1960年出版的《華中工學(xué)院學(xué)報(bào)》第一卷第二期《三峽水利樞紐科學(xué)技術(shù)研究匯編第二輯·均衡重式垂直升船機(jī)電力拖動(dòng)及自動(dòng)控制專輯》,集中展現(xiàn)了我國(guó)在三峽工程早期論證階段,針對(duì)大型垂直升船機(jī)這一關(guān)鍵通航設(shè)施所進(jìn)行的開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)探索。其中,通信與自動(dòng)控制技術(shù)作為保障升船機(jī)安全、高效、精準(zhǔn)運(yùn)行的核心支撐,在當(dāng)時(shí)的研究中占據(jù)了重要地位,體現(xiàn)了我國(guó)工程技術(shù)界的前瞻視野與自力更生的科研精神。
本專輯所聚焦的“均衡重式垂直升船機(jī)”,其核心在于利用平衡重系統(tǒng)大幅降低提升船舶所需的驅(qū)動(dòng)功率。龐大機(jī)械系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作、承船廂的精準(zhǔn)??俊⒁约巴话l(fā)狀況的應(yīng)急響應(yīng),都離不開(kāi)一套可靠、靈敏的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng),而通信與自動(dòng)控制技術(shù)正是該系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”與“智慧大腦”。
專輯中的研究主要圍繞以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方向展開(kāi):
- 多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制:均衡重式升船機(jī)通常由多臺(tái)大功率電動(dòng)機(jī)同步驅(qū)動(dòng),以確保承船廂平穩(wěn)升降,避免傾斜。研究重點(diǎn)在于如何通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)(可能基于當(dāng)時(shí)的繼電-接觸器邏輯控制或早期模擬調(diào)節(jié)技術(shù)),實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的精確同步,克服負(fù)載不均帶來(lái)的動(dòng)態(tài)差異。這涉及到速度檢測(cè)、偏差比較與功率調(diào)節(jié)等一系列閉環(huán)控制邏輯。
- 運(yùn)行位置與速度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與閉環(huán)調(diào)節(jié):升船機(jī)需要在高落差下實(shí)現(xiàn)承船廂在上下游水位間的精確對(duì)接。研究探討了如何利用當(dāng)時(shí)可行的技術(shù)手段(如精密行程開(kāi)關(guān)、模擬測(cè)速發(fā)電機(jī)、早期編碼器等)進(jìn)行位置與速度的實(shí)時(shí)檢測(cè),并將信號(hào)反饋至控制系統(tǒng),構(gòu)成位置-速度雙閉環(huán)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)“軟啟動(dòng)”、“勻速運(yùn)行”和“精確制動(dòng)停車”的自動(dòng)化流程。
- 安全聯(lián)鎖與故障保護(hù)系統(tǒng):作為重大安全設(shè)備,升船機(jī)必須配備多重安全防護(hù)。專輯中的研究必然涉及基于繼電器邏輯的緊急制動(dòng)、超速保護(hù)、傾斜保護(hù)、行程極限保護(hù)等硬接線安全回路的設(shè)計(jì)。也探索了如何通過(guò)信號(hào)連鎖,確保閘門啟閉、緊鎖裝置動(dòng)作與主機(jī)運(yùn)行之間嚴(yán)格按順序自動(dòng)進(jìn)行,防止誤操作。
- 集中監(jiān)控與指令通信系統(tǒng):雖然受限于60年代初的技術(shù)條件,尚未出現(xiàn)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)(DCS),但研究已體現(xiàn)出集中監(jiān)控的構(gòu)思。可能通過(guò)中央控制屏上的儀表、指示燈與操作按鈕,結(jié)合有線通信通道(如控制電纜),實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)集中顯示與操作指令的可靠下發(fā),構(gòu)成了早期的人機(jī)交互與指揮通信模式。
- 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程分析與優(yōu)化:研究不僅關(guān)注靜態(tài)控制邏輯,也深入分析了電力拖動(dòng)系統(tǒng)在啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等動(dòng)態(tài)過(guò)程中的機(jī)電特性,并尋求通過(guò)控制策略優(yōu)化來(lái)抑制振動(dòng)、減少?zèng)_擊,提升運(yùn)行平穩(wěn)性與設(shè)備壽命。
歷史意義與當(dāng)代回響:
這份1960年的研究專輯,是我國(guó)在工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱、國(guó)外技術(shù)封鎖的背景下,自主規(guī)劃超級(jí)工程關(guān)鍵技術(shù)的一次重要理論儲(chǔ)備與實(shí)踐預(yù)研。其中關(guān)于自動(dòng)控制與系統(tǒng)集成的思想,如閉環(huán)調(diào)節(jié)、同步控制、安全聯(lián)鎖等,為后續(xù)我國(guó)大型升船機(jī)(如當(dāng)今三峽、向家壩等工程中世界規(guī)模最大的升船機(jī))的設(shè)計(jì)、建設(shè)與控制系統(tǒng)的研發(fā)奠定了最初的理論基石和技術(shù)思路。它所體現(xiàn)的從工程實(shí)際需求出發(fā),攻堅(jiān)克難、系統(tǒng)規(guī)劃的研究方法,至今仍具啟示價(jià)值。
可以說(shuō),該專輯不僅是特定歷史時(shí)期一份珍貴的科技文獻(xiàn),更是中國(guó)工程師和科學(xué)家在重大裝備自動(dòng)化與智能化道路上早期探索的一座里程碑,其中的核心控制思想穿越時(shí)空,依然在當(dāng)代大國(guó)重器的精密控制中閃爍著智慧的光芒。