浅谈竹屿水闸液压启闭机的自动化控制系统及其维护

林勇

（平潭综合实验区农业农村发展服务中心，福建 平潭 350400）

1 竹屿水闸工程概况

竹屿水闸位于福建省平潭综合实验区，为平面钢闸门，共7孔，每孔独立配套QPPYII-2×500kN 液压启闭机，包含两支液压缸、一套液压动力站及现地电气控制柜。其中液压动力站的功率为18.5kW，系统输出最大压力为35MPa，容积1000L，设有两油泵电动机互为备用；启闭机油缸的容量为2×500kN，工作行程为6.2m，启闭速度为0.6m/min，有杆腔压力为18.1MPa，无杆腔压力为0.5MPa，闭门靠闸门自重。液压启闭机集中控制室设有主、副计算机监控系统、视频监控系统、UPS 不间断电源柜等设备。

2 液压启闭机的操作模式概况

液压启闭机的控制方式分为手动、自动和远方3 种，通过现地控制柜上的工况旋钮开关切换。现地手动控制（分步控制）、现地自动控制、远程控制。

现地手动控制使用按钮操作，与PLC 系统完全隔离，在自动控制系统失效的情况下，可以完整分步实现所有功能。现地自动控制使用触摸屏操作，通过PLC 控制启闭机运行。远程控制通过预留的以太网通信，从上位机发信号给PLC，从而控制启闭机运行。

3 液压启闭机系统功能

3.1 数据采集、处理及显示

对液压泵站状态（压力、温度、液位）、闸门运行状态等开关量、行程传感器进行采集。

油缸行程传感器采用内置+外置钢丝绳式行程传感器，编码器为SSI 信号。

限位开关对闸门全开全关处的限位开关信号进行采集。

根据采集的信号，判断系统运行状态，用于调节和报警。

3.2 控制与调节

可通过操作按钮或者触摸屏，对闸门进行启、闭控制，同时对闸门状态进行监视；系统还可根据预先设置的参数，对闸门进行自动控制和调节。

手动操作模式下可以实现与PLC 无关的闸门动作和纠偏控制。

3.3 下滑复位

闸门下滑后自动提升至下滑前位置。下滑60mm（可在触摸屏上设置或更改）时，一台液压泵电动机自动投入运行，将闸门提升恢复原位。若继续下滑至100mm（可在触摸屏上设置或更改），两台油泵运行，液压泵电动机尚未投入运行时，在集控室及现场设有声光报警信号。同时另外油泵电机组应自动接通，将闸门提升恢复至原位。当下滑超过150mm 或2min 下滑未复位（可在触摸屏上设置或更改）时，停机并报警。

3.4 电源报警和保护

主电路设置浪涌保护器，保护主电源。

主电路设置相序继电器，对主电源和备用电源进行监控，对相序、过电压、缺相、过电流、欠电压等故障进行保护，并将报警信号送本地PLC 和远控。

双电源切换装置有过电流过载缺相等保护。

4 控制方式

4.1 手动控制

该模式是通过操作控制柜面板上的按钮（如图1 所示），逐步完成闸门的启闭动作（启动油泵→系统建压→开启闸门/关闭闸门→停止闸门→停止建压→停止油泵），在操作的同时还要注意观察液压系统及闸门的状态，如果发现异常需立即停机（如系统超、欠压等）。该回路是独立的继电器回路，一般是在系统故障或者检修状态下使用，同时也是确保液压启闭机正常运行的最后保障。

图1 手动控制操作面板

手动模式，主控侧可通过按钮控制副控侧。

手动操作步骤如下。

启门：工况选择旋钮打到手动位置→依次按下→（手动启泵（1#、2#任选1 台）、开启闸门按钮）→启门时候观察显示屏上左右两侧数据，两侧数据差超过15mm 左右时，通过纠偏旋钮进行纠偏，保证闸门的平衡（哪边数据大就往哪边纠偏，纠平为止）→启到需要高度时，依次按下（停止闸门）按钮，系统停止工作。

4.2 自动控制

该模式下闸门的控制由PLC 程序来完成，操作人员只需点击触摸屏上的一个触控按钮（开启或关闭闸门），系统会自动依次完成上述一系列动作，当闸门开启或关闭到设定位置（触摸屏上可设定该位置）后，系统自动停机；在运行过程中，系统会自动检测闸门和液压系统的各项参数，如发现故障系统会发出报警并且停机；即一键式操作。

4.3 远方控制

液压启闭机接收上位机发出的指令。

PLC 柜接上位机的控制信号。根据上位机发送的启门或闭门信号动作闸门。

接收上位机信号，可以是通信方式，也可以是硬接线的方式。闸门运行信号、状态信号、锁定信号、液压泵站状态信号等，在柜内有无源点，送上位机。

备注：

（1）这三种控制方式互相独立，即当选取任意一种控制方式时，另外两种控制方式均失效。

（2）触摸屏在任意模式下都显示闸门及液压系统的状态，但是在手动模式下不参与控制。

（3）在任意模式下，按下紧急停止按钮，系统均停机。

5 纠偏原理说明

闸门启闭时，两根活塞杆在伸出、缩回的过程中总会存在同步误差，可能是因为外海水的作用力也可能是因为墙面的摩擦力或者其他原因，导致闸门受力不均匀，双液压油缸偏载，其中一根活塞杆运动速度缓慢，产生误差，可能会造成水封磨损、闸门卡死等安全事故。这样就需要进行纠偏，让活塞杆的运动速度尽可能的达到同步，使闸门水平启闭。

竹屿水闸液压控制系统纠偏为放油纠偏，将纠偏换向阀并联于左、右油缸主油路上。当一侧油缸运行速度较快时，操作纠偏按钮纠偏，换向阀电磁铁得电将压力油卸回油箱。

6 计算机远程监控

液压启闭机现地控制柜工况选择旋钮切换到远方，采用中控室计算机远程控制。右上侧分别为系统时间和水位显示（以cm为单位），中间为效果图，从左到右依次对应1～7 号闸门，所有闸门都可以根据真实闸门的动作进行实时动画效果。闸门的基本状态显示、重要报警点和控制按钮。当状态点的右侧亮起绿灯，为闸门发生该状态。当报警点右侧亮起红灯，表示该闸门发出相应的报警。

7 液压启闭机的维护

7.1 液压系统的日常维护

液压系统的基本维护主要对系统上的阀组阀件及液压油的维护。这些方面安排周期性的检查，关于液压油：液压系统上配有P.Q.T 接头，通过P.Q.T 检测仪对液压油的压力、温度、流量进行检测，同时配套便携式油液污染度检测仪，对油质周期性的取样抽查。由于液压启闭机使用不频繁，故上述油液更换时间仅供参考，具体可通过化验是否变质后确定。

7.2 液压油的维护与保养

（1）灌装液压油。用于注入液压泵站的液压油应与液压泵站中已有的液压油型号相同。

（2）更换液压油。一般按照每3 年更换一次。若取样检验合格时，可延长更换的时间。

（3）液压油检查。液压油定期取样便携式油液污染度检测仪检查其品质。每季度检查一次。液压油的指标如表1 所示。

表1 液压油取样检测指标

7.3 液压元器件检查维护与保养

检查不锈钢管路所有接头、法兰盘或焊接接缝处，以及液压泵站的油箱的焊接点是否存在渗漏。作表记录并修理泄漏处。

检查管路振动与换向液压冲击。

检查运行温度与压力。

在闸门全关位置（油缸全伸状态）检查液压泵站油箱液位指示器的液位是否在正常范围。

当设备处于运行状态时，检查液压系统各部位如阀件、接头连接、阀芯、螺纹连接、阀杆密封盖等处的泄漏。

检查电器与电缆连接的松动，以防损坏。

检查压力表的损坏。如果有读数不正确的情况，关闭此压力表的开关，拆下压力表并重新校准它，或用备用表更换之。然后，重新连接好压力表。

检查压力表与接头的泄漏。

检查噪音是否非正常地高。

检查液压泵外观是否有泄漏现场，检查回油管的温升，用手触摸检查。

检查回油滤油器（重点运行时查看滤油器压力表数值以及滤油器滤芯是否肮脏）、空气滤清器。若油污过脏或损坏应清洗或更换回油滤油器滤芯，空气滤清器颗粒变色发白需取出烘干、晒干或更换。

检查行程检测装置在触摸屏显示的开度值和闸室内观察到的闸门开启高度实际情况是否相同，也可通过切换主副传感器数值对比验证。

管路泄漏的修理。只有在系统部位发现泄压后才能进行部位的重新密封作业。因为带有软性密封件的管接头，比如O 型圈，若仅仅用扳手再次拧紧只会促使密封件的挤压破损或失去弹性，这样无法排除管接头的泄漏现象。正确的做法是用一个新的密封圈替换旧的元件，以使密封效果恢复，阀件拆除后必须更换新的密封件。

7.4 液压启闭机的电气控制系统的维护及保养

7.4.1 日常维护

（1）定期针对性地排查并清理柜内线槽中线缆，对照电气接线图按主回路、二次回路、信号回路线缆进行分类捆扎，做好电缆标识（1#、2#电机线、主副行程传感器线、阀电控制线、故障报警信号线）。并尽可能做到各归各自相对集中的线槽，少交叉。

（2）及时记录报告技改变更完成后和负载种类变化，随即更新竣工图。在1#～7#控制柜内放置各自最新的详细图纸，配备周全的柜内装设开关、继电器、线路代码编号等具体含义注释说明书，并在明显位置标明各开关，按钮、信号灯、转换开关的具体名称。附带配备每组开关所操控设备的操作方法和规程。

7.4.2 定期检查

（1）定期检查线路负荷，检查是否有未经批准随意改动线路、增加或拆去用电设备、擅自增大熔体等现象，检查建筑物、设备金属外壳是否带电、测量线路负荷电流是否超过允许值等，判断线路是否工作正常。

（2）定期检查线路接头，检查线路接头是否氧化、松动或松脱绝缘是否损坏，接头是否发热。有时候对接地点和接引线容易忽视，应特别注意。

（3）定期检查电气控制柜线路、设备的紧固件、支持件检查这些紧固件是否牢固，有无松动、脱落、受潮、腐朽严重锈蚀等。线路的有关安全间距是否发生变化，线路和设备的紧固状况是否改变等。

（4）定期检查配线管道、绝缘子和槽板检查电气控制柜这些配线器材有无损坏、锈蚀、管道接头、接地线有无松脱、松动、断裂。配电板（箱）是否清洁，有无水和其他异物侵入。

7.5 常见故障与排除方法

液压控制系统工作至后期，液压元件由于工作频率和负载类型的不同，易损部件开始老化或磨损。此阶段事故发生率较高，液压油泄漏量明显增加，工作效率降低。根据这一状况，要对元件进行全方位检查，对已损坏的液压元件应加以维修或更换。液压控制系统使用时也应进行全方位保养，要注意监视各部份的工作状况，发现设备运行不正常，应及时排查原因，并采取相应措施，以防止控制系统出现严重故障。对液压控制系统何时需要检修，使用寿命还有多长，以及如何局部及全方位更新改造等，要加以综合考虑，并制定符合现状的保养方案，使液压控制控制系统最大化地发挥其功能[1]。

7.5.1 突发性故障

这类故障基本发生在设备运行初期阶段和后期阶段。初期阶段设备刚调试运行，闸门和闸槽摩擦阻力不同，管路中可能伴有比较顽固的杂质需要一定时间的试运行磨合才能慢慢趋于稳定。后期阶段设备开始老化，阀件阀芯磨损、密封件老化漏油等情况。由于对这两个时期故障产生认识不足，认为新安装的设备运行不可能问题，认为老设备运行了很久一直很好用，忽略了定期维护保养，因此易发生突发性故障。故障发生的区域及产生原因较为明显，如发生阀芯拉毛，元件老化，高压软管老化开裂，油液含水多乳化，密封损坏，检测信号失真，动作失灵，内外密封失效泄漏失控等故障现象。

突发性故障，基本与液压装置的配置不合理、过程中未定期维护设备有关系、以及操作人员对液压启闭机的了解程度不够使用不当等，引发突发性故障。预防这一类故障的主要办法就是了解故障特点，认真执行岗位责任制，做好管理维护，以及进行工作人员岗位培训。合格的操作人员必须具备：厂家专业的培训、对液压设备有一定的基础认知，能掌握液压设备各个故障原因并能及时处理，未经岗位培训的人员不能上岗。

7.5.2 液压泵站故障诊断步骤

液压泵站的故障，通常是因为控制系统中某些部位元器件出现了故障而造成的，因此，我们需要把故障部位元件按步骤排查出来[2]。

（1）液压装置的运行状态不正常，例如，不能动作，运动不同步，两侧液压缸的运动方位不对，启闭门速度不满足设计要求，电磁阀动作次序错误，动力传递不平衡，油液严重泄漏、油缸爬行，油箱温升较快等。不管何种因素，都可视为流量、压力和方向三大问题。

（2）审核液压原理图，并检测各种元器件，确定其特性与用途，先大致判断其质量状态。

（3）先按症状排列出与故障有关的元器件清单，然后开始逐个分类。做此步骤时，首先要利用判断力，其次仔细排查绝不可忽视对故障有严重影响元器件。

（4）对清单中所列元器件，按已往的成功经验和元器件检测难易安排检查顺序。在必要时，圈出重点检测的元器件和需重点检测的元器件部位。并同时配置测试仪器设备等。

（5）对列举故障清单中列明的重要检测元器件进行初检。初检应当确定如下几个问题：元器件的使用与配置是否正确；元器件的检测设备、仪表以及测试是否正确；元器件的外界信息是否正确；对外部信息有无反应等。尤其要重视一些元器件的故障先兆，如过高的工作温度和噪音、振荡和漏电等。

（6）鉴别出引起故障的主要元器件，对不合格的元器件进行维修或更换。

（7）在排除故障重新开始运行设备之前，应该要认真思考一下这次故障的成因和结果。

若发生故障是由油液污染或运行时油液温升过快所造成的，则应当预料以及其他关联部件也有发生故障的潜在可能性，并应该根据故障隐患采取相应的挽救对策。例如：如铁屑进入液压泵的故障，在更换新液压泵以前要先对系统加以全面地清洗，更换液压油。

8 结论

本文介绍了液压启闭机液压机计算机远控+现地自动化控制下的液压式启闭机管理模式及其维护，这种控制系统可以实时掌握设备情况，操作简单。发生故障时系统自动停机保护，等待工作人员进行维护。管理上可实现远方控制，工作人员可以通过上位机直接控制多个水闸，节省人工的同时又提高了效率。