本文轉(zhuǎn)自：人民網(wǎng)-科普中國(guó)

雷海威 張海龍

葛洲壩水電站是長(zhǎng)江干流上的第一座大型水電站，也是世界最大的低水頭、大流量、徑流式電站，已平穩(wěn)運(yùn)行四十多年。作為中國(guó)水電發(fā)展的“活化石”，這座電站正悄然經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的智能化變革。

在葛洲壩二江電站機(jī)組進(jìn)水口壩面，智能化改造后的門機(jī)正高效作業(yè)。門機(jī)高達(dá)30米，兩側(cè)跨度達(dá)15米，重達(dá)500多噸，專門負(fù)責(zé)電站平面閘門啟閉操作，是保障防洪度汛、能源保供及電站安全運(yùn)行的核心關(guān)鍵設(shè)備。而工程師只需要輕點(diǎn)屏幕，門機(jī)便即刻啟動(dòng)全自動(dòng)運(yùn)行模式，昔日繁瑣的人工操作，已升級(jí)為全自主智能操作。這背后，究竟蘊(yùn)藏著哪些硬核科技？

智能門機(jī)實(shí)物圖。受訪方供圖

告別“搖啊搖”的操作迷茫

傳統(tǒng)門機(jī)操作堪稱“高空繡花”絕技！駕駛員身處高空駕駛室，需與地面指揮精準(zhǔn)配合，完成百噸閘門的毫米級(jí)定位，難度堪比蒙眼聽指令穿針引線。更具挑戰(zhàn)的是，門機(jī)采用鋼絲繩柔性連接，在風(fēng)力與慣性作用下，懸掛的重物會(huì)不由自主地?fù)u擺，重量越大擺幅越明顯。經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅能順勢(shì)通過“跟車”操作平穩(wěn)控險(xiǎn)，而職場(chǎng)新人往往在持續(xù)晃動(dòng)中手足無措，難以掌控方向。

為讓新人快速掌握“跟車”秘訣，葛洲壩電廠啟動(dòng)智能門機(jī)研制工作。研發(fā)團(tuán)隊(duì)首先基于北斗、激光、UWB（無線載波通信）、直線編碼等傳感技術(shù)，構(gòu)建“粗定位+精確定位+反饋定位+冗余定位”的柔性定位體系，讓門機(jī)精準(zhǔn)感知自身方位。隨后，團(tuán)隊(duì)將老師傅的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)數(shù)字化，使門機(jī)可自主制定起點(diǎn)至終點(diǎn)的啟動(dòng)、加速、勻速、減速、制動(dòng)全流程策略，將百噸閘門的自動(dòng)控制精度穩(wěn)定在±5毫米。配合門機(jī)與閘門信息智能互聯(lián)系統(tǒng)，借助視覺識(shí)別及RFID（射頻識(shí)別）等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)門庫閘門及閘門槽的精準(zhǔn)識(shí)別與自動(dòng)檢測(cè)，大幅提升閘門啟閉的自動(dòng)化與智能化水平。

在實(shí)際應(yīng)用中，這套系統(tǒng)成功破解了傳統(tǒng)人工操作中因高空作業(yè)、慣性及風(fēng)力影響導(dǎo)致的精準(zhǔn)對(duì)位難題。即便在湍急水流中，抓梁也能精準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)水下閘門吊耳孔，準(zhǔn)確完成起吊、入槽、穿銷等關(guān)鍵動(dòng)作，面對(duì)復(fù)雜工況依舊穩(wěn)如磐石。

此外，智能門機(jī)集成了金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障預(yù)警等功能。200多個(gè)傳感器實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)全生命周期健康管理。這意味著門機(jī)不僅能“自主高效作業(yè)”，還能“主動(dòng)自檢”，提前預(yù)判潛在故障，為水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供長(zhǎng)效保障。

水下作業(yè)的三重安全保障

水電站門機(jī)核心作業(yè)場(chǎng)景聚焦水下，閘門提落過程中，抓梁需在水下精準(zhǔn)完成穿銷鎖定這一關(guān)鍵動(dòng)作。智能改造前，水下作業(yè)完全依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)與手感，作業(yè)成功率難以保證，安全風(fēng)險(xiǎn)居高不下。為破解水下信號(hào)傳輸難題、筑牢作業(yè)安全防線，研發(fā)團(tuán)隊(duì)量身打造三重防護(hù)體系。

首先升級(jí)設(shè)備耐壓等級(jí)，將水下設(shè)備的抗壓標(biāo)準(zhǔn)提升至2兆帕，相當(dāng)于水下200米耐壓級(jí)別，可從容應(yīng)對(duì)水下高壓環(huán)境。其次采用雙重物理防護(hù)，為水下設(shè)備配備不銹鋼外殼與額外保護(hù)罩，有效抵御水流沖擊、泥沙磨損等外部干擾。最后構(gòu)建冗余傳輸通道，通過數(shù)字化傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號(hào)多路徑傳輸，確保水下與地面的通信穩(wěn)定不中斷。

這些改造成果將水下作業(yè)模式從以往的“盲操作”升級(jí)為“可視化精準(zhǔn)控制”，操作人員在地面就能通過屏幕實(shí)時(shí)觀察水下工況，徹底告別高空作業(yè)的安全隱患。同時(shí)，門機(jī)搭載的激光雷達(dá)防撞系統(tǒng)，會(huì)實(shí)時(shí)掃描作業(yè)區(qū)域的人員與障礙物，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即自動(dòng)停機(jī)，為水下作業(yè)筑起一道堅(jiān)實(shí)的安全防線。

人機(jī)協(xié)作的新模式

智能門機(jī)的投入使用，在作業(yè)效率上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍：閘門啟閉響應(yīng)時(shí)間由三十分鐘以上縮短至1分鐘以內(nèi)，操作人員由4人及以上減為1人，“一鍵”即可完成閘門啟閉操作。不僅提升了作業(yè)精度和效率，更帶來了操作人員工作模式的根本轉(zhuǎn)變。

這種轉(zhuǎn)變不僅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和安全隱患，更讓年輕技術(shù)人員有機(jī)會(huì)發(fā)揮更大創(chuàng)造力。葛洲壩電廠機(jī)械水工維修部工程師舒雨菡表示：“從傳統(tǒng)門機(jī)駕駛員，變成了執(zhí)行過程中的監(jiān)督者，這樣可以讓我從繁重的門機(jī)操作中解脫出來，結(jié)合我自己的專業(yè)能力將更多的工作重心放在創(chuàng)新研發(fā)上，用我們年輕人的力量來助力大國(guó)重器實(shí)現(xiàn)更多智慧轉(zhuǎn)型。”

作為運(yùn)行四十余年的“資深”水電站，葛洲壩智能門機(jī)改造并非簡(jiǎn)單的設(shè)備替換，而是我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備更新、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的生動(dòng)縮影。中國(guó)工程院院士鈕新強(qiáng)評(píng)價(jià)：“已建大壩隨著使用年限增加，它的安全性肯定是呈下降趨勢(shì)。智能門機(jī)相比傳統(tǒng)機(jī)制和技術(shù)，更安全、更可靠、更高效。”當(dāng)更多“大國(guó)重器”插上科技翅膀，將加速國(guó)家傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型升級(jí)，為中國(guó)式現(xiàn)代化提供更加有力的支撐。

審核：宋宏偉 三峽集團(tuán)長(zhǎng)江電力葛洲壩電廠黨委書記、副廠長(zhǎng)