水电站双缸液压启闭机闸门自动纠偏系统设计

水电站双缸液压启闭机闸门自动纠偏系统设计

段立辉

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐830000)

摘要：大中型水利工程中,闸门的作用举足轻重。跨度较大的闸门启闭一般采用双缸液压启闭机，实践证明双缸液压启闭机最重要的是保证两缸同步性，两液压缸的同步性是由自动纠偏系统来完成的。自动纠偏系统主要由闸门行程检测装置、PLC纠偏控制程序、电气控制回路及液压纠偏回路组成。

关键词：双缸液压启闭机；纠偏；行程检测；纠偏系统

中图分类号：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

随着科技与经济的发展，新建水利工程规模越来越大，原有的绳鼓式、螺杆式闸门启闭机系统正逐步被淘汰，新兴的液压启闭机系统正得到广泛推广。在大中型水利工程中，大中型跨度钢闸门启闭一般采用双吊点液压启闭机实现。实践表明：双吊点液压启闭机在启闭闸门过程中，如果双缸同步性较差,会造成钢闸门的卡阻、侧水封的磨损、闸门漏水以及门槽轨道的变形等缺陷，甚至影响启闭机的正常工作，汛期上游洪水来临时不能正常泄洪，造成灾难性事故。

1纠偏作用及原理

为防止双缸液压启闭机两边液压缸不同步，导致闸门运行过程中存在卡阻或卡死现象，一般在双缸液压启闭机中需设计自动纠偏系统，当双缸液压启闭机运行过程中两边液压缸不同步，两液压缸偏差值超过设定值，纠偏系统会自动纠偏，直至两液压缸之间偏差值在设定的允许范围内，自动纠偏系统才停止纠偏，以保证两液压缸的同步性，防止液压启闭机闸门运行过程中出现卡阻或卡死现象。

自动纠偏系统主要由行程检测、逻辑判断、执行元件三部分组成。行程检测由液压缸上安装的轴角编码器完成，可以实时检测两液压缸的行程数据并传输给PLC。逻辑判断由可编程控制器(PLC)完成，PLC可以实时计算轴角编码器传来的两液压缸行程数据，并对两液压缸行程值进行比较，当两液压杆行程偏差值大于设定值时，PLC会发出纠偏指令给执行元件。执行元件由液压系统纠偏回路中的电磁换向阀完成，电磁换向阀收到PLC发出的纠偏指令后，线圈得电，阀芯动作，调整左右油缸有杆腔进、出流量， 从而使左右油缸的活塞杆运动速率保持一致， 闸门保持平稳启闭。采用电磁换向阀作用为执行元件的纠偏系统，结构简单，运行可靠。

2纠偏系统组成

液压启闭机闸门纠偏系统主要由行程检测、PLC控制程序、电气控制纠偏回路及液压系统纠偏回路组成(见图1)。

图1　纠偏控制系统

2.1行程检测

液压缸运行过程中行程测量系统是闸门自动纠偏系统的基础。无论采用何种自动纠偏系统，其工作均完全建立在行程检测装置所采集的液压缸左右行程数据上。因此，液压缸行程检测装置的精度、稳定性、可靠性，对双缸液压启闭机的自动纠偏控制系统起决定性作用。行程检测装置主要测量双缸液压启闭机两边液压缸的同步性，行程检测装置的测试精度影响双缸液压启闭机的同步误差。目前行程检测装置类型主要有外置式钢丝绳行程检测装置、内置式钢丝绳行程检测装置、静磁栅行程检测装置、线性位移行程检测装置、陶瓷杆配套行程检测装置等。建议不采用外置式钢丝绳行程检测装置，因其受外界环境和自重影响较大，致使行程检测精度不高，启闭机电气控制系统同步纠偏功能不强，易造成双缸不同步现象出现；同时钢丝绳如发生断裂，将直接损坏检测装置内的传动机构，影响设备的正常运行。行程检测编码器建议采用绝对型编码器，不采用增量型编码器，因为设备运行过程中遇到突然停电后，闸门开度数据全部丢失，影响闸门的正常运行，需要对闸门开度重新进行校核。

2.2PLC控制程序

通过双缸液压启闭机油缸上安装的行程检测装置， 可以测得左右油缸活塞杆的行程。行程检测装置将测得的油缸行程反馈给PLC模拟量模块，经PLC程序进行处理，并对左右油缸行程值进行比较， 一旦左右油缸活塞杆的行程之差超过设定值， 则判定左右油缸出现了超偏差， 需要进行自动纠偏。PLC输出信号控制液压系统纠偏回路中的电磁换向阀调整左、右有杆腔的油量，直到左右油缸偏差小于设定值，从而使左右油缸活塞杆运动速率保持同步，保持闸门平稳启闭，避免闸门运行过程中出现的卡阻现象。

2.3电气控制纠偏回路

电气控制纠偏回路(见下页图2)的纠偏方式主要分为手动纠偏和自动纠偏两种方式，在手动运行状态下，通过操作控制柜面板上的手动纠偏旋钮(SA3)直接动作于液压纠偏回路中电磁换向阀，控制有杆腔油量实现纠偏功能。自动纠偏是在现地自动和远程控制运行状态下，将闸门左右液压缸上行程检测装置测量的数据送到PLC，PLC程序对数据进行处理，与设定的偏差值进行比较，当偏差值超过设置值时，得到纠偏指令，通过PLC自动纠偏程序控制电气回路中的中间继电器(K5或K6)吸合，从而使电磁换向阀(YV3或YV4)线圈得电，电磁换向阀阀芯动作，调节控制液压系统中左、右有杆腔油量，保证左、右液压缸的同步运行。

图2　电气控制纠偏回路

2.4液压纠偏回路

如图3所示，为防止闸门卡死现象出现，双缸液压启闭机液压系统中在有杆腔进油路上设置了整流板(20.1和20.2)和调速阀(22.1和22.2)，确保进、回有杆腔油量均可调节，尽量保持两边液压缸的同步。而且还在液压系统中设置了由压力表(10.2和10.3)、压力继电器(11.2和11.3)、节流阀(24.1)及电磁换向阀YV3、YV4(23.1)共同组成的纠偏系统。压力表(10.2和10.3)主要显示左、右有杆腔压力值，根据显示压力值的大小，可以判断左、右有杆腔的快慢；当左、右有杆腔油路中油压力达到设定压力值时，压力继电器(11.2或11.3)动作，控制柜上有腔杆压力过高信号报警；节流阀(24.1)主要调节系统纠偏时回油流量的大小，从而调节纠偏时的速度，防止由于纠偏过快或过慢造成闸门的卡阻；电磁换向阀YV3、YV4(23.1)是纠偏系统的执行元件，在闸门开启过程中，当YV3通电时左缸快进，当YV4通电时右缸快进，而在闸门关闭过程中则相反。通过该纠偏系统消除闸门运行过程中左、右液压缸的累积偏差，保证两液压缸的同步性，可有效防止闸门卡阻现象。

图3　液压系统纠偏回路

3纠偏系统设计

根据液压启闭机使用规范及设计要求，闸门同步控制在启闭过程中，闸门行程检测装置连续检测两只液压缸的行程，行程检测装置数据传输到PLC摸拟量模块，通过摸拟量模块数据转换，即得到左活塞杆行程值为%MD32、右活塞杆行程值为%MD34。当偏差值大于15mm时，电磁阀YV3或YV4自动得电，调整液压缸有杆腔进油量，闸门启门过程中以油缸活塞杆慢的一边为准，要求对活塞杆快的一边实施纠偏，而闸门关过程中则相反；偏差值小于5mm时，自动纠偏停止；当两只液压缸的行程偏差值大于30mm时，液压系统自动停机并发出警报信号。闸门开启闭过程中，行程检测装置全程连续检查闸门两边液压缸行程。

当左活塞杆行程值大于右活塞杆行程(%MD32>%MD34)时，左偏差值等于左活塞杆行程值减去右活塞杆行程值(%MD44=%MD32-%MD34)；当左纠偏值大于15mm(%MD44>15)，并且闸门在启门运行状态(%Q3.2闭合)时,PLC控制系统会发出左纠偏指令(%M55闭合)。左液压缸纠偏指令传给电气控制系统回路K5中间继电器，中间继电器K5得电后，控制液压系统纠偏回路中YV3电磁换向阀得电，使左有杆腔供油管路中部分液压油经节流阀(24.1)和电磁换向阀(23.1)流回油箱，从而减慢左液压缸活塞杆速度。直到左右活塞杆偏差值小于5mm(%MD44<5)时，PLC发出停止纠偏指令，中间继电器K5失电，液压系统纠偏回路中YV3电磁换向阀失电，自动纠偏系统停止纠偏。

当右活塞杆行程值大于左活塞杆行程(%MD34>%MD32)时，右偏差值等于右活塞杆行程值减去左活塞杆行程值(%MD46=%MD34-%MD32)；当右纠偏值大于15mm(%MD46>15)，并且闸门在启门运行状态(%Q3.2闭合)时,PLC控制系统会发出右纠偏指令(%M56闭合)。右液压缸纠偏指令传给电气控制系统回路K6中间继电器，中间继电器K6得电后，控制液压系统纠偏回路中YV4电磁换向阀得电，使右有杆腔供油管路中部分液压油经节流阀(24.1)和电磁换向阀(23.1)流回油箱，从而减慢右液压缸活塞杆速度。直到左右活塞杆偏差值小于5mm(%MD46<5)时，PLC发出停止纠偏指令，中间继电器K6失电，液压系统纠偏回路中YV4电磁换向阀失电，自动纠偏系统停止纠偏。而在闸门关闭过程中则纠偏正好相反。

当液压启闭机运行过程中左、右活塞杆行程偏差值大于30mm(%MD44>30或%MD46>30)时，PLC控制系统超偏差报警，系统自动停机。

图4所示为PLC自动纠偏程序。

图4　 PLC自动纠偏程序

4结语

随着时代的不断进步，人们对自动化水平的要求越来越高，设计一套成熟、可靠的自动纠偏系统，不仅可以提高双缸液压启闭机闸门的安全、可靠性能，同时也是闸门启闭设备具备远程控制的先决条件，能够满足水电站“无人值班，少人职守”的运行模式，更重要的是为水库汛期的安全运行提供了保障。

参考文献

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