杨伟君，熊锦玲，望 昊

(长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443002)

廖楚柯等[1]采用光纤传感技术与编程控制技术，研制出了一种新型的闸门开度测控系统，并在湖南省五强溪大型多级船闸取得良好的应用效果。三峡船闸作为世界上连续级数最多、总水头最高的船闸，其每扇人字门的开度(行程)测量数据是三峡船闸核心检测及控制数据之一。因此，作为核心控制工艺的关键设备，人字门开度仪的正常工作是三峡船闸安全、高效运行的重要保障，人字门开度仪运行的好坏直接关系到三峡船闸的运行安全与效率。本文总结激光雷达开度仪在三峡船闸的首次应用与实践情况，为三峡船闸人字门开度仪换型更新提供技术参考，同时也可为其它船闸人字门开度测控设备选型提供借鉴。

1 工作原理

激光雷达开度仪是将激光雷达测距技术应用到船闸闸门测控领域的一种专用设备。激光雷达测距技术是一种利用激光对目标标靶的距离进行准确测定的技术。激光雷达开度仪在工作时向目标标靶射出一束很细的激光，由光电元件接收目标标靶反射回来的激光束，再由计时器测定激光束从发射到接收的时间，从而计算出从测距仪到目标标靶的距离。激光雷达测距仪质量轻、体积小、操作简单、速度快而且准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。激光雷达测距仪的测量原理见图1。

图1 激光雷达测距仪的测量原理

2 激光雷达开度仪选型

激光雷达开度仪应用试验选址于三峡船闸中南二人字门，该人字门启闭机的活塞杆行程为7 276 mm。在进行激光雷达开度仪的试验过程中，技术人员为了排除激光测距传感器性能不佳导致试验结果不准确的可能性，特意选择目前在港口机械中广泛使用、品质可靠的SICK品牌DT50-High高精度漫反射型产品作为开度仪试验型号，其性能参数如下：测距距离范围0.2～20 m，分辨率1 mm，测量精度7 mm(绝对精度)，光点直径< 15 mm(10 m)，工作电源DC 24 V，工作环境-30～65 ℃，激光等级为II级[2]。

3 激光雷达开度仪与三峡船闸现地PLC控制系统信号接口及连接

4 人字门开度仪检测控制功能及测控数据对比

根据三峡船闸控制工艺，PLC控制系统利用模拟量采集模块检测船闸双侧两扇人字门的开度信号，采用PID调节控制算法，输出对双侧比例变量泵的控制信号，实现双侧人字门的同步启闭运行。此外，根据人字门全行程的开度检测，定义7段不同的变速运行区域，减小启动及到位停止阶段的速度，实现对人字门机械设备的特性保护，在中间段开度，采用高速运行，以节省人字门启闭时的运行时间。将激光雷达开度仪测量数据接入集中监控系统，并设计专用程序比对内置开度仪与激光雷达开度仪测量数据，见表1。

表1 内置开度仪与激光雷达开度仪测量数据

续表1

内置开度仪激光雷达开度仪时间测量行程∕mm时间测量行程∕mm03 11 41.417+08 003852.64990203 11 41.417+08 003852.64787503 12 00.417+08 002674.91210903 12 00.417+08 002674.89515603 12 14.417+08 001808.89697303 12 14.417+08 001808.67498003 12 36.417+08 00577.461914103 12 36.417+08 00577.459242103 13 17.417+08 003.66113281303 13 17.417+08 003.481962892

注：+08:00为控制系统采集时间。

5 激光雷达开度仪的特点与优势

1)首次将激光测距传感技术应用于大型船闸的人字门开度检测，其具有测量范围宽、测量精度高等优点。

2)由于实现了非接触式的激光测量技术，避免了船闸现场恶劣环境对人字门开度检测的不利影响，方便用户维护。

3)采用可编程控制技术实现信号连接，对原有的PLC控制程序进行适当的修改，增加杂波过滤以及障碍遮挡功能，提高了人字门开度控制运行的可靠性，增强控制系统的自动化程度。

4)激光雷达开度仪几乎不受外部降雨、降雪等天气条件的影响，其工作的稳定性和可靠性较其它类型的开度仪高。

6 结论

1)激光雷达开度仪与内置开度仪具有相近的测量精度和稳定性，满足三峡船闸人字门“同步启闭”“对中合拢”核心控制工艺的要求，在三峡船闸人字门开度仪设备换型更新中可予以考虑，也可在行业内得到推广应用。

2)对于运行繁忙的三峡船闸而言，激光雷达开度仪将大大压缩人字门开度仪的停航检修时间，这将有助于缓解通航压力、提高通航效率。