液压启闭电气控制系统的分析探讨

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摘要笔者对闸门液压启闭机系统的工作原理、系统组成情况作了简单介绍，对液压启闭机系统中常见的几种重要控制回路作了初步探析,并对闸门液压启闭机系统的设计、安装、运行提出了几点建议.该操作中将严格按照西堤东闸改造工程要求来设计电气控制系统：满足现场条件对控制设备的要求。

关键词电气系统液压系统设计

1.电气系统

本工程设一只电气控制柜，柜内安装一套电气控制系统，去控制一套液压站，由液压站控制液压启闭机，再有液压启闭机控制上升、下降、开门和关门。

电气控制柜装有断路器，接触器，热断电器.开关电源，西门子plc，操作按钮，指示灯，中间断电器，液晶触摸屏，电流表，电压表，切换开关及其他控制元件。Plc用于采集闸门位置信号，行程检测信号，油电机信号，液压系统信号等，并输入油电机等控制信号。

控制方式：现地电气控制方式分为：“手动，电动”方式，每种控制方式互为闭锁；系统设置选择开关；这样可以很方便实现油单步手动操作和自动操作控制。

2控制系统设计原则

系统设计始终贯彻设备安全可靠性，先进性，操作简便，易于维护的原则。

2.1安全可靠原则

我们将安全可靠作为系统设计的首要原则。主要有以下几个方面：在硬件控制系统设计方面：

①所有电气设备原器件必须性能可靠：主要关键器件全部采用国际知名厂家优质产品，某运行的可靠性得到证实。②遵循plc控制优先原则，采用硬件闭锁的方式，在运行中万一plc故障，可以手动控制的分步控制，保障设备的安全运行。

2.2在控制软件设计方面：

①控制软件采用结构化，模块化设计，增强系统的软件分级容错设计工能。②充分利用可编程控制器plc的智能功能，增强系统的自诊断软件，软件故障检测设计，逻辑错误判断设计，在系统故障时及时发现，分析并处理，防止程序锁死。③油电机一次主回路原件与控制回路（直流24v）元件采用隔离措施，以避免控制元件受电压干扰损坏。

2.3先进性原则

作为工业控制系统的先进性主要反应在以下几个方面：采用当今先进的软件技术及硬件设备，保证在将来较长时期运行中不会落后。充分利用plc的技术优势，相应速度快，控控制功能完善，抗干扰能力强，运行可靠系统运用软件采用模块化，结构化设计，保证系统扩展性能够满足将来功能增加规模扩充的需求。

2.4便于操作维护原则：

①人机操作设计充分考虑其方便，美观大方，操作简便实用。②系统总体设计要充分考虑不同层次的操作人员都能够熟练的掌握各项操作，在操作面板上，触摸显示设备（闸门开度.指示灯），操作元件（控制开关、按钮），简单明了，布置合理，避免失误操作。在机柜设计，内部元件端子排的布局上，充分考虑维护人员检修接线的方便性，安全性，并在柜内提供电源插座。盘内设置照明，并受盘柜门开启，关闭控制；盘柜门开启，照明灯亮；盘柜门关闭，照明灯熄灭。

3主要设备技术指标和性能说明

3.1主回路电源元件

油电动机主问路设置断路器，作为电动机主问路保护，油电动机起动时均采用空载启动方式，大大的增加了油电动的启动特性，减少对电源回路的启动冲击，保证闸门启闭瞬间的平滑性和稳定性，延长油电动的使用寿命。油电机主备控制回路各自独立，互为备用。在控制电源输入回路，设置微型断路器，作为输入回路短路保护。断路器、接触器、热继电器均采用施耐德公司的产品，其容量满足电动机额定容量要求。

3.2按钮、开关、指示灯选型

按钮、开关和信号灯全部选用法国施耐德公司XB系列产品，该产品以质量和工艺著称，适用于各种工作环境备件。XB系列信号灯采用发光二极管组（LED）作为发光源，具有高亮度、寿命长，可24小时连续通电。XB系列按钮外观精美，手感好，接点容量大，导电率高，使用寿命长等优点。

3.3控制开关电源

为保证直流24V控制电源供电可靠性，选用台湾明纬公司S-350产品，该电源具有输入范围广、抗干扰能力强，输出稳定、琏短路保护等特点，在交直流隔离，散热、防震、防爆和抗干扰等方面均有优异的表现，具有高功率密度、高可靠性、高稳定性和高效率等优点。这种电源配置，可代替常规交流隔离变压器，减小系统所收到的电磁干扰。主要用于以下回路；

控制设备现场的传感器、变送器等自动化检测元件、电磁阀组以及PLC的I/0模块等，其工作电源为DC24V，通过本装置可方便提供。采用电源变换隔离装置开关电源，减小外部电源（浪涌电压）对PLC的冲击、干扰，进一步提高系统的抗干扰能力，保证控制电源的供电质量。内置过电流、过电压电子保护器，操作维护更加安全。

3.4可编程控制器（PLC）

根据要求，可编程序控制器采用西门子公司生产的S7-226系列PLC产品。西门子公司PLC产品在以往水电站工程项目中已经多次应用，证明性能优良、质量可靠，通讯稳定可靠，完全能满足闸门控制系统自动控制要求。PLC为模块式结构，可扩展DI/DO模块、AI/AO模块，通信接口。具有速度块，存储容量、I/O容量大、适应环境能力和网络能力强等优良性能。PLC自带两个串行通信终端口，可分别与人机显示单元（LCD），编程计算机（调试及维护用）进行通信。PLC的设计I/0点数留有裕量，配置见电器图。

3.5行程检测

行程检测装置采用进口内置式线性位移，传感器输出4-20MA信号直接进PLC输入模块采集，由PLC运算处理后，采用触模屏数字显示码头左右侧的行程，因不采用常规的开度显示仪表及重锤机构，大大的提高了测量系统的可靠性。

测量范围：>液压缸行程

分辨率：16位D/A转换，满足XX的0.0015%或+-0.025MM输出信号：4-20ma

重复程度：满足xx0.001%

工作温度：～40度～+75度

当系统出现断电后，再次通电能跟踪闸门位置，显示当前的绝对位置。

3.6液晶触摸屏采用台湾威轮公司5.7寸单色触摸屏，中文功能强大、操作简便，其产品质量可靠，能与PLC通讯。

通过触摸屏数字显示行程、系统油压力。触摸屏可设置上升、下降位置、压力等参数及自动显示系统报警信息画面，设置闸门上、下位置作为保护。触摸屏带标准的RS485/232与PLC通讯。

3.7中间继电器

中间继电器采用日本欧姆龙（OMRON）公司生产MY4NJ系列中间继电器，该产品体积小，接点容量大，使用非常方便、可靠。

3.8行程开关

位置检测除了设置开度检测装置外，还设置上、下极限位置开关。

3.9现地控制柜

（1）现地控制柜均采用金属封闭型，外形尺寸：宽Χ深Χ高：800Χ600Χ2200，前后开门。防护等级：IP44.

（2）柜内具有接地铜排或接地螺丝，柜体及其它不载流的金属部件和接地排可靠连接。

（3）为方便维护、检修，柜内装有受门开启/关闭控制的照明灯，提供便携式电脑用的电源插座。

（4）柜内设置加热除湿装置。

4控制系统设计说明

4.1手动控制功能

在设备调试、检修阶段，以及在自动操作失灵的紧急情况下，将控制开关打在“手动”，采用手动操作方式，可实现单步上升、下降在手动方式下，PLC操作无效，只监控操作、运行、故障信号。

4.2自动控制功能

在设备调试正常后，将控制开关打在“自动”方式时，采用PLC自动操作方式，由PLC采集液压系统、行程位置等信号，根据操作运行要求，实现闸门的自动控制。上升：按上升钮，则油泵电机空载启动运行，电磁阀通电，闸门提升，至工作位或全升位时，闸门停止，油泵电机自动停止。下降：按下降钮，则油泵电机空载启动运行下降动作，到位后油泵电机自动停止。

5系统保护措施

具体如下：①油泵电机具有空载启动、过载和短路保护。②电气控制各回路具有过载、短路保护。③闸门运行上、下极限位置保护。④液压系统超压、失压保护。⑤液压系统油位高保护。⑥液压系统滤油堵塞保护。

6.结束语

液压启闭机电气控制系统通过技术改造。使系统具有操作简单、运行可靠、人机界面友好、便于调试设定和运行维护的优点。既较好地满足了闸门自动化控制的要求。又有效地降低了工作人员的劳动强度，提高了工作效率，从而达到了改造的预期目标。