張凌霄

（江蘇潤州建設有限公司，江蘇 鹽城 224400）

0 引言

在水利工程中，河道利用節(jié)制閘閘門的啟閉，調節(jié)上游水位和下泄流量，以滿足向下一級河道分水或控制、截斷水流的需要。閘門的開啟和關閉是由液壓啟閉機實現的，主要依靠液體的壓力傳遞能量。大中型節(jié)制閘閘門廣泛運用雙吊點液壓啟閉機，雙吊點液壓啟閉機在運作時，雙缸往往存在同步誤差，如果誤差較大，則會造成軌道變形、卡死、側水封磨損等安全事故[1]。因此實現雙缸同步是雙吊點液壓啟閉機急需克服的一個問題。

形成同步誤差的原因主要有以下 2 類：1）雙缸偏載。液壓啟閉機運行時，閘門上下運動時受力因素很多，如軌道間的摩擦力、水下的浮力及摩擦力、淤泥深度及有無垃圾等，其變化也是非線性的，這些載荷的變化也造成雙缸負載不均，形成偏載。載荷大的一端的液壓缸運動速度會偏慢，即造成雙缸同步誤差。2）雙缸液壓系統(tǒng)不對稱[2]。節(jié)制閘閘門兩側安裝的橋墩不一樣，安裝時也存在一定的誤差，導致雙缸運動時摩擦力不一樣，摩擦力大的液壓缸運動會偏慢，導致雙缸同步誤差。

液壓系統(tǒng)的同步控制主要有以下 2 種方式：1）開環(huán)同步控制。主要依靠液壓元件本身的精度保證同步驅動，不對輸出進行檢測及反饋，因此精度不高，只能用在精度要求不高的場合。2）閉環(huán)同步控制?？梢詫敵鲂盘栠M行分析反饋，及時進行調整，因此可以實現精準同步驅動。閉環(huán)同步控制系統(tǒng)一般用在精度要求較高的場合，本液壓系統(tǒng)的同步控制方案精度要求高，因此采用閉環(huán)同步控制，將兩側液壓缸的行程數據反饋給可編程控制器PLC，設計一個以 PLC 為核心的閘門自動糾偏系統(tǒng)（以下簡稱 PLC 糾偏系統(tǒng)），從而達到閘門的水平啟閉。

1 PLC 糾偏系統(tǒng)的組成

PLC 采用可以編制程序的存儲器，用來完成邏輯、順序、算術運算，以及計時、計數等操作指令，并能通過數字或模擬式的輸入或輸出控制各種生產活動。PLC 能代替常規(guī)的電流和電壓信號及中間繼電器實現自鎖、互鎖、順序、延時等控制[3]。利用PLC 計算脈沖個數，可達到控制閘門的啟閉速度。

在大多數以雙吊點液壓啟閉機啟閉的閘門中，PLC 糾偏系統(tǒng)主要由行程數據檢測裝置、PLC 控制程序和液壓糾偏回路構成，具體組成如圖 1 所示。圖 1 中，p1，p2分別為右側和左側液壓缸壓力；PSY為電源模塊；CPU 為處理器模塊；DEY 為模擬量輸入模塊；AEY 為開關量輸入模塊；DSY 為開關量輸出模塊。

圖 1 PLC 糾偏系統(tǒng)的組成

由于閘門是否執(zhí)行自動糾偏指令主要是由行程檢測裝置的兩側液壓缸運行過程中的行程數據決定的，所以行程檢測裝置是自動糾偏系統(tǒng)的基礎。液壓缸行程檢測裝置主要檢測兩側液壓缸的同步性，其穩(wěn)定性、可靠性、精度對自動糾偏系統(tǒng)有著決定性的作用，也直接關系啟閉機的運行精度。

行程檢測裝置將行程數據反饋給 PLC，PLC 控制程序對數據進行計算后，與系統(tǒng)設定的偏差值進行比較，如果超過偏差值，則發(fā)出糾偏指令[4]。

液壓糾偏回路主要有節(jié)流閥和電磁換向閥構成，在 PLC 發(fā)出糾偏指令后，節(jié)流閥調節(jié)回油流量的大小，從而調節(jié)糾偏時的速度，防止糾偏過快或過慢造成閘門卡阻或卡死。電磁換向閥主要保證閘門運行過程中的同步性，有效防止閘門卡阻。

2 PLC 糾偏系統(tǒng)的控制原理和實現

當雙吊點液壓啟閉機在啟閉過程中兩側液壓缸的偏差值超過偏差設定值時，自動糾偏控制系統(tǒng)會自動糾偏，直到偏差值恢復到允許范圍之內，糾偏系統(tǒng)停止工作，閘門繼續(xù)正常運行。

2.1 控制原理

閘門自動糾偏控制系統(tǒng)由 PLC 控制節(jié)流閥注入液壓缸的油液流量，從而達到控制閘門啟閉速度的目的。行程檢測裝置內的開度儀測量兩側液壓缸的行程數據并反饋給 PLC，PLC 計算兩液壓缸的行程數據偏差值，并與偏差設定值進行比較，當兩液壓缸行程數值大于偏差設定值時，PLC 就會發(fā)出糾偏指令給節(jié)流閥，調節(jié)注入液壓缸的油液流量，使得兩側液壓缸活塞桿的運動速率相一致，這樣閘門就會水平啟閉。

2.2 糾偏功能實現流程

PLC 對行程數據偏差值與偏差設定值進行比較后發(fā)出糾偏指令，通過自動調節(jié)左右電磁閥，從而保證兩側液壓缸同步運行[5]。

不同水域，水閘的安全運行要求不同，根據不同的要求，自動糾偏系統(tǒng)要預先設置 4 個不同的偏差設定值。系統(tǒng)中閘門左側的高度為 H1，右側的高度為 H2，則閘門兩側的高度偏差 ΔH = |H1- H2|，設置糾偏啟動、結束時的偏差值分別為 15 和 5 mm，停閘糾偏和停機處理時的偏差值分別為 20 和 25 mm。

閘門開始運行時，當兩側閘門高度偏差達到糾偏啟動偏差值 15 mm 時，監(jiān)控機構發(fā)出指令使糾偏系統(tǒng)開始糾偏，使得在閘門運動的同時，閘門兩側的高度偏差慢慢減??；當偏差值小于糾偏結束偏差值 5 mm 時，糾偏系統(tǒng)停止工作。如果糾偏系統(tǒng)工作后，由于某些未知的原因，閘門兩側高度偏差不但沒有減小，反而越來越大，當兩側偏差值達到停閘糾偏偏差值 20 mm 時，閘門停止運行；保持糾偏系統(tǒng)繼續(xù)運行，從而減小閘門兩側偏差值，直到偏差值小于停閘糾偏偏差值 20 mm 時，閘門重新開始運行，并繼續(xù)糾偏；當兩側偏差值小于糾偏結束偏差值 5 mm 時，糾偏系統(tǒng)停止工作。如果，停閘糾偏后，閘門兩側偏差值仍然繼續(xù)增大，當偏差值增大到停機處理偏差值 25 mm 時，監(jiān)控機構就會發(fā)出停機命令，同時發(fā)出警報，通知工作人員檢測維修。糾偏流程圖如圖 2 所示。

圖 2 糾偏流程圖

3 結語

該雙缸液壓啟閉機自運營以來，通過 PLC 自動糾偏系統(tǒng)的精確控制，一直穩(wěn)定運行。實踐證明，將 PLC 運用到水利節(jié)制閘同步控制中，有效解決了兩側液壓缸同步運動的問題，且結構簡單，安全可靠，比現有單液壓行程控制精度更高，且易于實現計算機遠程控制。雙缸液壓啟閉機自動糾偏系統(tǒng)能夠實現現代水電站“無人值班，少人值守”的運行模式，更重要的是能夠為水庫汛期提供穩(wěn)定的安全保障。但是，此同步控制方案的成本比單液壓控制方案的成本高，今后需研究成本較低、精度更高的控制方案，同時還需在自動糾偏系統(tǒng)的抗干擾能力上繼續(xù)完善。