對(duì)于啟閉機(jī)電控中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

呂傳紅

（遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 本溪 317000）

1 啟閉機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用實(shí)例

（1）窄口閘門的應(yīng)用實(shí)例

河南省重點(diǎn)的大型水庫之一就是采用的窄口閘門，它位于靈寶市弘農(nóng)澗的河上，水庫建成后防洪為主要任務(wù)，兼顧著土地灌溉，結(jié)合著養(yǎng)魚、供水、發(fā)電、旅游等項(xiàng)目綜合的來應(yīng)用。這個(gè)窄口水庫作用很重要，它不但保護(hù)著靈寶市沿河的鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及城區(qū)，還保護(hù)著310國道、隴海的鐵路、連霍的高速公路和鄭西的高速鐵路的客運(yùn)專線安全，地理位置是非常重要的。

（2）超寬型閘門的應(yīng)用實(shí)例

上海市的蘇州河水閘采用的是翻板式的閘門，是由四缸的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行操作。這個(gè)閘門相對(duì)于其他工程的閘門具有顯著不一樣的地方：閘門非常寬；左右兩側(cè)采用各自獨(dú)立運(yùn)行的液壓控制程序，對(duì)控制系統(tǒng)的同步性要求超高；采取底軸驅(qū)動(dòng)程序；此工程地理位置特殊，擔(dān)負(fù)上海某些地區(qū)防潮、洪任務(wù)，可靠性要求極高。這個(gè)工程的成功，對(duì)啟閉機(jī)的同步控制系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值[1]。

（3）弧形閘門的應(yīng)用實(shí)例

清江溢流壩的表孔閘門采用的就是大型的弧形閘門，它采用的是雙缸的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行操作控制。采用這種操作控制，可以節(jié)省大量的金屬及土建結(jié)構(gòu)的工作量，機(jī)房可建壩內(nèi)也不需要進(jìn)行鋼絲繩排架的建筑。兩臺(tái)液壓的啟閉機(jī)同步控制，可保證閘門正常運(yùn)行。

2 同步控制的原理

（1）工藝流程

整個(gè)設(shè)備包括油缸、閘門、控制系統(tǒng)、液壓泵站四個(gè)部分。現(xiàn)實(shí)應(yīng)用過程中，操作人員可經(jīng)控制系統(tǒng)來控制液壓泵站，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)油缸帶動(dòng)閘門的運(yùn)動(dòng)，最終完成啟、閉門動(dòng)作[2]。

（2）同步控制的原理

圖1中，正極Φ左＞Φ右，負(fù)級(jí)Φ左＜Φ右，左位置測(cè)量的傳感器對(duì)左側(cè)和右側(cè)的啟閉機(jī)的油缸進(jìn)行行程檢測(cè)，并且對(duì)比左右檢測(cè)信號(hào)，若出現(xiàn)了偏差，就要對(duì)偏差進(jìn)行鑒別，判斷出左面和右面的油缸哪個(gè)行程滯后或者超前。接著依據(jù)偏差大小、相位及啟閉機(jī)工作狀態(tài)來進(jìn)行邏輯的判斷，對(duì)執(zhí)行的元件散發(fā)控制的信號(hào)，把系統(tǒng)的偏差進(jìn)行消除，維持左側(cè)和右側(cè)油缸運(yùn)行的同步。而左側(cè)右側(cè)油缸實(shí)際的行程將經(jīng)傳感器把位置的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行反饋，到達(dá)系統(tǒng)控制輸入端。這樣就完成了一個(gè)閉環(huán)同步的控制系統(tǒng)[3]。

圖1 同步控制原理圖

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

為保證控制系統(tǒng)滿足閘門控制的要求，完成閘門信號(hào)檢測(cè)及處理、運(yùn)行控制以及上位的計(jì)算機(jī)通信，液壓的啟閉機(jī)在同步控制設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)遵循以下的原則。

（1）成熟性及先進(jìn)性兼顧原則。采集及控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，對(duì)那種非常重要并且要求很高的工程，一方面應(yīng)該采取國內(nèi)外都很先進(jìn)的技術(shù)，符合施工要求及發(fā)展趨勢(shì)的數(shù)據(jù)技術(shù)以及數(shù)據(jù)檢測(cè)；另一方面應(yīng)兼顧其成熟性，確保所采用的技術(shù)以及設(shè)備都是在先前經(jīng)過試驗(yàn)證明過的有成功經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)及設(shè)備，保證整個(gè)控制及檢測(cè)系統(tǒng)一旦建成，立刻就能投入使用，最大限度的降低其風(fēng)險(xiǎn)。

（2）穩(wěn)定性及可靠性。在進(jìn)行設(shè)計(jì)選型以及控制方案的時(shí)候，需要從通訊方式、設(shè)備的可靠性以及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，保證整個(gè)系統(tǒng)可以可靠并穩(wěn)定的運(yùn)行。提高可靠性的措施如下。

控制系統(tǒng)的主體應(yīng)該采取可靠性比較高的PLC裝置。PLC裝置的性價(jià)比不但要高，結(jié)構(gòu)也需要堅(jiān)固，既要保證在非常惡劣的環(huán)境下也可以正常工作還需要有可帶電拔插的模塊，簡(jiǎn)化維護(hù)的過程，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。因?yàn)榭刂频膶?duì)象比較分散，為保證信號(hào)控制及采集的可靠性，PLC裝置相應(yīng)配置了遠(yuǎn)程I/O、本地I/O，采用雙套的CPU，并且配置上雙套的通信模塊，并且分別和遠(yuǎn)程I/O、本地I/O以及上位機(jī)進(jìn)行通信；為防信號(hào)被干擾，和上位機(jī)進(jìn)行通信的采用了光纜。

中間繼電器、電源的開關(guān)、交流接觸器、信號(hào)燈、接線端子等電器的元件都采用的是進(jìn)口的元件，通過這些設(shè)備硬件系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

（3）可管理性以及實(shí)用性。每個(gè)工程應(yīng)該根據(jù)其自身情況的不同，選擇不同的設(shè)備及技術(shù)來滿足自身實(shí)際的運(yùn)行需要，運(yùn)行及維護(hù)的系統(tǒng)應(yīng)該盡量的進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立很好的人機(jī)界面，便捷的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地自動(dòng)、手動(dòng)以及遠(yuǎn)方自動(dòng)的控制操作。使用者不需要有非常高的操作水平就可以靈活的應(yīng)用這個(gè)設(shè)備，并且方便管理及維護(hù)。

1）現(xiàn)地的手動(dòng)控制過程：安裝調(diào)試或者進(jìn)行檢修的時(shí)候，選擇“手動(dòng)”這一工作方式，此種情況下，繼電器的回路來完成控制，PLC（自動(dòng)操作）不參加控制的過程。

2）現(xiàn)地的自動(dòng)控制過程：把控制柜的工作方式的選擇開關(guān)按鈕1轉(zhuǎn)至自動(dòng)的位置，轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)2至中間位置，按下啟門（閉門）的按鈕，可編程的控制器PLC接到信號(hào)后，數(shù)字量的輸出模塊，DO輸出的開關(guān)量的信號(hào)，線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合，開始啟動(dòng)主泵，泵運(yùn)行8～10秒后，溢流閥得到電后建壓，啟門（閉門）的控制電磁閥得電，啟門（閉門）的回路開始接通，當(dāng)閘門的開路達(dá)到閘門的工作位時(shí)候或者全開（關(guān)）位的時(shí)候，系統(tǒng)開始自動(dòng)的停機(jī)并且輸出狀態(tài)的信號(hào)。啟門（閉門）的過程中，按下停門的按鈕，可把閘門停在隨意的開度[4]。

3）遠(yuǎn)程控制流程：將控制柜選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)程控制按鈕處，此種狀況下，全部閉門的指令全是由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)親自發(fā)出，集閉的其閉門控制系統(tǒng)的操作流程與現(xiàn)地自動(dòng)的操作流程一樣。

4）同步調(diào)節(jié)流程：閘門進(jìn)行糾偏就是將現(xiàn)地控制裝置PLC控制住比例閥，對(duì)注入油缸油量進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，對(duì)其啟閉速度進(jìn)行有效的控制，左側(cè)右側(cè)的開度儀器通過傳感器測(cè)得油缸形成并對(duì)其進(jìn)行反饋處理，將其傳給PLC裝置。PLC處理數(shù)據(jù)過程中，若左側(cè)和右側(cè)的油缸活塞桿的行程之間的差距比設(shè)定值大很多，就可以判斷出左側(cè)和右側(cè)的油缸產(chǎn)生了偏差，這就需要糾偏處理，PLC輸出信號(hào)開始對(duì)控制閥進(jìn)行控制，進(jìn)而對(duì)左側(cè)和右側(cè)的油缸流量進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，確保左側(cè)和右側(cè)的油缸的活塞桿在運(yùn)行的過程中速率保持一致，閘門也相應(yīng)保證在水平啟閉的狀態(tài)[5]。

4 控制系統(tǒng)主要的功能

（1）具開門和關(guān)門的控制功能。

（2）自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的功能。閘門處于擋水的位置，如果它下滑到設(shè)定值的時(shí)候，控制系統(tǒng)將自動(dòng)的啟動(dòng)工作的泵組，把閘門復(fù)位至滑前位置，如果繼續(xù)的下滑到超位的數(shù)值，工作泵組還沒有投入到運(yùn)行的時(shí)候，控制系統(tǒng)就啟動(dòng)，備用的泵組把閘門復(fù)位到下滑前位置，并且發(fā)出來聲光進(jìn)行報(bào)警；如果繼續(xù)的下滑至極限值，啟動(dòng)工作的泵組的時(shí)候，控制系統(tǒng)將會(huì)向上位機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警的信號(hào)[4]。

（3）同步進(jìn)行糾偏的能力。左側(cè)和右側(cè)閘門的油缸檢查出來的數(shù)字量的信號(hào)經(jīng)PLC進(jìn)行處理后，輸入相對(duì)應(yīng)的放大器中，如果發(fā)生差動(dòng)的正信號(hào)或者負(fù)信號(hào)，差動(dòng)的信號(hào)就相對(duì)應(yīng)的進(jìn)行輸出處理，造成閘門一邊電液的比例方向調(diào)速閥開始產(chǎn)生動(dòng)作，調(diào)節(jié)一邊閘門的速度，進(jìn)而達(dá)到跟蹤并進(jìn)行糾偏處理的目標(biāo)。

（4）閘門進(jìn)行鎖錠的控制功效。保證閘門各個(gè)位置標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)的設(shè)置了具有上鎖及解鎖功能的控制鎖錠梁，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制處理。

（5）保護(hù)系統(tǒng)的功效。如果閘門超過了指定位置、超過了調(diào)節(jié)的范圍、下滑的超過了一定的數(shù)值、壓力變的超過正常值的時(shí)候，控制系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的把閘門停掉并同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知發(fā)生了事故[8]。如果液壓系統(tǒng)壓力過于低或者過于高，油箱的油位過于高或者過于低，油箱的溫度過于低或者過于高、堵塞住了濾油器的正常運(yùn)行、閘門滑到超過正常的位置以及電源主動(dòng)產(chǎn)生了消失狀況的時(shí)候，保護(hù)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出相對(duì)應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，讓人們知道發(fā)生了事故[7]。

5 啟閉機(jī)電控中自動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）PLC采取的是雙CPU的模塊設(shè)置、雙通信的網(wǎng)絡(luò)和雙通信的模塊，這樣就很大程度上提升了系統(tǒng)的可靠性能，通過對(duì)關(guān)鍵性的設(shè)備進(jìn)行數(shù)量方面的備份可進(jìn)一步確保系統(tǒng)正常的進(jìn)行。

（2）采取的信號(hào)一般都比較分散，針對(duì)這些特點(diǎn)，可以選擇性的選取那些具有遠(yuǎn)程控制功能的PLC裝置，這樣不僅可以節(jié)省大量的電纜，同時(shí)還可以大大提高運(yùn)行的可靠性能。

（3）為了確保左側(cè)和右側(cè)的閘門運(yùn)行的同步，液壓系統(tǒng)的左右兩側(cè)應(yīng)該相應(yīng)的設(shè)置比例流量對(duì)應(yīng)的控制閥，通過放大板接到PLC的輸出模塊里面，依據(jù)檢測(cè)到相應(yīng)的信號(hào)量變化情況，PLC對(duì)那些比例流量控制閥的開度進(jìn)行一定的控制，進(jìn)而達(dá)到左右兩側(cè)同步進(jìn)行的目的。

6 結(jié)語

本文結(jié)合自動(dòng)控制系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用的實(shí)例，對(duì)同步控制系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析，并對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及主要功能進(jìn)行了概況說明，對(duì)啟閉機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的說明，系統(tǒng)采用雙CPU模塊保證了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性，這種系統(tǒng)非常先進(jìn)、靈活并且可靠，自我適應(yīng)能力也非常強(qiáng)，減少了操作人員的工作量，確保了啟閉機(jī)電控過程的安全性、實(shí)用性以及可管理性；此技術(shù)成熟且兼顧先進(jìn)性，大大提高了啟閉機(jī)在整個(gè)過程的綜合的先進(jìn)的自動(dòng)化水平，值得學(xué)習(xí)及推廣。

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