（简称为“浮门”）是一种用于辅助船闸闸室排干的浮箱式挡水门，是船闸闸室排干施工的重要封堵设备。浮门沉浮量是指浮门在检修门槽内沉浮作业期间，浮门门体下沉或上浮的数值，一般需精确到厘米。浮门在沉浮作业时，沉浮量的准确性和实时性，直接影响浮门沉浮过程的控制判断和安全风险预判。数据不准确可能会造成浮门下沉不到位、封堵不可靠；数据不准确和数据实时性不够还会使作业人员对浮门浮态判断错误或不及时，造成浮门在沉浮过程中倾斜过大甚至有卡在检修门槽内的风险。因此，设计一种浮门沉浮量的自动检测装置对于浮门沉浮作业控制的安全性提升具有十分重要的意义。本文基于拉绳式开度仪和三峡船闸浮门沉浮作业环境，进行浮门沉浮量检测装置设计。

1 装置需求分析

1.1 装置设计目标与原则

浮门沉浮量检测装置需实现三峡船闸浮门在检修门槽内沉浮作业期间，浮门沉浮量的自动检测。

浮门沉浮量检测装置需基于拉绳式开度仪设计，采用将拉绳开度仪传感器本体安装在浮门门体端，拉绳端固定在闸墙端的方式，装置布置简图如图1 所示，浮门沉浮作业时拉绳的长度变化值即为浮门沉浮量。

图1 装置布置简图

1.2 装置技术指标

1）检测精度。根据沉浮作业浮态判断需求，装置检测精度需精确到厘米，传感器检测精度需精确到毫米。

2）防护等级。根据检修门槽环境和浮门作业环境，装置需满足室外运行工况，防护等级不低于IP64。

3）检测量程。装置检测量程需满足检测最大浮门沉浮行程Hmax，检测装置量程取Hmax的1.5 倍。Hmax=H2-H3-H1，其中H1为浮门门体常规排空吃水值；H2为船闸下游最高检修水位；H3为检修门槽底槛高程。

4）数据接口类型。装置检测数据需接入浮门PLC控制系统，沉浮量需在人机界面显示，数据接口类型应为同步串行接口（SSI）。

5）传感器编码器类型。装置检测数据掉电需能保存位置信息，传感器的编码器应为绝对值编码器。

6）数据显示刷新周期。装置检测数据显示刷新周期不超过250 ms。

7）安装校准便捷。装置安装校准或拆解复位时长不大于20min，装置大小、重量、稳固性满足现场环境要求。

2 装置设计

2.1 装置安装位置选择

2.1.1 传感器拉绳端安装位置

三峡南、北线船闸的浮门沉放检修门槽非中隔墩侧和中隔墩侧的形式不同，门槽简图如图2 所示。非中隔墩侧的门槽，从闸墙顶到底槛区间，上部分为平面，下部分为梯形凹槽。中隔墩侧的门槽，从闸墙顶到底槛区间为从顶到底一致的方形凹槽。同时中隔墩侧闸墙顶高程低于南北两侧闸墙高程。结合门槽环境可知，装置岸上部分适合安装在中隔墩侧闸墙顶。

图2 检修门槽简图

2.1.2 传感器安装位置

浮门在检修门槽内沉浮过程需保持与上游止水面的贴合。沉浮作业时采用人工系缆的方式，系缆端为浮门门顶两端的系缆桩和门槽闸墙上纵向排列的固定系缆点。浮门门顶两侧上游部分区域为系缆区，如图3 所示。装置需避开系缆区安装于下游侧。

图3 浮门系缆简图

由于浮门门体无法进行打磨焊接等作业。检测传感器的安装需充分利用现有可安装支点。经现场勘察可知，浮门门顶布置有多处栏杆立杆安装支座。可依托栏杆支座进行设计。综合各项因素，装置传感器的最佳安装点，如图4 所示。

图4 装置传感器最佳安装点

2.1.3 传感器拉绳端相对安装高度

浮门门体在沉浮作业期间与检修门槽中隔墩侧闸墙之水面的相对位置不固定。根据现场测试，浮门在上下游方向的偏移量较小可忽略，南北侧的偏移量最大为40 cm。

2.2 装置安装设计

装置的安装涉及拉绳开度仪本体和拉绳端两部分，拉绳开度仪安装在浮门顶部，拉绳端安装在中隔墩侧闸墙，安装方式简图如图5 所示。安装设计分为两个部分，分别是浮门端传感器支座、闸墙端可调节拉绳支架。安装设计目标是满足安装环境要求，能可靠固定传感器，能进行拉绳开度仪的拉绳垂直校准，确保拉绳的长度变化值即为浮门沉浮量。

图5 拉绳开度仪安装方案（俯视图）

2.2.1 浮门端传感器支座

浮门端传感器支座需依托栏杆支座固定在浮门上，需结合栏杆支座尺寸数据和拉绳开度仪尺寸数据进行设计。支座设计为三部分，分别为固定支架、位移平台、安装板。固定支架根据栏杆支座螺孔设计了安装槽套装在浮门防护栏杆U 型支座上实现固定，且不影响栏杆立杆安装拆解。位移平台设计用于拉绳开度仪的拉绳垂直校准，平台有两套滑块结构，平台上有可调节的螺丝长圆孔，用于调节测量仪器南北方向的移动。安装板设计用于固定开度仪本体，安装在位移平台滑块上。浮门端传感器支座的设计如图6所示。

2.2.2 闸墙端可调节拉绳支架

闸墙端可调节拉绳支架通过闸墙顶水泥护栏固定，由卡在闸墙护栏上的钢支座和延长金属杆组成。钢支座安装于闸墙顶水泥护栏上，用螺栓固定，支座顶端平面平台中心有一个直径为10 mm 的圆孔通过10 mm 的螺杆固定延长金属杆的一端。中心圆孔附近有两条直径为10 mm 的半圆弧道，可调节金属杆的旋转角度，从而改变金属杆末端位置，可用于拉绳垂直校准。钢支座设计如图7 所示。延长金属杆一端固定于钢支座上，另一端设计有调节孔可用于固定和调节拉绳端。

2.3 装置硬件设计

装置的硬件设计主要包括前端部分、传输部分和后端数据处理部分，硬件设计如图8 所示。

图8 硬件设计

2.3.1 前端部分

前端部分主要完成浮门沉浮量数据的采集，笔者选用了满足装置技术指标的拉绳式开度仪作为数据采集传感器。传感器的供电由浮门甲板中部控制区电源柜备用电源取电，经供电电缆外接至传感器安装位置。

2.3.2 传输部分

前端采集的数据需传输到浮门甲板中部控制区的PLC数据采集模块。拉绳式开度仪的数据接口为同步串行接口（SSI），笔者选用了满足户外敷设和防护等级的双层屏蔽铠装通信电缆与接口，确保信号传输稳定。

2.3.3 后端数据处理部分

前端传感器接入PLC 数据采集模块后，通过编程数据处理后得出浮门沉浮量数值（显示到毫米，精确到厘米）。在人机界面新增沉浮量数据显示区，使沉浮作业人员可通过人机界面查看浮门沉浮量数值和输入零点值进行沉浮量数值校准。

3 装置测试

装置在2022 年三峡南线船闸计划性停航检修浮门沉浮作业期间完成相关测试。

3.1 装置安装

装置分为固定安装部分和现场安装校准部分。在浮门仍处于门库停放位时，完成装置固定部分的安装与接线，浮门托移到检修门槽区满足止水面贴合条件后，进行支架部分延长金属杆的安装、拉绳端固定、拉绳垂直校准（利用垂线、垂块辅助校准）。

3.2 装置读数校准

装置正常通电后，浮态平稳具备下沉条件时，在人机界面进行沉浮量读数校零。

3.3 装置测试方法

在闸墙止水面垂直下放毫米刻度皮尺和垂线，始终保持皮尺垂直。浮门端固定测量板指向皮尺，用于沉浮量准确读数。沉浮作业期间对皮尺读数进行实时录制与人工读数，对人机界面沉浮量数据进行数据归档，对装置的检测精度进行验证。测试装置现场安装校准时间，对装置的安装便捷性进行验证。

4 结语

装置的设计充分考虑了浮门现场工况，因地制宜，装置固定可靠、安装校准便捷，防护等级满足现场工况。装置测试数据稳定可靠，检测精度满足设计和应用要求，经现场测试验证具备投入条件。但装置仍需从浮门漂移离开门槽等进行拉绳应急挂接解除设计优化，来进一步降低设备运行风险和作业人员安全风险。