Tecnología central y desafíos de aplicación para la medición de apertura de puertas curvas

El prólogo​
En la tensa atmósfera de las estaciones de control de inundaciones, la información sobre los niveles de agua de varios grandes ríos parpadea. El operador está mirando nerviosamente la puerta curva en la pantalla de monitoreo, listo para ajustar la apertura de acuerdo con las instrucciones y controlar el flujo aguas abajo. Pero justo después de que se dio la orden de apertura y cierre, el valor de la retroalimentación de apertura en el panel fue golpeado con un ritmo cardíaco acelerado - "katon? ¿Otro problema con el sensor?"
Escenarios similares se presentan con frecuencia en miles de centros hidráulicos en nuestro país. ​Los errores de precisión en la medición de la apertura de las compuertas curvas, que son instalaciones críticas de control de flujo, no sólo pueden causar un desperdicio de miles de metros cúbicos de agua por segundo, sino que también pueden ampliarse a un riesgo de seguridad importante para la seguridad de las personas y sus bienes en el momento de la inundación. ​

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I. núcleo y valor: ¿Por qué es tan importante medir con precisión la apertura de la puerta curvada?

La puerta curva se ha convertido en uno de los tipos de equipos de control de flujo extremadamente importantes en el proyecto moderno de conservación de agua y electricidad debido a su rendimiento superior de fuerza de apertura y cierre y características hidráulicas suaves. En comparación con una puerta plana, la estructura curvilínea tiene una ventaja mecánica natural. La presión del agua se traslada directamente a través de la bisela de la puerta al abrirse, lo que reduce drásticamente la potencia necesaria para el levantamiento. Y en el control preciso de la apertura, hay una serie de desafíos técnicos complejos:

• ​Gestión y control de recursos hídricos: los valores de apertura de la puerta están directamente relacionados con el caudal inferior. Un pequeño error de apertura de 0,1 m en una esclusa de gran tamaño puede significar una desviación del flujo de decenas o incluso cientos de metros cúbicos por segundo, lo que interfiere seriamente con la precisión de una serie de tareas clave de planificación, como la generación de energía, el riego, la navegación y el control de inundaciones.
• ​Importante garantía de seguridad estructural: la apertura inadecuada de la puerta puede causar tensiones anormales en el cuerpo de la puerta o bisel, causando fatiga del metal e incluso deformación, mientras que la apertura excesiva presenta un gran riesgo de vuelco de la estructura. Por lo tanto, la medición de apertura confiable en tiempo real es el eslabón central para garantizar la seguridad de la operación de la puerta.
• ​El soporte necesario para una programación eficiente: la consistencia de apertura determina el estado de equilibrio y el efecto de eliminación del flujo de descarga en escenarios de inundación que requieren que las compuertas porosas trabajen juntas. Cualquier inconsistencia en la apertura puede dar lugar a una serie de problemas que ponen en peligro la estabilidad de funcionamiento, tales como reflujo, remolinos e incluso vibraciones de la puerta.

Ii. Tecnología de base: ¿Cómo lograr la medida de apertura de la puerta curvada?

Sistema de medición de apertura de puerta curvadaGeneralmente se compone de tres partes principales, formando un conjunto completo de cadena de transmisión de adquisición de datos:

• ​Extremo de adquisición de valor de apertura -- sensor de posición de puerta (componente principal)​
  • ​Codificador absoluto de múltiples vueltas (esquema principal): montado en el eje de alta velocidad o en el extremo del eje del carrete que impulsa la máquina de apertura y cierre, convierte el número de anillos giratorios en una señal digital de recorrido de apertura. Con la función de memoria de la pérdida de energía, ninguna necesidad de encontrar el punto de referencia cero después de la restauración de la fuente de alimentación; Excelente rendimiento contra la interferencia del ambiente severo, puede ser impermeable y a prueba de polvo y evitar la corrosión bajo el nivel de protección IP67 estándar industrial.
  • ​Abridor de martillo pesado (programa auxiliar específico): aunque la lectura directa es intuitiva, el martillo es susceptible a la oscilación del viento para ver los datos; Los dispositivos de guía de poleas presentan riesgo de bloqueo en ambientes húmedos; En los escenarios de puertas de agujeros profundos, las largas distancias de elevación causan más retrasos significativos. Por lo tanto, actualmente se utiliza principalmente para la verificación auxiliar o la posición no crítica de la puerta.
• ​Vías de señalización - enlaces de transmisión de datos​
  • ​Conexión de línea física: el uso de pares trenzados blindados para transmitir señales industriales estándar (como cantidades analógicas de corriente 4-20ma o comunicación digital con protocolo rs485-modbus) es la opción más confiable en escenarios de distancia media.
  • ​Tecnologías alternativas de transmisión inalámbrica (aplicaciones de escenarios especiales): la tecnología de transmisión inalámbrica de banda específica se puede utilizar cuando el cableado es difícil en el sitio (por ejemplo, remodelación de ingeniería antigua) o cuando es necesario cruzar aguas amplias.
• ​Procesamiento de datos y capa de presentación de interfaz​
  • El sistema de adquisición PLC integra la información de posición de bloqueo después de transmitirla a la base de datos del sistema de monitoreo
  • Sistema SCADA muestra en tiempo real gráfico de posición de puerta y alarma de estado de bloqueo
  • La pantalla de control táctil HMI muestra dinámicamente en tiempo real los datos de apertura de cada agujero para facilitar el control de gestión del operador de campo

Iii. Principales dificultades técnicas y desafíos en la práctica

• ​El movimiento del arco y la contradicción de la gestión del cable: durante el movimiento de apertura y cierre de la puerta, los cambios en el radio de rotación dan lugar a trayectos de desplazamiento con una compleja forma de arco, lo que hace inevitable que los cables de sensores conectados estén sujetos a repetidos remolques de bobinado e incluso a roturas de tirón.
• ​Perturbaciones severas causadas por el entorno hídrico：
  • ​Interferencia de humedad y niebla de agua: el ambiente de humedad de alta intensidad puede desencadenar fácilmente la oxidación del contacto de los componentes electrónicos y el cortocircuito de la placa de circuito y otros fallos mortales
  • ​Erosión de vapor de agua corrosiva: especialmente en las esclusas cercanas al mar o en el entorno de agua de fábrica química, la corrosión por niebla salina de haluros puede destruir la carcasa metálica estándar durante varios meses
  • ​Problemas de sedimentación: ambiente de río con alto contenido de arena, el sedimento puede bloquear el cojinete o el mecanismo del engranaje para que se atasque, la parte activa del sensor está abrasiva o atascada
  • ​Efectos extremos de temperatura: el frío extremo en el norte y las altas temperaturas en el sur desafían la resistencia a largo plazo de los componentes electrónicos y los materiales de la chaqueta del cable
• ​Respuesta técnica a las interferencias de choque vibratorio: el choque hidrodinámico formado instantáneamente por la apertura y cierre de gran flujo hace que el cuerpo de la puerta se sacuda de alta frecuencia, mientras que la vibración de torsión de la cadena de transmisión mecánica también puede hacer que el recuento del codificador sea incorrecto.
• ​Control síncrono para un desafío extremo de precisión: muchas puertas de arco grandes plantean requisitos límite para la precisión de control síncrono, un error de medición de 0,1 grados puede significar una diferencia de posición de arco de casi 2 metros, que puede provocar una fuerte resonancia estructural a una velocidad de flujo específica.

Iv. Soluciones innovadoras y dirección futura de la evolución tecnológica

• ​Aplicaciones revolucionarias para la tecnología de medición sin contacto: el montaje de un codificador inductivo magnético de alta precisión o un sensor de desplazamiento magnetoestrictivo en la posición de la bisela de la puerta permite un aislamiento físico completo del punto de detección de las partes móviles. Evita el riesgo de fallo del cable de remolque, especialmente para las condiciones de trabajo con alto contenido de sedimentos y fuerte vibración.
• ​Esquema de seguridad redundante con detección múltiple: colocación de dispositivos de medición de apertura de principios diferentes en la misma puerta, por ejemploEncoder absoluto montado en el eje principal del carreteAl mismo tiempo, se añaden cerca de las articulacionesSensor de ánguloHacer comparaciones de verificación; En las partes especialmente importantes (como la puerta de arco de agujero profundo del proyecto de las tres gargías) incluso se configura la redundancia triple del sensor para lograr un sistema de falla de un solo punto sin interrupciones.
• ​Autodiagnóstico inteligente con aplicación de algoritmo de control tolerante a fallas: calibración automática periódica del sistema para detectar el estado del sensor; Cambiar automáticamente a la salida de canal redundante cuando se encuentran conflictos de datos anormales; Indicación automática del tipo de falla, ubicación. Por ejemplo, un sistema de gran central hidroeléctrica cambia el punto de medición auxiliar inmediatamente después de detectar la falla del encoder del husillo y alerta por correo electrónico para que el plan de mantenimiento intervenga para evitar un posible incidente de programación.
• ​Tecnología inalámbrica iot y construcción de sistemas de mantenimiento predictivo: los sistemas de próxima generación están cambiando completamente al modo de red inalámbrica para evitar cableado complejo; El sistema se basa en el modelo AI para determinar previamente las anomalías, por ejemplo, después de una fluctuación anormal en la curva de registro de temperatura del codificador de una presa, la plataforma empuja automáticamente el mensaje de un posible fallo de lubricación del rodamiento para programar el mantenimiento de la ventana fuera de temporada de inundaciones.

​Epílogo:​

Cuando las inundaciones golpean un momento crítico en complejos críticos de ingeniería hidráulica, cada despegue y aterrizaje precisos de la puerta de arco afectará la seguridad de la orilla a cientos de kilómetros de distancia. En un futuro en el que la presión hídrica continúa aumentando, cada pequeña mejora en la tecnología de medición de la apertura de puertas curvadas afectará la precisión operativa y los límites de seguridad de la ingeniería. La atención continua a la última tecnología de sensores y el esquema de control inteligente, de modo que cada cambio de apertura sutil se traduce con precisión y control en la seguridad de la ingeniería hidráulica y la fuerza de programación precisa.

Un gran centro de control de esclusas en el este de China hizo una apertura anormal de 10 cm debido a la interferencia de la señal de detección, lo que hizo sonar la alarma de la estación de monitoreo de nivel aguas abajo. Los ingenieros técnicos bloquearon remotamente el punto de falla para que la señal del codificador fuera perturbada por la interferencia electromagnética del convertidor de frecuencia en tan solo 15 minutos y luego activaron el control de canal redundante para evitar un posible evento de descontrol de la programación de inundaciones.

Hacer de cada mega-compuerta una herramienta precisa para el hombre para domar el río a través de una tecnología confiable de medición de apertura. Esta es la misión central de la evolución de la tecnología de control moderno en ingeniería hidráulica.