淺談竹嶼水閘液壓啟閉機(jī)的自動化控制系統(tǒng)及其維護(hù)

林勇

（平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心，福建 平潭 350400）

1 竹嶼水閘工程概況

竹嶼水閘位于福建省平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，為平面鋼閘門，共7孔，每孔獨(dú)立配套QPPYII-2×500kN 液壓啟閉機(jī)，包含兩支液壓缸、一套液壓動力站及現(xiàn)地電氣控制柜。其中液壓動力站的功率為18.5kW，系統(tǒng)輸出最大壓力為35MPa，容積1000L，設(shè)有兩油泵電動機(jī)互為備用；啟閉機(jī)油缸的容量為2×500kN，工作行程為6.2m，啟閉速度為0.6m/min，有桿腔壓力為18.1MPa，無桿腔壓力為0.5MPa，閉門靠閘門自重。液壓啟閉機(jī)集中控制室設(shè)有主、副計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、UPS 不間斷電源柜等設(shè)備。

2 液壓啟閉機(jī)的操作模式概況

液壓啟閉機(jī)的控制方式分為手動、自動和遠(yuǎn)方3 種，通過現(xiàn)地控制柜上的工況旋鈕開關(guān)切換。現(xiàn)地手動控制（分步控制）、現(xiàn)地自動控制、遠(yuǎn)程控制。

現(xiàn)地手動控制使用按鈕操作，與PLC 系統(tǒng)完全隔離，在自動控制系統(tǒng)失效的情況下，可以完整分步實(shí)現(xiàn)所有功能?，F(xiàn)地自動控制使用觸摸屏操作，通過PLC 控制啟閉機(jī)運(yùn)行。遠(yuǎn)程控制通過預(yù)留的以太網(wǎng)通信，從上位機(jī)發(fā)信號給PLC，從而控制啟閉機(jī)運(yùn)行。

3 液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)功能

3.1 數(shù)據(jù)采集、處理及顯示

對液壓泵站狀態(tài)（壓力、溫度、液位）、閘門運(yùn)行狀態(tài)等開關(guān)量、行程傳感器進(jìn)行采集。

油缸行程傳感器采用內(nèi)置+外置鋼絲繩式行程傳感器，編碼器為SSI 信號。

限位開關(guān)對閘門全開全關(guān)處的限位開關(guān)信號進(jìn)行采集。

根據(jù)采集的信號，判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，用于調(diào)節(jié)和報(bào)警。

3.2 控制與調(diào)節(jié)

可通過操作按鈕或者觸摸屏，對閘門進(jìn)行啟、閉控制，同時(shí)對閘門狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視；系統(tǒng)還可根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)，對閘門進(jìn)行自動控制和調(diào)節(jié)。

手動操作模式下可以實(shí)現(xiàn)與PLC 無關(guān)的閘門動作和糾偏控制。

3.3 下滑復(fù)位

閘門下滑后自動提升至下滑前位置。下滑60mm（可在觸摸屏上設(shè)置或更改）時(shí)，一臺液壓泵電動機(jī)自動投入運(yùn)行，將閘門提升恢復(fù)原位。若繼續(xù)下滑至100mm（可在觸摸屏上設(shè)置或更改），兩臺油泵運(yùn)行，液壓泵電動機(jī)尚未投入運(yùn)行時(shí)，在集控室及現(xiàn)場設(shè)有聲光報(bào)警信號。同時(shí)另外油泵電機(jī)組應(yīng)自動接通，將閘門提升恢復(fù)至原位。當(dāng)下滑超過150mm 或2min 下滑未復(fù)位（可在觸摸屏上設(shè)置或更改）時(shí)，停機(jī)并報(bào)警。

3.4 電源報(bào)警和保護(hù)

主電路設(shè)置浪涌保護(hù)器，保護(hù)主電源。

主電路設(shè)置相序繼電器，對主電源和備用電源進(jìn)行監(jiān)控，對相序、過電壓、缺相、過電流、欠電壓等故障進(jìn)行保護(hù)，并將報(bào)警信號送本地PLC 和遠(yuǎn)控。

雙電源切換裝置有過電流過載缺相等保護(hù)。

4 控制方式

4.1 手動控制

該模式是通過操作控制柜面板上的按鈕（如圖1 所示），逐步完成閘門的啟閉動作（啟動油泵→系統(tǒng)建壓→開啟閘門/關(guān)閉閘門→停止閘門→停止建壓→停止油泵），在操作的同時(shí)還要注意觀察液壓系統(tǒng)及閘門的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)異常需立即停機(jī)（如系統(tǒng)超、欠壓等）。該回路是獨(dú)立的繼電器回路，一般是在系統(tǒng)故障或者檢修狀態(tài)下使用，同時(shí)也是確保液壓啟閉機(jī)正常運(yùn)行的最后保障。

圖1 手動控制操作面板

手動模式，主控側(cè)可通過按鈕控制副控側(cè)。

手動操作步驟如下。

啟門：工況選擇旋鈕打到手動位置→依次按下→（手動啟泵（1#、2#任選1 臺）、開啟閘門按鈕）→啟門時(shí)候觀察顯示屏上左右兩側(cè)數(shù)據(jù)，兩側(cè)數(shù)據(jù)差超過15mm 左右時(shí)，通過糾偏旋鈕進(jìn)行糾偏，保證閘門的平衡（哪邊數(shù)據(jù)大就往哪邊糾偏，糾平為止）→啟到需要高度時(shí)，依次按下（停止閘門）按鈕，系統(tǒng)停止工作。

4.2 自動控制

該模式下閘門的控制由PLC 程序來完成，操作人員只需點(diǎn)擊觸摸屏上的一個(gè)觸控按鈕（開啟或關(guān)閉閘門），系統(tǒng)會自動依次完成上述一系列動作，當(dāng)閘門開啟或關(guān)閉到設(shè)定位置（觸摸屏上可設(shè)定該位置）后，系統(tǒng)自動停機(jī)；在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)會自動檢測閘門和液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，如發(fā)現(xiàn)故障系統(tǒng)會發(fā)出報(bào)警并且停機(jī)；即一鍵式操作。

4.3 遠(yuǎn)方控制

液壓啟閉機(jī)接收上位機(jī)發(fā)出的指令。

PLC 柜接上位機(jī)的控制信號。根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的啟門或閉門信號動作閘門。

接收上位機(jī)信號，可以是通信方式，也可以是硬接線的方式。閘門運(yùn)行信號、狀態(tài)信號、鎖定信號、液壓泵站狀態(tài)信號等，在柜內(nèi)有無源點(diǎn)，送上位機(jī)。

備注：

（1）這三種控制方式互相獨(dú)立，即當(dāng)選取任意一種控制方式時(shí)，另外兩種控制方式均失效。

（2）觸摸屏在任意模式下都顯示閘門及液壓系統(tǒng)的狀態(tài)，但是在手動模式下不參與控制。

（3）在任意模式下，按下緊急停止按鈕，系統(tǒng)均停機(jī)。

5 糾偏原理說明

閘門啟閉時(shí)，兩根活塞桿在伸出、縮回的過程中總會存在同步誤差，可能是因?yàn)橥夂Ｋ淖饔昧σ部赡苁且驗(yàn)閴γ娴哪Σ亮蛘咂渌?，?dǎo)致閘門受力不均勻，雙液壓油缸偏載，其中一根活塞桿運(yùn)動速度緩慢，產(chǎn)生誤差，可能會造成水封磨損、閘門卡死等安全事故。這樣就需要進(jìn)行糾偏，讓活塞桿的運(yùn)動速度盡可能的達(dá)到同步，使閘門水平啟閉。

竹嶼水閘液壓控制系統(tǒng)糾偏為放油糾偏，將糾偏換向閥并聯(lián)于左、右油缸主油路上。當(dāng)一側(cè)油缸運(yùn)行速度較快時(shí)，操作糾偏按鈕糾偏，換向閥電磁鐵得電將壓力油卸回油箱。

6 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控

液壓啟閉機(jī)現(xiàn)地控制柜工況選擇旋鈕切換到遠(yuǎn)方，采用中控室計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制。右上側(cè)分別為系統(tǒng)時(shí)間和水位顯示（以cm為單位），中間為效果圖，從左到右依次對應(yīng)1～7 號閘門，所有閘門都可以根據(jù)真實(shí)閘門的動作進(jìn)行實(shí)時(shí)動畫效果。閘門的基本狀態(tài)顯示、重要報(bào)警點(diǎn)和控制按鈕。當(dāng)狀態(tài)點(diǎn)的右側(cè)亮起綠燈，為閘門發(fā)生該狀態(tài)。當(dāng)報(bào)警點(diǎn)右側(cè)亮起紅燈，表示該閘門發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警。

7 液壓啟閉機(jī)的維護(hù)

7.1 液壓系統(tǒng)的日常維護(hù)

液壓系統(tǒng)的基本維護(hù)主要對系統(tǒng)上的閥組閥件及液壓油的維護(hù)。這些方面安排周期性的檢查，關(guān)于液壓油：液壓系統(tǒng)上配有P.Q.T 接頭，通過P.Q.T 檢測儀對液壓油的壓力、溫度、流量進(jìn)行檢測，同時(shí)配套便攜式油液污染度檢測儀，對油質(zhì)周期性的取樣抽查。由于液壓啟閉機(jī)使用不頻繁，故上述油液更換時(shí)間僅供參考，具體可通過化驗(yàn)是否變質(zhì)后確定。

7.2 液壓油的維護(hù)與保養(yǎng)

（1）灌裝液壓油。用于注入液壓泵站的液壓油應(yīng)與液壓泵站中已有的液壓油型號相同。

（2）更換液壓油。一般按照每3 年更換一次。若取樣檢驗(yàn)合格時(shí)，可延長更換的時(shí)間。

（3）液壓油檢查。液壓油定期取樣便攜式油液污染度檢測儀檢查其品質(zhì)。每季度檢查一次。液壓油的指標(biāo)如表1 所示。

表1 液壓油取樣檢測指標(biāo)

7.3 液壓元器件檢查維護(hù)與保養(yǎng)

檢查不銹鋼管路所有接頭、法蘭盤或焊接接縫處，以及液壓泵站的油箱的焊接點(diǎn)是否存在滲漏。作表記錄并修理泄漏處。

檢查管路振動與換向液壓沖擊。

檢查運(yùn)行溫度與壓力。

在閘門全關(guān)位置（油缸全伸狀態(tài)）檢查液壓泵站油箱液位指示器的液位是否在正常范圍。

當(dāng)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，檢查液壓系統(tǒng)各部位如閥件、接頭連接、閥芯、螺紋連接、閥桿密封蓋等處的泄漏。

檢查電器與電纜連接的松動，以防損壞。

檢查壓力表的損壞。如果有讀數(shù)不正確的情況，關(guān)閉此壓力表的開關(guān)，拆下壓力表并重新校準(zhǔn)它，或用備用表更換之。然后，重新連接好壓力表。

檢查壓力表與接頭的泄漏。

檢查噪音是否非正常地高。

檢查液壓泵外觀是否有泄漏現(xiàn)場，檢查回油管的溫升，用手觸摸檢查。

檢查回油濾油器（重點(diǎn)運(yùn)行時(shí)查看濾油器壓力表數(shù)值以及濾油器濾芯是否骯臟）、空氣濾清器。若油污過臟或損壞應(yīng)清洗或更換回油濾油器濾芯，空氣濾清器顆粒變色發(fā)白需取出烘干、曬干或更換。

檢查行程檢測裝置在觸摸屏顯示的開度值和閘室內(nèi)觀察到的閘門開啟高度實(shí)際情況是否相同，也可通過切換主副傳感器數(shù)值對比驗(yàn)證。

管路泄漏的修理。只有在系統(tǒng)部位發(fā)現(xiàn)泄壓后才能進(jìn)行部位的重新密封作業(yè)。因?yàn)閹в熊浶悦芊饧墓芙宇^，比如O 型圈，若僅僅用扳手再次擰緊只會促使密封件的擠壓破損或失去彈性，這樣無法排除管接頭的泄漏現(xiàn)象。正確的做法是用一個(gè)新的密封圈替換舊的元件，以使密封效果恢復(fù)，閥件拆除后必須更換新的密封件。

7.4 液壓啟閉機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的維護(hù)及保養(yǎng)

7.4.1 日常維護(hù)

（1）定期針對性地排查并清理柜內(nèi)線槽中線纜，對照電氣接線圖按主回路、二次回路、信號回路線纜進(jìn)行分類捆扎，做好電纜標(biāo)識（1#、2#電機(jī)線、主副行程傳感器線、閥電控制線、故障報(bào)警信號線）。并盡可能做到各歸各自相對集中的線槽，少交叉。

（2）及時(shí)記錄報(bào)告技改變更完成后和負(fù)載種類變化，隨即更新竣工圖。在1#～7#控制柜內(nèi)放置各自最新的詳細(xì)圖紙，配備周全的柜內(nèi)裝設(shè)開關(guān)、繼電器、線路代碼編號等具體含義注釋說明書，并在明顯位置標(biāo)明各開關(guān)，按鈕、信號燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)的具體名稱。附帶配備每組開關(guān)所操控設(shè)備的操作方法和規(guī)程。

7.4.2 定期檢查

（1）定期檢查線路負(fù)荷，檢查是否有未經(jīng)批準(zhǔn)隨意改動線路、增加或拆去用電設(shè)備、擅自增大熔體等現(xiàn)象，檢查建筑物、設(shè)備金屬外殼是否帶電、測量線路負(fù)荷電流是否超過允許值等，判斷線路是否工作正常。

（2）定期檢查線路接頭，檢查線路接頭是否氧化、松動或松脫絕緣是否損壞，接頭是否發(fā)熱。有時(shí)候?qū)拥攸c(diǎn)和接引線容易忽視，應(yīng)特別注意。

（3）定期檢查電氣控制柜線路、設(shè)備的緊固件、支持件檢查這些緊固件是否牢固，有無松動、脫落、受潮、腐朽嚴(yán)重銹蝕等。線路的有關(guān)安全間距是否發(fā)生變化，線路和設(shè)備的緊固狀況是否改變等。

（4）定期檢查配線管道、絕緣子和槽板檢查電氣控制柜這些配線器材有無損壞、銹蝕、管道接頭、接地線有無松脫、松動、斷裂。配電板（箱）是否清潔，有無水和其他異物侵入。

7.5 常見故障與排除方法

液壓控制系統(tǒng)工作至后期，液壓元件由于工作頻率和負(fù)載類型的不同，易損部件開始老化或磨損。此階段事故發(fā)生率較高，液壓油泄漏量明顯增加，工作效率降低。根據(jù)這一狀況，要對元件進(jìn)行全方位檢查，對已損壞的液壓元件應(yīng)加以維修或更換。液壓控制系統(tǒng)使用時(shí)也應(yīng)進(jìn)行全方位保養(yǎng)，要注意監(jiān)視各部份的工作狀況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行不正常，應(yīng)及時(shí)排查原因，并采取相應(yīng)措施，以防止控制系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障。對液壓控制系統(tǒng)何時(shí)需要檢修，使用壽命還有多長，以及如何局部及全方位更新改造等，要加以綜合考慮，并制定符合現(xiàn)狀的保養(yǎng)方案，使液壓控制控制系統(tǒng)最大化地發(fā)揮其功能[1]。

7.5.1 突發(fā)性故障

這類故障基本發(fā)生在設(shè)備運(yùn)行初期階段和后期階段。初期階段設(shè)備剛調(diào)試運(yùn)行，閘門和閘槽摩擦阻力不同，管路中可能伴有比較頑固的雜質(zhì)需要一定時(shí)間的試運(yùn)行磨合才能慢慢趨于穩(wěn)定。后期階段設(shè)備開始老化，閥件閥芯磨損、密封件老化漏油等情況。由于對這兩個(gè)時(shí)期故障產(chǎn)生認(rèn)識不足，認(rèn)為新安裝的設(shè)備運(yùn)行不可能問題，認(rèn)為老設(shè)備運(yùn)行了很久一直很好用，忽略了定期維護(hù)保養(yǎng)，因此易發(fā)生突發(fā)性故障。故障發(fā)生的區(qū)域及產(chǎn)生原因較為明顯，如發(fā)生閥芯拉毛，元件老化，高壓軟管老化開裂，油液含水多乳化，密封損壞，檢測信號失真，動作失靈，內(nèi)外密封失效泄漏失控等故障現(xiàn)象。

突發(fā)性故障，基本與液壓裝置的配置不合理、過程中未定期維護(hù)設(shè)備有關(guān)系、以及操作人員對液壓啟閉機(jī)的了解程度不夠使用不當(dāng)?shù)?，引發(fā)突發(fā)性故障。預(yù)防這一類故障的主要辦法就是了解故障特點(diǎn)，認(rèn)真執(zhí)行崗位責(zé)任制，做好管理維護(hù)，以及進(jìn)行工作人員崗位培訓(xùn)。合格的操作人員必須具備：廠家專業(yè)的培訓(xùn)、對液壓設(shè)備有一定的基礎(chǔ)認(rèn)知，能掌握液壓設(shè)備各個(gè)故障原因并能及時(shí)處理，未經(jīng)崗位培訓(xùn)的人員不能上崗。

7.5.2 液壓泵站故障診斷步驟

液壓泵站的故障，通常是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中某些部位元器件出現(xiàn)了故障而造成的，因此，我們需要把故障部位元件按步驟排查出來[2]。

（1）液壓裝置的運(yùn)行狀態(tài)不正常，例如，不能動作，運(yùn)動不同步，兩側(cè)液壓缸的運(yùn)動方位不對，啟閉門速度不滿足設(shè)計(jì)要求，電磁閥動作次序錯(cuò)誤，動力傳遞不平衡，油液嚴(yán)重泄漏、油缸爬行，油箱溫升較快等。不管何種因素，都可視為流量、壓力和方向三大問題。

（2）審核液壓原理圖，并檢測各種元器件，確定其特性與用途，先大致判斷其質(zhì)量狀態(tài)。

（3）先按癥狀排列出與故障有關(guān)的元器件清單，然后開始逐個(gè)分類。做此步驟時(shí)，首先要利用判斷力，其次仔細(xì)排查絕不可忽視對故障有嚴(yán)重影響元器件。

（4）對清單中所列元器件，按已往的成功經(jīng)驗(yàn)和元器件檢測難易安排檢查順序。在必要時(shí)，圈出重點(diǎn)檢測的元器件和需重點(diǎn)檢測的元器件部位。并同時(shí)配置測試儀器設(shè)備等。

（5）對列舉故障清單中列明的重要檢測元器件進(jìn)行初檢。初檢應(yīng)當(dāng)確定如下幾個(gè)問題：元器件的使用與配置是否正確；元器件的檢測設(shè)備、儀表以及測試是否正確；元器件的外界信息是否正確；對外部信息有無反應(yīng)等。尤其要重視一些元器件的故障先兆，如過高的工作溫度和噪音、振蕩和漏電等。

（6）鑒別出引起故障的主要元器件，對不合格的元器件進(jìn)行維修或更換。

（7）在排除故障重新開始運(yùn)行設(shè)備之前，應(yīng)該要認(rèn)真思考一下這次故障的成因和結(jié)果。

若發(fā)生故障是由油液污染或運(yùn)行時(shí)油液溫升過快所造成的，則應(yīng)當(dāng)預(yù)料以及其他關(guān)聯(lián)部件也有發(fā)生故障的潛在可能性，并應(yīng)該根據(jù)故障隱患采取相應(yīng)的挽救對策。例如：如鐵屑進(jìn)入液壓泵的故障，在更換新液壓泵以前要先對系統(tǒng)加以全面地清洗，更換液壓油。

8 結(jié)論

本文介紹了液壓啟閉機(jī)液壓機(jī)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)控+現(xiàn)地自動化控制下的液壓式啟閉機(jī)管理模式及其維護(hù)，這種控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握設(shè)備情況，操作簡單。發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)自動停機(jī)保護(hù)，等待工作人員進(jìn)行維護(hù)。管理上可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，工作人員可以通過上位機(jī)直接控制多個(gè)水閘，節(jié)省人工的同時(shí)又提高了效率。