耙吸挖泥船液壓電氣控制淺析

李凱

（中港疏浚有限公司，上海 200120）

液壓傳動技術(shù)是以液體（主要是礦物油，并假設(shè)幾乎不可坑被壓縮）為工作介質(zhì)，通過液壓泵/馬達，液壓閥、液壓缸、液壓附件等各種元件和控制檢測手段，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的技術(shù)，是重要的基礎(chǔ)技術(shù)，也是實現(xiàn)現(xiàn)代傳動和控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。液壓傳動系統(tǒng)的組成部件包括動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件。

液壓系統(tǒng)的優(yōu)點之一：傳動容易實現(xiàn)自動化，易于對液體壓力、流量或流動方向進行調(diào)節(jié)或控制，如與電氣控制、電子控制或者氣動控制的功能結(jié)合。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，利用電信號對液壓油的流向、壓力、流量進行遠距離控制的比例控制閥在船舶液壓設(shè)備中普遍使用。

1 耙吸挖泥船液壓系統(tǒng)簡介

耙吸挖泥船液壓系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。主液壓系統(tǒng)由左舷液壓泵（A、B、C）、右舷液壓泵（H、G、F）兩個液壓站構(gòu)成，兩個液壓站各自負責(zé)相應(yīng)的設(shè)備。在特定情況下，可通過替代功能，激活各自泵站內(nèi)液壓泵的互相替代；在應(yīng)急操作模式下，可實現(xiàn)左舷液壓C泵替代全船液壓系統(tǒng)。

圖1 IHDCS液壓系統(tǒng)SCADA界面

液壓系統(tǒng)的電氣構(gòu)成原理圖如圖2所示。本船局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)形式，實現(xiàn)各大系統(tǒng)之間的通信連接。

圖2 液壓系統(tǒng)控制原理簡圖

疏浚數(shù)據(jù)服務(wù)器：（1）整個液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)如疏浚閘閥、高壓沖水蝶閥、大泥門、小泥門、預(yù)泄泥門、波浪補償器、溢流堰、耙管絞車、錨機、系泊絞車、艏吹接頭絞車、耙管等進行監(jiān)視、遙控控制、狀態(tài)指示。（2）疏浚系統(tǒng)的自動報表、歷史趨勢圖、診斷、記錄等功能。（3）過程數(shù)據(jù)顯示及自動控制功能，如耙臂位置顯示、溢流堰自動控制（吃水控制）、自動低密度排放等。

艉液壓PLC：負責(zé)液壓系統(tǒng)的指令接收和處理，包括各液壓泵的遙控啟動、停止、液壓泵功能替代和液壓泵壓力、流量的比例調(diào)節(jié)；液壓系統(tǒng)安全運行監(jiān)視例如油位、油溫等；液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件如油缸、油馬達的方向控制；液壓控制中的邏輯判斷：整個液壓系統(tǒng)牽涉的疏浚工程設(shè)備很多，各設(shè)備間也存在連鎖和優(yōu)先權(quán)限劃分。原則上一個液壓泵負責(zé)單一的設(shè)備，但是當需要更大的液壓流量時，可以增加投入的泵的數(shù)量。同一時間內(nèi)，整個系統(tǒng)可以進行多個操作。但是，如果兩個設(shè)備在同一個管路上或者共用一個液壓泵，則不能進行同時操作，因此對于所需壓力低的設(shè)備將會首先動作。如果不同的用戶需要同時動作，那么就需要這些設(shè)備的供油泵不是同一臺液壓泵，并且要求管路連接也是獨立的。如果確實需要多個用戶共用一臺液壓泵，液壓泵的輸出流量將根據(jù)所有用戶的需求進行疊加。但是，不能超過液壓泵所能提供的最大流量。在這種情況下，壓力的設(shè)定將選擇所有用戶中最高的壓力設(shè)定。

液壓泵：作為液壓系統(tǒng)的動力元件，根據(jù)不同設(shè)備所需的不同壓力、流量執(zhí)行液壓PLC的使能信號輸出。液壓泵的運行狀態(tài)由艉液壓PLC發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器再通過全船計算機網(wǎng)絡(luò)傳送到PMS PLC。

2 典型的故障分析

日常施工過程中，液壓系統(tǒng)也會發(fā)生各類的故障，本文就“小泥門無法正常步進動作”舉例，進行相關(guān)故障分析。

故障現(xiàn)象：右舷液壓F、G泵驅(qū)動的12扇右小泥門在SCADA中發(fā)出步進動作5%時，小泥門打開開度無法保證準確。

故障分析：依據(jù)原理圖2，分段分區(qū)域排查。（1）泵浦：液壓泵是否正常啟動，加載卸載是否正常。（2）設(shè)備控制：疏浚控制系統(tǒng)發(fā)出指令后，針對同一設(shè)備，液壓PLC給液壓放大卡的給定信號是否一致；液壓放大卡輸出至電磁閥信號是否一致；電磁閥線圈阻值是否一致；液壓泵產(chǎn)生的壓力是否正常。（3）邏輯控制：針對不同設(shè)備，液壓PLC給定放大卡的信號是否產(chǎn)生變化；液壓放大卡輸出至電磁閥的信號是否隨給定變化而變化；液壓泵壓力是否發(fā)生變化。（4）反饋：小泥門在液壓動作正常情況下，反饋至PLC的行程指示信號是否正常。

故障測試：下列表所示為幾個主要測試結(jié)果。

表1得到的結(jié)論，G泵自身存在零位飄移問題，無法正常卸載，對問題產(chǎn)生一定的影響。

表1 液壓泵加載卸載狀況

表2得到的結(jié)論：壓力、流量電磁閥線圈阻值基本正常，不是導(dǎo)致問題的主要原因。

表2 壓力和流量比例閥線圈電阻的測量

表3得到的結(jié)論：經(jīng)過測試對比，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)不同設(shè)備PLC的輸出是有變化的；PLC的輸出變化對應(yīng)的放大卡輸出也隨之變化；放大卡電流的變化并未使得液壓泵的壓力沒有隨之變化，導(dǎo)致液壓泵使能時壓力很高且壓力不變。由此分析，泵體上的閥件存在問題。

表3 相同液壓泵不同設(shè)備對比

由表4、5得到結(jié)論：經(jīng)過同一側(cè)每扇小泥門之間對比，同一側(cè)同一扇小泥門打開與步進對比，不同側(cè)的小泥門之間對比，可以確認PLC對外輸出的壓力和流量調(diào)節(jié)信號穩(wěn)定，有細微差別；液壓放大卡對外輸出穩(wěn)定。由此，可排除液壓控制PLC、放大卡的問題。

表5 流量調(diào)節(jié)測試

故障總結(jié)：右邊小泥門步進動作不正常并非一個點的問題，而是由多個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的一個綜合故障。液壓泵自身零位不準，液壓泵壓力、流量比例調(diào)節(jié)閥卡堵，是本次故障產(chǎn)生的主要因素。

3 結(jié)語

本船液壓系統(tǒng)已使用15年，部分工程機械設(shè)備平時不常用，部分工程機械不間斷在用，問題的發(fā)生與平時的管、用、養(yǎng)、修有很大的關(guān)系。因此，若要保證設(shè)備功能正常，需定期對系統(tǒng)做以下工作。

（1）記錄并保存流量、壓力在不同設(shè)備，相同設(shè)備不同工況下，PLC給放大卡信號的準確數(shù)值，例如，左耙頭低速上升、高速上升、低速下降、高速下降時PLC給放大卡的流量和壓力信號。

（2）工程機械控制對各設(shè)備的壓力和流量要求。例如，小泥門動作時的準確壓力、流量。

（3）液壓泵的臺架實驗，校準零位。保證液壓泵的正常啟動、加載和卸載，及對信號反應(yīng)的準確性。

（4）得到PCD放大卡輸出的壓力信號0～2500mA，流量信號0～800mA各階段的壓力值和流量值，例如每10mA對應(yīng)的壓力值以及每5mA對應(yīng)的流量值（或者更加細化）。

有上述標準，再去調(diào)整放大卡的放大曲線，得到PCD放大卡細化的使能信號輸入對應(yīng)輸出的壓力信號值和流量信號值。PLC、放大卡、液壓泵站保持標準后，如發(fā)現(xiàn)不正常的現(xiàn)象即為外部設(shè)備所致，無須調(diào)節(jié)上述設(shè)備。