淺談竹嶼水閘液壓啟閉機的自動化控制系統及其維護

林勇

（平潭綜合實驗區農業農村發展服務中心，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驗區，為平面鋼閘門，共7孔，每孔獨立配套QPPYII-2×500kN 液壓啟閉機，包含兩支液壓缸、一套液壓動力站及現地電氣控制柜。其中液壓動力站的功率為18.5kW，系統輸出最大壓力為35MPa，容積1000L，設有兩油泵電動機互為備用；啟閉機油缸的容量為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。液壓啟閉機集中控制室設有主、副計算機監控系統、視頻監控系統、UPS 不間斷電源柜等設備。

2 液壓啟閉機的操作模式概況

液壓啟閉機的控制方式分為手動、自動和遠方3 種，通過現地控制柜上的工況旋鈕開關切換。現地手動控制（分步控制）、現地自動控制、遠程控制。

現地手動控制使用按鈕操作，與PLC 系統完全隔離，在自動控制系統失效的情況下，可以完整分步實現所有功能。現地自動控制使用觸摸屏操作，通過PLC 控制啟閉機運行。遠程控制通過預留的以太網通信，從上位機發信號給PLC，從而控制啟閉機運行。

3 液壓啟閉機系統功能

3.1 數據采集、處理及顯示

對液壓泵站狀態（壓力、溫度、液位）、閘門運行狀態等開關量、行程傳感器進行采集。

油缸行程傳感器采用內置+外置鋼絲繩式行程傳感器，編碼器為SSI 信號。

限位開關對閘門全開全關處的限位開關信號進行采集。

根據采集的信號，判斷系統運行狀態，用于調節和報警。

3.2 控制與調節

可通過操作按鈕或者觸摸屏，對閘門進行啟、閉控制，同時對閘門狀態進行監視；系統還可根據預先設置的參數，對閘門進行自動控制和調節。

手動操作模式下可以實現與PLC 無關的閘門動作和糾偏控制。

3.3 下滑復位

閘門下滑后自動提升至下滑前位置。下滑60mm（可在觸摸屏上設置或更改）時，一臺液壓泵電動機自動投入運行，將閘門提升恢復原位。若繼續下滑至100mm（可在觸摸屏上設置或更改），兩臺油泵運行，液壓泵電動機尚未投入運行時，在集控室及現場設有聲光報警信號。同時另外油泵電機組應自動接通，將閘門提升恢復至原位。當下滑超過150mm 或2min 下滑未復位（可在觸摸屏上設置或更改）時，停機并報警。

3.4 電源報警和保護

主電路設置浪涌保護器，保護主電源。

主電路設置相序繼電器，對主電源和備用電源進行監控，對相序、過電壓、缺相、過電流、欠電壓等故障進行保護，并將報警信號送本地PLC 和遠控。

雙電源切換裝置有過電流過載缺相等保護。

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→系統建壓→開啟閘門/關閉閘門→停止閘門→停止建壓→停止油泵），在操作的同時還要注意觀察液壓系統及閘門的狀態，如果發現異常需立即停機（如系統超、欠壓等）。該回路是獨立的繼電器回路，一般是在系統故障或者檢修狀態下使用，同時也是確保液壓啟閉機正常運行的最后保障。

圖1 手動控制操作面板

手動模式，主控側可通過按鈕控制副控側。

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）→啟門時候觀察顯示屏上左右兩側數據，兩側數據差超過15mm 左右時，通過糾偏旋鈕進行糾偏，保證閘門的平衡（哪邊數據大就往哪邊糾偏，糾平為止）→啟到需要高度時，依次按下（停止閘門）按鈕，系統停止工作。

4.2 自動控制

該模式下閘門的控制由PLC 程序來完成，操作人員只需點擊觸摸屏上的一個觸控按鈕（開啟或關閉閘門），系統會自動依次完成上述一系列動作，當閘門開啟或關閉到設定位置（觸摸屏上可設定該位置）后，系統自動停機；在運行過程中，系統會自動檢測閘門和液壓系統的各項參數，如發現故障系統會發出報警并且停機；即一鍵式操作。

4.3 遠方控制

液壓啟閉機接收上位機發出的指令。

PLC 柜接上位機的控制信號。根據上位機發送的啟門或閉門信號動作閘門。

接收上位機信號，可以是通信方式，也可以是硬接線的方式。閘門運行信號、狀態信號、鎖定信號、液壓泵站狀態信號等，在柜內有無源點，送上位機。

備注：

（1）這三種控制方式互相獨立，即當選取任意一種控制方式時，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的狀態，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，系統均停機。

5 糾偏原理說明

閘門啟閉時，兩根活塞桿在伸出、縮回的過程中總會存在同步誤差，可能是因為外海水的作用力也可能是因為墻面的摩擦力或者其他原因，導致閘門受力不均勻，雙液壓油缸偏載，其中一根活塞桿運動速度緩慢，產生誤差，可能會造成水封磨損、閘門卡死等安全事故。這樣就需要進行糾偏，讓活塞桿的運動速度盡可能的達到同步，使閘門水平啟閉。

竹嶼水閘液壓控制系統糾偏為放油糾偏，將糾偏換向閥并聯于左、右油缸主油路上。當一側油缸運行速度較快時，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 計算機遠程監控

液壓啟閉機現地控制柜工況選擇旋鈕切換到遠方，采用中控室計算機遠程控制。右上側分別為系統時間和水位顯示（以cm為單位），中間為效果圖，從左到右依次對應1～7 號閘門，所有閘門都可以根據真實閘門的動作進行實時動畫效果。閘門的基本狀態顯示、重要報警點和控制按鈕。當狀態點的右側亮起綠燈，為閘門發生該狀態。當報警點右側亮起紅燈，表示該閘門發出相應的報警。

7 液壓啟閉機的維護

7.1 液壓系統的日常維護

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

7.2 液壓油的維護與保養

（1）灌裝液壓油。用于注入液壓泵站的液壓油應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。若取樣檢驗合格時，可延長更換的時間。

（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。每季度檢查一次。液壓油的指標如表1 所示。

表1 液壓油取樣檢測指標

7.3 液壓元器件檢查維護與保養

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。

檢查運行溫度與壓力。

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

當設備處于運行狀態時，檢查液壓系統各部位如閥件、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。如果有讀數不正確的情況，關閉此壓力表的開關，拆下壓力表并重新校準它，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場，檢查回油管的溫升，用手觸摸檢查。

檢查回油濾油器（重點運行時查看濾油器壓力表數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清洗或更換回油濾油器濾芯，空氣濾清器顆粒變色發白需取出烘干、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觀察到的閘門開啟高度實際情況是否相同，也可通過切換主副傳感器數值對比驗證。

管路泄漏的修理。只有在系統部位發現泄壓后才能進行部位的重新密封作業。因為帶有軟性密封件的管接頭，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象。正確的做法是用一個新的密封圈替換舊的元件，以使密封效果恢復，閥件拆除后必須更換新的密封件。

7.4 液壓啟閉機的電氣控制系統的維護及保養

7.4.1 日常維護

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

（2）及時記錄報告技改變更完成后和負載種類變化，隨即更新竣工圖。在1#～7#控制柜內放置各自最新的詳細圖紙，配備周全的柜內裝設開關、繼電器、線路代碼編號等具體含義注釋說明書，并在明顯位置標明各開關，按鈕、信號燈、轉換開關的具體名稱。附帶配備每組開關所操控設備的操作方法和規程。

7.4.2 定期檢查

（1）定期檢查線路負荷，檢查是否有未經批準隨意改動線路、增加或拆去用電設備、擅自增大熔體等現象，檢查建筑物、設備金屬外殼是否帶電、測量線路負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，接頭是否發熱。有時候對接地點和接引線容易忽視，應特別注意。

（3）定期檢查電氣控制柜線路、設備的緊固件、支持件檢查這些緊固件是否牢固，有無松動、脫落、受潮、腐朽嚴重銹蝕等。線路的有關安全間距是否發生變化，線路和設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

液壓控制系統工作至后期，液壓元件由于工作頻率和負載類型的不同，易損部件開始老化或磨損。此階段事故發生率較高，液壓油泄漏量明顯增加，工作效率降低。根據這一狀況，要對元件進行全方位檢查，對已損壞的液壓元件應加以維修或更換。液壓控制系統使用時也應進行全方位保養，要注意監視各部份的工作狀況，發現設備運行不正常，應及時排查原因，并采取相應措施，以防止控制系統出現嚴重故障。對液壓控制系統何時需要檢修，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，并制定符合現狀的保養方案，使液壓控制控制系統最大化地發揮其功能[1]。

7.5.1 突發性故障

這類故障基本發生在設備運行初期階段和后期階段。初期階段設備剛調試運行，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需要一定時間的試運行磨合才能慢慢趨于穩定。后期階段設備開始老化，閥件閥芯磨損、密封件老化漏油等情況。由于對這兩個時期故障產生認識不足，認為新安裝的設備運行不可能問題，認為老設備運行了很久一直很好用，忽略了定期維護保養，因此易發生突發性故障。故障發生的區域及產生原因較為明顯，如發生閥芯拉毛，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，內外密封失效泄漏失控等故障現象。

突發性故障，基本與液壓裝置的配置不合理、過程中未定期維護設備有關系、以及操作人員對液壓啟閉機的了解程度不夠使用不當等，引發突發性故障。預防這一類故障的主要辦法就是了解故障特點，認真執行崗位責任制，做好管理維護，以及進行工作人員崗位培訓。合格的操作人員必須具備：廠家專業的培訓、對液壓設備有一定的基礎認知，能掌握液壓設備各個故障原因并能及時處理，未經崗位培訓的人員不能上崗。

7.5.2 液壓泵站故障診斷步驟

液壓泵站的故障，通常是因為控制系統中某些部位元器件出現了故障而造成的，因此，我們需要把故障部位元件按步驟排查出來[2]。

（1）液壓裝置的運行狀態不正常，例如，不能動作，運動不同步，兩側液壓缸的運動方位不對，啟閉門速度不滿足設計要求，電磁閥動作次序錯誤，動力傳遞不平衡，油液嚴重泄漏、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，先大致判斷其質量狀態。

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

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

（5）對列舉故障清單中列明的重要檢測元器件進行初檢。初檢應當確定如下幾個問題：元器件的使用與配置是否正確；元器件的檢測設備、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行維修或更換。

（7）在排除故障重新開始運行設備之前，應該要認真思考一下這次故障的成因和結果。

若發生故障是由油液污染或運行時油液溫升過快所造成的，則應當預料以及其他關聯部件也有發生故障的潛在可能性，并應該根據故障隱患采取相應的挽救對策。例如：如鐵屑進入液壓泵的故障，在更換新液壓泵以前要先對系統加以全面地清洗，更換液壓油。

8 結論

本文介紹了液壓啟閉機液壓機計算機遠控+現地自動化控制下的液壓式啟閉機管理模式及其維護，這種控制系統可以實時掌握設備情況，操作簡單。發生故障時系統自動停機保護，等待工作人員進行維護。管理上可實現遠方控制，工作人員可以通過上位機直接控制多個水閘，節省人工的同時又提高了效率。