崔家營水電站壩頂門機液壓抓梁監控系統改進及應用

陳勉 湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處

崔家營水電站壩頂門機液壓抓梁監控系統改進及應用

陳勉 湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處

崔家營水電站壩頂門機液壓自動抓梁，經過技術改進，在水下穿脫銷時不但有指示燈的熄、亮顯示穿脫銷到位與否，并且有監視觸摸屏的開關量狀態同時突化，同時模擬量的條形狀態和數據的變化可作為參考，最重要的是相關開關量的變化接入PLC邏輯控制中，實現與壩頂門機液壓抓梁起升的閉鎖聯動。畫面直觀顯示，杜絕誤操作，提高了液壓自動抓梁的可靠性和安全性。

霍爾開關；PLC；組態軟件；觸摸屏

引言

崔家營電站壩頂門機液壓抓梁控制系統是型號為ZNQ8-1型液壓自動抓梁耐水壓全行程信號檢測系統。液壓抓梁主要用于檢修閘門的入水起降，所以入水后的穿脫銷信號的反饋十分重要。技改前的信號以觀察駕駛室內觸摸屏（施耐德XBTGT2220）顯示的模擬量進度條為主，但配置的傳感器可能受使用壽命、環境等因素的影響，經常出現突變、漂移、不穩定等狀態，嚴重影響了操作人員的判斷，容易導致事故的發生。我電廠根據實際情況，組織相關的技術力量，對液壓抓梁監控系統進行了技術改造，具體實施方案過程總結如下。

一、加裝霍爾開關

我電站新增的開關為南京中旭電子科技有限公司出品的JSK-5020KS舷外水密行程開關，數量一共為4個，液壓抓梁穿脫銷左右各2個。

（一）原理簡介

當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產生電位差，這種現象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，其表達式為U=K·I·B/d。

其中K為霍爾系數，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場（洛倫茲力）的磁感應強度，d是薄片的厚度。

由此可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關系。霍爾開關就屬于這種有源磁電轉換器件，它是在霍爾效應原理的基礎上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號轉換成實際應用中的電信號，同時又具備工業場合實際應用易操作和可靠性的要求。

霍爾開關的輸入端以磁感應強度B來表征，當B值達到一定程度（如B1）時，霍爾開關內部的觸發器翻轉，霍爾開關的輸出電平狀態也隨之翻轉。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號輸出之分。霍爾開關具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點，內部采用環氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環境下可靠的工作。霍爾開關可應用于接近開關，壓力開關，里程表等。

（二）主要技術性能

工作電壓為8V～30V DC；負載電流不大于200mA；工作距離大于5mm；長期在海水中工作，工作壓力為3Mpa；環境溫度-30℃～60℃；耐沖擊振動（符合GJB4-83）。

（三）功能說明

1.磁體接近殼體時接通負載。

2.磁路調整方法：由于霍爾電路有滯后回差特性，傳感器接近導通的距離比離開關斷的距離要小一些，所以傳感器安裝時需調節磁體的位置，使其接近時開關導通且離開時開關能斷開，一般情況下近點2～4mm，遠點大于10mm。

3.所有的接近開關應該配套使用，以免觸發距離變化。

（四）注意事項

1.傳感器在使用時要嚴格按照接線視圖接線，即紅線接正電源，藍線接負電源，負載接在紅線和灰線之間，錯誤的接線將會導致傳感器損壞，在使用時電源電壓不可大于30V，否則將會導致傳感器損壞。

2.傳感器負載電流不要大于200mA，即負載的直流電阻不能小于150Ω，更不可使紅線和灰線短路，否則將會導致傳感器損壞。

3.傳感器在安裝時不要用力拉扯或扭曲電纜，否則將導致傳感器密封性能下降，不能保證磁體組件和傳感器在同一軸線時，應將傳感器和磁體組件的近點距離調整至4mm以下。

二、連接控制回路

（一）需要增加的元器件

2個直流24V的指示燈（紅、綠燈各一個，APT AD16），2個繼電器（施耐德RXM2LB2BD），1個旋鈕開關（型號施耐德ZB2-BE）

（二）達到的目的

液壓抓梁穿脫銷到位，由霍爾開關構成的回路將其導通，回路上的指示燈將會點亮，可以讓駕駛員直接觀察到水中的抓梁穿脫銷的情況，同時也可以借其的動作引入PLC（施耐德TSXP57104M）進行閉鎖的邏輯控制，確保安全操作。

（三）回路接線（圖略）

當液壓抓梁穿脫到位，左側和右側的霍爾開關將會導通，同時繼電器KA1、KA2將會得電，其常開觸點將分別接通信號回路和PLC開關量輸入通道。

（四）PLC程序修改

根據壩頂門機有使用液壓抓梁和不使用液壓兩種狀態，不同狀態下要區別對待，可以用安裝在駕駛室操作臺上的旋鈕（兩個位置）來區分。當不使用液壓抓梁時主勾正常起降，當主勾裝上液壓抓梁時，此時將和霍爾開關反饋的信號進行閉鎖，只有穿銷或者脫銷到位，主勾才能起升，這樣將避免液壓抓梁在水下的誤操作。脫銷到位、穿銷到位、抓梁確認三個開關量為本次技改新增量，利用PLC開關量輸入備用點。

三、修改組態軟件

駕駛室里操作員除了可以通過新增設的指示燈來判斷液壓抓梁傳脫銷狀態，還可以通過觸摸屏（施耐德XBTGT2220）里顯示的模擬量、開關量來進一步確認，本次技改在組態軟件Vijeo Designe液壓抓梁界面中增加穿銷到位、脫銷到位兩個數字量顯示變化，同時在原來模擬量條狀顯示狀態下，增加了模擬量數顯狀態，全方位多角度觀測抓梁在水下的動作狀態。

［1］ 何碧青.霍爾集成傳感器的特性及其應用.洛陽理工學院學報：自然科學版2004第二期：39-41.

［2］ 郭清.王元昔.霍爾傳感器在直流電機轉速測量中的應用研究.傳感器與微系統，2011（7）.

［3］ 韓建寧.董劍龍.基于霍爾傳感器的全自動照明控制系統的設計.紅外，2009（7）.

陳勉（1984），男，湖北武漢，湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處，電氣工程師，主要研究方向為電氣自動化。