船閘活動橋液壓同步頂升系統(tǒng)淺析

向 耕，萬 鵬，吳 奎

（湖北省引江濟漢工程管理局，湖北武漢 430062）

0 引言

活動頂升橋一般設(shè)置在水陸交通交叉處，通常為鋼結(jié)構(gòu)。南水北調(diào)中線一期引江濟漢工程西荊河樞紐船閘活動橋設(shè)計荷載為汽-20 級，校核荷載為掛-100 級：不通航時，公路橋不需提升，可以滿足通車要求；通航時，利用啟閉設(shè)備同步頂升鋼橋讓船舶通航，而頂升系統(tǒng)同步控制的精確度對通航效率有較大影響。

1 活動橋概述

該橋梁采用QPPYI-2×160kN 型柱塞式液壓啟閉機為專用頂升設(shè)備，橋兩側(cè)各布置一臺。單臺液壓啟閉機容量為2×160 kN，啟閉機吊距均為4.5 m，左、右岸兩套啟閉機的支承間距為13.2 m。柱塞式液壓啟閉機缸體布置在兩邊的閘墩中，啟閉工作行程為6.2 m。操作有同步啟閉要求，同步采用電氣糾偏，配備伺服同步系統(tǒng)和自動保壓系統(tǒng)，并由上升到位、下降到位的信號（空節(jié)點）送到船閘集控室。

2 實現(xiàn)同步頂升的基本功能

（1）自鎖及下滑復(fù)位功能?；顒訕虺Ｔ谌_位置（或全關(guān)）長期停留，由于液壓系統(tǒng)泄漏及液壓缸的內(nèi)泄，可能造成頂升裝置的下滑，需具備可靠的自鎖功能并設(shè)置下滑復(fù)位裝置，保證活動橋下滑量在48 h 內(nèi)不超過100 mm。當下滑量超過限定值時，應(yīng)自動啟動投入運行，將活動橋提升至預(yù)置原位。

（2）監(jiān)控功能。運行中需實時全過程監(jiān)測，通過監(jiān)控控制閥組、液壓缸兩腔等各單元的工作壓力有助于活動橋頂升系統(tǒng)的控制；通過監(jiān)控開度、偏差、限位等信息可以保證頂升系統(tǒng)的同步；應(yīng)力監(jiān)控能避免內(nèi)應(yīng)力集中使梁體結(jié)構(gòu)受損。此外，還應(yīng)配備故障診斷顯示功能，通過各種傳輸信息并以數(shù)字或代碼直觀顯示在現(xiàn)地控制屏或上端集控柜顯示屏上，方便運管人員初步排查故障。

（3）自動保護功能?；顒訕蛟陧斏^程中，需具有不同步超差停機保護功能。行程指示及位置控制裝置全程連續(xù)檢測4 只液壓缸的行程偏差，當偏差大于10 mm 時將自動糾偏，當偏差大于20 mm 時自動停機并發(fā)出聲光報警信號。

3 基于PLC 的液壓同步控制系統(tǒng)

3.1 PLC 及人機界面

PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）同步控制系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、檢測傳感器等部分組成，利用計算機工控軟件（本系統(tǒng)開發(fā)采用SQLserver7.0、WINCC、PL7、STEP7 5.1、PROTOOL 等軟件）來控制液壓泵站及其配備的液壓單元，按照操作指令控制其活動橋的運行。當4 個液壓缸同時頂升時，系統(tǒng)可以通過力的平衡自動調(diào)節(jié)各缸體的壓力，來保障頂升過程中各頂升力的平衡。

人機界面除了采用必要的指示燈、按鈕外，還采用與PLC配套的液晶顯示器來顯示、設(shè)置以及查詢控制系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)和狀態(tài)信息。通電后觸摸顯示屏自動進入主畫面，控制系統(tǒng)對各參數(shù)進行實時監(jiān)視，通過PLC 的I/O（輸入/輸出）模塊對開度、壓力、故障等信息進行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過CPU（Central Processing Unit，中央處理器）處理，實時將開度信息顯示在工控觸摸屏上，但當系統(tǒng)壓力等信號為模擬量時，負責采集的是A/I 模擬量輸入模塊。

3.2 系統(tǒng)控制方式

系統(tǒng)共3 種控制模式，分別為手動控制、自動控制和遠方控制。

（1）切換至“手動控制”時，即可在脫離PLC 的情況下，手動控制電機和各電磁閥得電。該工況主要應(yīng)用于安裝調(diào)試或設(shè)備檢修。

（2）切換至“自動控制”時，即可在電氣控制柜上通過PLC程序?qū)Ρ鞠到y(tǒng)的油泵電機及活動橋進行自動控制。此模式下：當活動橋頂升至全開值時（此值在觸摸屏上可以設(shè)置），系統(tǒng)自動停機并輸出全開狀態(tài)；當活動橋下降至全關(guān)值時（此值在觸摸屏上可以設(shè)置，一般為0 mm），系統(tǒng)自動停機并輸出全關(guān)狀態(tài)。當活動橋處于預(yù)置位置下滑150 mm 時，油泵電動機自動投入運行，將活動橋提升恢復(fù)原位。若繼續(xù)下滑至200 mm，油泵電動機尚未投入運行時，應(yīng)自動接通另一組油泵電動機，將活動橋提升恢復(fù)原位，并發(fā)出故障和報警信號。

（3）切換至“遠方控制”時，為船閘集控室上位機控制。通過上位機的鼠標、鍵盤進行對船閘系統(tǒng)的控制，顯示器顯示現(xiàn)場模擬組態(tài)畫面，并實時交換數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)、故障等數(shù)據(jù)進行記錄并可輸出打印。此模式下的控制與“自動控制”相同。

3.3 系統(tǒng)監(jiān)測保護

控制系統(tǒng)監(jiān)測保護項目主要包括主備電機互換、控制回路過載失壓、頂升開度同步、液壓系統(tǒng)壓力、PLC 工作狀態(tài)及主要元器件的參數(shù)等，由檢測裝置將監(jiān)測到的編碼器信號送入PLC，經(jīng)PLC 處理后在觸摸屏上顯示，同時通過現(xiàn)場控制柜預(yù)留RS-485 Modbus 通信接口與遠方監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時上傳到船閘調(diào)度中心，并且形象地動態(tài)顯示活動橋和液壓油缸運動情況。如果發(fā)生信號丟失等故障系統(tǒng)則發(fā)聲光報警。系統(tǒng)內(nèi)既定程序中的保護參數(shù)可以顯示在工控觸摸屏上，并可由管理員修改后儲存。

4 同步糾偏調(diào)試及故障處理

4.1 同步控制糾偏調(diào)試

首次投入運行調(diào)試時，活動橋頂升高度需小于0.2 m，確?；顒訕蜻\行安全，待橋梁上下運行多次平穩(wěn)后，再相應(yīng)地提高橋梁高度進行調(diào)試。因活動橋沒有上下側(cè)向的運行導(dǎo)輪，由液壓啟閉機的4 只液壓缸活塞桿同步運行來保持活動鋼橋橋面的平衡，在手動操作時比例閥沒有自動投入運行，需要靠手動調(diào)節(jié)比例閥來控制同步，此時應(yīng)慢速小行程，同時活動橋左右側(cè)留有兩人觀察橋面頂升的平衡情況，并及時向操作人員反饋各液壓缸的平衡狀態(tài)，開度信號應(yīng)同步顯示在工控觸摸屏上。

手動調(diào)試正常后須采用自動控制。調(diào)試設(shè)定整體偏差為10 mm（可根據(jù)實際情況調(diào)整），操作人員發(fā)出提升指令后，油泵電機空載啟動運行，6 s 后壓力閥YV1 和提升閥YV2、比例閥得電，活動橋開始頂升，由PLC 采集到的4 根液壓缸行程信號，并與基準缸A1 行程信號對比，自動調(diào)整3 只比例閥閥芯位置和3 只比例油缸（A2、A3、A4）的運行速度，這樣不斷地采樣、不斷調(diào)節(jié)3 根液壓油缸與基準缸進行糾偏，直至4 根液壓油缸位移偏差小于10 mm，從而控制活動橋的同步頂升。

4.2 同步控制常見故障處理

在同步糾偏調(diào)試過程中，應(yīng)密切監(jiān)視橋體及液壓泵的運行狀況，出現(xiàn)異常情況應(yīng)立即按下“急停”按鈕。在活動橋的實際運行過程中，主要存在同步裝置故障告警和液壓系統(tǒng)故障告警兩類糾偏故障。

4.2.1 同步裝置故障告警

（1）初步分析。同步裝置由開度傳感器、編碼器和反饋鋼絲繩等組成?？赡苁情_度信息采集不準確，同步裝置接受了開度傳感器的錯誤信號而故障報警。

（2）故障排除。手動啟閉液壓缸，確認開度儀內(nèi)部電器元件和電路工作正常。在對開度儀的編碼器及其內(nèi)部構(gòu)件檢查檢測后，發(fā)現(xiàn)編碼器受潮，其他元件無破損、卷筒法蘭完好，反饋鋼絲繩卷繞較好。修復(fù)編碼器后，故障并未消除，進一步檢查反饋鋼絲繩是否存在缺陷。對活動橋?qū)嵤┝艘淮? m 開度頂升試驗，在液壓缸運行至約0.6 m 時，發(fā)現(xiàn)橋體右側(cè)的反饋鋼絲繩變細，疑似缺股而反饋系統(tǒng)并無異常。停止運行檢查發(fā)現(xiàn)，在右鋼絲繩穿過工作梁的小孔處，有一個直徑約20 mm 的鋼絲團卡于下翼緣板，且鋼絲有銹蝕、磨損現(xiàn)象。因此，右鋼絲繩因鋼絲團受卡被迫停止卷起，是引起同步裝置超差故障報警的直接原因。

（3）處理方法。采取更換鋼絲繩、擴大穿梁孔徑、并通過滑輪組改變其反饋方向，減少反饋鋼絲繩的磨損并使其卷放自如。在后續(xù)的運行調(diào)試中，同步裝置均工作正常，未發(fā)生類似故障。

4.2.2 液壓系統(tǒng)故障告警

（1）初步分析。由于液壓系統(tǒng)中各控制閥組受阻，導(dǎo)致液壓缸壓力不均衡，造成4 個液壓缸不同步。

（2）故障排除。采用重新啟閉的方法檢驗，經(jīng)過兩次的定值啟閉，發(fā)現(xiàn)液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)均運行正常，開度信息傳輸正常，控制系統(tǒng)也無故障。進一步排查發(fā)現(xiàn)，由于活動橋負載發(fā)生變化，作用在某一缸的力比較大而另外的缸較小，導(dǎo)致油缸下腔壓力瞬時達到低壓報警值。

（3）處理方法。在保障設(shè)備正常運行的前提下，重新調(diào)整壓力繼電器動作值，根據(jù)橋體實際負載變化情況來設(shè)定低壓報警值，保障4 個液壓缸同步。

5 結(jié)束語

活動橋在通航運河上應(yīng)用的較多，國內(nèi)已積累了較為成熟的建設(shè)經(jīng)驗，不過如何使液壓活動橋頂升精準同步，其技術(shù)問題依然值得深入研究?；赑LC 的液壓同步控制系統(tǒng)，西荊河船閘活動橋可以實現(xiàn)多液壓缸負載不均衡同步升降，跟蹤精度不大于1 mm，同時又能對頂升過程中開度、壓力、故障等信息進行數(shù)據(jù)采集并反饋到人機界面，運行人員在集控室中便可對液壓系統(tǒng)進行控制和監(jiān)控，順利完成橋梁的頂升，因此相關(guān)技術(shù)在橋梁同步頂升領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。