水電站雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)閘門自動(dòng)糾偏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

段立輝

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊830000)

摘要：大中型水利工程中,閘門的作用舉足輕重?？缍容^大的閘門啟閉一般采用雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，實(shí)踐證明雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)最重要的是保證兩缸同步性，兩液壓缸的同步性是由自動(dòng)糾偏系統(tǒng)來完成的。自動(dòng)糾偏系統(tǒng)主要由閘門行程檢測(cè)裝置、PLC糾偏控制程序、電氣控制回路及液壓糾偏回路組成。

關(guān)鍵詞：雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)；糾偏；行程檢測(cè)；糾偏系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TV664+.2

Design of Automatic Correction System in Hydropower Station

Dual-cylinder Hydraulic Hoist

DUAN Li-hui

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentConstructionAuthority,Urumqi830000,China)

Abstract：The gate plays a critical role in large and medium-sized water conservancy projects. Gate with large span is opened and closed generally by dual-cylinder hydraulic hoist. Practice shows that it is important for dual-cylinder hydraulic hoist to guarantee the synchronization of two cylinders. Synchronization of two hydraulic cylinders is completed by automatic correction system. Automatic correction system mainly consists of gate stroke detection device, PLC correction control procedure, electrical control circuit and hydraulic correction loop.

Keywords：dual-cylinder hydraulic hoist; correction; stroke detection; correction system

隨著科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新建水利工程規(guī)模越來越大，原有的繩鼓式、螺桿式閘門啟閉機(jī)系統(tǒng)正逐步被淘汰，新興的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系統(tǒng)正得到廣泛推廣。在大中型水利工程中，大中型跨度鋼閘門啟閉一般采用雙吊點(diǎn)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐表明：雙吊點(diǎn)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)在啟閉閘門過程中，如果雙缸同步性較差,會(huì)造成鋼閘門的卡阻、側(cè)水封的磨損、閘門漏水以及門槽軌道的變形等缺陷，甚至影響啟閉機(jī)的正常工作，汛期上游洪水來臨時(shí)不能正常泄洪，造成災(zāi)難性事故。

1糾偏作用及原理

為防止雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)兩邊液壓缸不同步，導(dǎo)致閘門運(yùn)行過程中存在卡阻或卡死現(xiàn)象，一般在雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)中需設(shè)計(jì)自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，當(dāng)雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)運(yùn)行過程中兩邊液壓缸不同步，兩液壓缸偏差值超過設(shè)定值，糾偏系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)糾偏，直至兩液壓缸之間偏差值在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，自動(dòng)糾偏系統(tǒng)才停止糾偏，以保證兩液壓缸的同步性，防止液壓?jiǎn)㈤]機(jī)閘門運(yùn)行過程中出現(xiàn)卡阻或卡死現(xiàn)象。

自動(dòng)糾偏系統(tǒng)主要由行程檢測(cè)、邏輯判斷、執(zhí)行元件三部分組成。行程檢測(cè)由液壓缸上安裝的軸角編碼器完成，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)兩液壓缸的行程數(shù)據(jù)并傳輸給PLC。邏輯判斷由可編程控制器(PLC)完成，PLC可以實(shí)時(shí)計(jì)算軸角編碼器傳來的兩液壓缸行程數(shù)據(jù)，并對(duì)兩液壓缸行程值進(jìn)行比較，當(dāng)兩液壓桿行程偏差值大于設(shè)定值時(shí)，PLC會(huì)發(fā)出糾偏指令給執(zhí)行元件。執(zhí)行元件由液壓系統(tǒng)糾偏回路中的電磁換向閥完成，電磁換向閥收到PLC發(fā)出的糾偏指令后，線圈得電，閥芯動(dòng)作，調(diào)整左右油缸有桿腔進(jìn)、出流量， 從而使左右油缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)速率保持一致， 閘門保持平穩(wěn)啟閉。采用電磁換向閥作用為執(zhí)行元件的糾偏系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。

2糾偏系統(tǒng)組成

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)閘門糾偏系統(tǒng)主要由行程檢測(cè)、PLC控制程序、電氣控制糾偏回路及液壓系統(tǒng)糾偏回路組成(見圖1)。

圖1　糾偏控制系統(tǒng)

2.1行程檢測(cè)

液壓缸運(yùn)行過程中行程測(cè)量系統(tǒng)是閘門自動(dòng)糾偏系統(tǒng)的基礎(chǔ)。無論采用何種自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，其工作均完全建立在行程檢測(cè)裝置所采集的液壓缸左右行程數(shù)據(jù)上。因此，液壓缸行程檢測(cè)裝置的精度、穩(wěn)定性、可靠性，對(duì)雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的自動(dòng)糾偏控制系統(tǒng)起決定性作用。行程檢測(cè)裝置主要測(cè)量雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)兩邊液壓缸的同步性，行程檢測(cè)裝置的測(cè)試精度影響雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的同步誤差。目前行程檢測(cè)裝置類型主要有外置式鋼絲繩行程檢測(cè)裝置、內(nèi)置式鋼絲繩行程檢測(cè)裝置、靜磁柵行程檢測(cè)裝置、線性位移行程檢測(cè)裝置、陶瓷桿配套行程檢測(cè)裝置等。建議不采用外置式鋼絲繩行程檢測(cè)裝置，因其受外界環(huán)境和自重影響較大，致使行程檢測(cè)精度不高，啟閉機(jī)電氣控制系統(tǒng)同步糾偏功能不強(qiáng)，易造成雙缸不同步現(xiàn)象出現(xiàn)；同時(shí)鋼絲繩如發(fā)生斷裂，將直接損壞檢測(cè)裝置內(nèi)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。行程檢測(cè)編碼器建議采用絕對(duì)型編碼器，不采用增量型編碼器，因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行過程中遇到突然停電后，閘門開度數(shù)據(jù)全部丟失，影響閘門的正常運(yùn)行，需要對(duì)閘門開度重新進(jìn)行校核。

2.2PLC控制程序

通過雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸上安裝的行程檢測(cè)裝置， 可以測(cè)得左右油缸活塞桿的行程。行程檢測(cè)裝置將測(cè)得的油缸行程反饋給PLC模擬量模塊，經(jīng)PLC程序進(jìn)行處理，并對(duì)左右油缸行程值進(jìn)行比較， 一旦左右油缸活塞桿的行程之差超過設(shè)定值， 則判定左右油缸出現(xiàn)了超偏差， 需要進(jìn)行自動(dòng)糾偏。PLC輸出信號(hào)控制液壓系統(tǒng)糾偏回路中的電磁換向閥調(diào)整左、右有桿腔的油量，直到左右油缸偏差小于設(shè)定值，從而使左右油缸活塞桿運(yùn)動(dòng)速率保持同步，保持閘門平穩(wěn)啟閉，避免閘門運(yùn)行過程中出現(xiàn)的卡阻現(xiàn)象。

2.3電氣控制糾偏回路

電氣控制糾偏回路(見下頁圖2)的糾偏方式主要分為手動(dòng)糾偏和自動(dòng)糾偏兩種方式，在手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，通過操作控制柜面板上的手動(dòng)糾偏旋鈕(SA3)直接動(dòng)作于液壓糾偏回路中電磁換向閥，控制有桿腔油量實(shí)現(xiàn)糾偏功能。自動(dòng)糾偏是在現(xiàn)地自動(dòng)和遠(yuǎn)程控制運(yùn)行狀態(tài)下，將閘門左右液壓缸上行程檢測(cè)裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)送到PLC，PLC程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，與設(shè)定的偏差值進(jìn)行比較，當(dāng)偏差值超過設(shè)置值時(shí)，得到糾偏指令，通過PLC自動(dòng)糾偏程序控制電氣回路中的中間繼電器(K5或K6)吸合，從而使電磁換向閥(YV3或YV4)線圈得電，電磁換向閥閥芯動(dòng)作，調(diào)節(jié)控制液壓系統(tǒng)中左、右有桿腔油量，保證左、右液壓缸的同步運(yùn)行。

圖2　電氣控制糾偏回路

2.4液壓糾偏回路

如圖3所示，為防止閘門卡死現(xiàn)象出現(xiàn)，雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)液壓系統(tǒng)中在有桿腔進(jìn)油路上設(shè)置了整流板(20.1和20.2)和調(diào)速閥(22.1和22.2)，確保進(jìn)、回有桿腔油量均可調(diào)節(jié)，盡量保持兩邊液壓缸的同步。而且還在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了由壓力表(10.2和10.3)、壓力繼電器(11.2和11.3)、節(jié)流閥(24.1)及電磁換向閥YV3、YV4(23.1)共同組成的糾偏系統(tǒng)。壓力表(10.2和10.3)主要顯示左、右有桿腔壓力值，根據(jù)顯示壓力值的大小，可以判斷左、右有桿腔的快慢；當(dāng)左、右有桿腔油路中油壓力達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，壓力繼電器(11.2或11.3)動(dòng)作，控制柜上有腔桿壓力過高信號(hào)報(bào)警；節(jié)流閥(24.1)主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)糾偏時(shí)回油流量的大小，從而調(diào)節(jié)糾偏時(shí)的速度，防止由于糾偏過快或過慢造成閘門的卡阻；電磁換向閥YV3、YV4(23.1)是糾偏系統(tǒng)的執(zhí)行元件，在閘門開啟過程中，當(dāng)YV3通電時(shí)左缸快進(jìn)，當(dāng)YV4通電時(shí)右缸快進(jìn)，而在閘門關(guān)閉過程中則相反。通過該糾偏系統(tǒng)消除閘門運(yùn)行過程中左、右液壓缸的累積偏差，保證兩液壓缸的同步性，可有效防止閘門卡阻現(xiàn)象。

圖3　液壓系統(tǒng)糾偏回路

3糾偏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)使用規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，閘門同步控制在啟閉過程中，閘門行程檢測(cè)裝置連續(xù)檢測(cè)兩只液壓缸的行程，行程檢測(cè)裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC摸擬量模塊，通過摸擬量模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即得到左活塞桿行程值為%MD32、右活塞桿行程值為%MD34。當(dāng)偏差值大于15mm時(shí)，電磁閥YV3或YV4自動(dòng)得電，調(diào)整液壓缸有桿腔進(jìn)油量，閘門啟門過程中以油缸活塞桿慢的一邊為準(zhǔn)，要求對(duì)活塞桿快的一邊實(shí)施糾偏，而閘門關(guān)過程中則相反；偏差值小于5mm時(shí)，自動(dòng)糾偏停止；當(dāng)兩只液壓缸的行程偏差值大于30mm時(shí)，液壓系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出警報(bào)信號(hào)。閘門開啟閉過程中，行程檢測(cè)裝置全程連續(xù)檢查閘門兩邊液壓缸行程。

當(dāng)左活塞桿行程值大于右活塞桿行程(%MD32>%MD34)時(shí)，左偏差值等于左活塞桿行程值減去右活塞桿行程值(%MD44=%MD32-%MD34)；當(dāng)左糾偏值大于15mm(%MD44>15)，并且閘門在啟門運(yùn)行狀態(tài)(%Q3.2閉合)時(shí),PLC控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出左糾偏指令(%M55閉合)。左液壓缸糾偏指令傳給電氣控制系統(tǒng)回路K5中間繼電器，中間繼電器K5得電后，控制液壓系統(tǒng)糾偏回路中YV3電磁換向閥得電，使左有桿腔供油管路中部分液壓油經(jīng)節(jié)流閥(24.1)和電磁換向閥(23.1)流回油箱，從而減慢左液壓缸活塞桿速度。直到左右活塞桿偏差值小于5mm(%MD44<5)時(shí)，PLC發(fā)出停止糾偏指令，中間繼電器K5失電，液壓系統(tǒng)糾偏回路中YV3電磁換向閥失電，自動(dòng)糾偏系統(tǒng)停止糾偏。

當(dāng)右活塞桿行程值大于左活塞桿行程(%MD34>%MD32)時(shí)，右偏差值等于右活塞桿行程值減去左活塞桿行程值(%MD46=%MD34-%MD32)；當(dāng)右糾偏值大于15mm(%MD46>15)，并且閘門在啟門運(yùn)行狀態(tài)(%Q3.2閉合)時(shí),PLC控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出右糾偏指令(%M56閉合)。右液壓缸糾偏指令傳給電氣控制系統(tǒng)回路K6中間繼電器，中間繼電器K6得電后，控制液壓系統(tǒng)糾偏回路中YV4電磁換向閥得電，使右有桿腔供油管路中部分液壓油經(jīng)節(jié)流閥(24.1)和電磁換向閥(23.1)流回油箱，從而減慢右液壓缸活塞桿速度。直到左右活塞桿偏差值小于5mm(%MD46<5)時(shí)，PLC發(fā)出停止糾偏指令，中間繼電器K6失電，液壓系統(tǒng)糾偏回路中YV4電磁換向閥失電，自動(dòng)糾偏系統(tǒng)停止糾偏。而在閘門關(guān)閉過程中則糾偏正好相反。

當(dāng)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)運(yùn)行過程中左、右活塞桿行程偏差值大于30mm(%MD44>30或%MD46>30)時(shí)，PLC控制系統(tǒng)超偏差報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。

圖4所示為PLC自動(dòng)糾偏程序。

圖4　 PLC自動(dòng)糾偏程序

4結(jié)語

隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對(duì)自動(dòng)化水平的要求越來越高，設(shè)計(jì)一套成熟、可靠的自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，不僅可以提高雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)閘門的安全、可靠性能，同時(shí)也是閘門啟閉設(shè)備具備遠(yuǎn)程控制的先決條件，能夠滿足水電站“無人值班，少人職守”的運(yùn)行模式，更重要的是為水庫汛期的安全運(yùn)行提供了保障。

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