闸门液压启闭机电气控制系统设计

闸门液压启闭机电气控制系统设计

黄月琴 1 刘丹 1 李学军 1 袁良文 2 罗捷 3

1 江苏省水利机械制造有限公司，江苏 扬州 225003 ； 2 江苏鸿基水源科技股份有限公司，江苏 苏州 225003 ； 3 江苏省太湖地区水利工程管理处， 江苏 苏州 214258

摘要:水利闸门调度是我国水利机电工程闸门调度管理运行控制工作管理中的重要环节,进行自动化调度控制系统是当今我国水利机电工程闸门调度控制运行中不断努力探索的科学研究发展方向。一套设计合理的水利闸门进行自动化调度控制管理系统不但能大大提高我国闸门调度控制运行的管理工作效率,而且还可以大大降低运行管理成本,随着工业自动化技术水平的日益逐步提高及水利机电设备应用性能的不断完善,闸门进行自动化调度控制的系统安全性、可靠性也随之得到了极大的应用改善和技术进步。

关键词：闸门液压；启闭机电气控制；系统设计

1 启闭机概述

在各种水利水电起重工程中,启闭机主要是辅助启动关闭进水闸门、拦污栅和污水清污处理装置等重要机械设备。启闭机是一种专门属于用来辅助启动关闭有利水电站各种进水闸门的一种大型专用水力起重机械。

按照液压启闭机其结构综合的性能特征的不同,启闭机大致可以再细分为液压螺杆式自动启闭机、链式自动启闭机、卷扬式自动启闭机、液压启闭机等。由于利用液压启闭机的诸多技术优点,诸多大型水利、水运运输工程中都会选择使用液压启闭机,以下将具体介绍：

液压启闭机主要是专门利用一种液体驱动压力系统来直接驱动整个液压缸进行运动,从而直接带动液压闸门装置进行启闭运动的一种液压启开关闭传动机械,液压启闭机主要结构是由液压控制闸门装置、液压缸、液压阀和泵站等一系列重要零部件综合组成。

2 液压闸门启闭机的组成

在水利闸门工程当中,液压启闭机具有特别重要的作用,也是水利工程经常采用的启闭方式。液压启闭机主要由两部分组成,分别是液压系统与电气控制系统,液压系统在运行的过程中,液压缸作为系统执行设备,并与油泵、电动机与油箱构成一个整体。

除此之外,液压启闭机中的电气控制系统在运行的过程中,需要大量继电器与传感器,继电器与传感器能够有效减小外界环境对系统的影响,从根本上保证电气控制系统的稳定运行。继电器与电压传感器在日常运行的使用过程中,一旦电线出现接触不良好的现象,很容易就会发生各种安全事故。

3 系统方案设计

闸门电动液压启闭机开度控制传动系统的一种总体工作结构就是通过"手动/自动"两种手动运行控制方式对电动液压闸门油泵和发电机闸门进行自动控制,实现液压闸门的自动开启、关闭。自动停止工作两种方式通过控制PLC自动进行开关控制,手动停止工作两种方式在用户现场进行检修和维护PLC发生故障时均适用。

在水闸液压启闭机的整个控制系统中，本系统为检测水闸内外的水位高度、水流流速等模拟量，选用了带有A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块。此外，系统还配备了触摸屏以实现人机对话，并配接相应的传感器、变送器和其他驱动装置。其中，电气控制部分的核心采用可编程序控制器，用户可以根据生产现场中各个水闸启闭机的控制要求自主地配置输入点和输出点，以实现对于闸门开启高度的检测。

通过以上设计，闸门液压启闭机电气控制系统完成以下功能：液压泵站电机的启停控制、监测和保护；泵站两台电机为一用一备，当其中一台主泵出现故障时，备泵提升为主泵工作，并发报警指示；液压泵站系统故障的监测及保护；闸门的开启、关闭，闸门的自动纠偏以及全开位时下滑自动回升。

4 闸门机和液压启闭机构的电气控制传动系统结构设计

4.1 液压元件的选择

4.1.1 油箱的选择

油箱内的液位与机内大气气流相通,可以区分为开放式和液压封闭式两种油箱。开式启闭油箱广泛应用于大型水电站中的液压启闭机中。因为在大型水电站中的液压启闭机传动系统中的其噪声对系统正常工作的稳定不会对人造成太大的直接影响,从有效节约人力成本。

4.1.2 回油滤油器

普通的箱体过滤器类型根据所用材料和箱体结构使用形式的不同过滤器类型可以划分为不同的过滤网式,线隙式,纸张式的类型,烧结和磁化的过滤器等。

4.1.3 加热器

液压自动供油控制系统主要应用于油中的液压控制液体油温,通常情况需要液压控制供油温度设定范围在30~50摄氏度。最大不超过低于温度超过70摄氏度,最小不低于超过温度低于15摄氏度。为了保证能够有效确保整个液体油压泵系统可以在正常供油温度控制范围内连续正常工作,需要控制系统温度。

加热器的原理作用主要在于在高低温启动时将液体油液中的温度暂时升高以达到适当的额定值。目前,最常用的热器是一种电子式加热器。

4.2 系统故障检测和保护功能

4.2.1 闸门运行故障保护

系统同时具有完整的紧急闸门正常运行开关状态自动检测,还特别配置了专有自动闸门行程开度仪,实现闸门行程速度检测和正常运行闸门速度异常启动检测,并且监控系统同时具有紧急闸门开机停止启动操作、紧急闸门停机停止操作两种功能。

4.2.2 液压系统故障检测

液压系统中的油位、油压、温度，可以在自动操作指示面板上通过数字形式显示。电磁阀上分别安装有一个液压阀芯及其工作时的位置状态自动检测器和报警自动传感器,可以准确地地判断一个液压电磁管在阀芯的各个工作位置状态转动是否正常,而且还在每个液压阀和传动系统上分别安装了具有多种功能检测自动报警的连接点。

4.2.3 电气部分故障检测保护

电源电压检测:主电源回路电压掉电显示检测,控制器主回路电压进线直流电源电压检测,直流电源电压状态显示检测。

油泵驱动电机液压驱动装置回路保护检测状态保护:电机启动装置具有状态保护检测,短路、过载电流、失压、缺相过流保护、过载过流保护等检测功能。主要介绍传感器器件类型及故障保护检测判断保护:电压开度仪开关故障检测判断,极限电压开关故障保护等。

4.3 运行状态监控功能

主要的状态信息和报警信息由控制柜面板指示灯显示:

控制回路电源系统工作启动状态、油泵控制电机系统工作启动状态、闸门全开、全开闭关位工作状态、水位齐平报警信号等功能指示；PLC电机自动报警、系统工作压力报警、滤油器报警、油箱高压液位报警、电动机控制回路液压自动报警等功能指示。

其他报警细目和闸门开度、系统压力等由液晶显示屏显示。

4.4 远程通信功能

具有与当地计算机远程监控管理系统的实时通信控制功能,以自动开关式测量和实时通讯两种通信方式与当地计算机远程监控管理系统进行通信,及时发送监控现地系统工作运行状态以及系统故障报警信息。

4.5 液压启闭机组成和结构设计要求

液压启闭机系统主要由液压缸总成(含液压缸、缸旁保压安全阀块、支铰座、铰轴承)、行程检测装置、相应埋件、液压泵站、液压管路系统、现地控制设备及配套附件等部分组成。双吊点弧形闸门启闭机，即一孔弧形闸门由两套液压缸驱动，液压缸一端悬挂在混凝土闸墩侧，另一端与闸门铰接连接;双吊点平板闸门启闭机，即一孔平板闸门由两套液压缸驱动，液压缸一端固定在混凝土排架的支座上，另一端与闸门铰接连接;单吊点平板闸门启闭机，即一孔平板闸门由一套液压缸驱动，液压缸一端固定在混凝土排架的机架或支座上。

5 结束语

文章简要介绍了液压闸门启闭机电气控制系统方案设计和相关的概述及组成,为控制闸站启闭机设备的运行维护提供了有益的参考和借鉴。

参考文献：

[1]贾军利.闸门液压启闭机电气控制系统设计[J]区域治理,2018,(9):164.

[2]杨赵武.CCS水电站液压启闭机安装及调试[J].水电站机电技术，2016，39（9）：37-39.