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摘要：根据该工程闸门启闭机液压系统、电气设备的运行特点、比例阀模拟量调节及电磁阀组联锁控制
要求，介绍了该工程液压设备自动化控制的特点、存在问题及自动化控制改进建议的探讨等。合理可靠
的自动化控制方案的成功应用不仅可有效提升自动化控制水平，使水闸平稳可靠地运行，大大减少设备
故障，降低操作人员的劳动强度，保证及时有效地发挥河口水闸防洪排涝的作用，对降低运行维护成本
起着非常重要的作用。
关键词：PLC可编程序控制器、油缸传感器、状态信号、电气联锁、偏差控制、比例阀调节、换向阀、电磁阀组、水位。
1.深圳福田河水闸液压自动化控制系统设备构成
深圳福田河水闸液压系统设备主要有：手动现场控制柜、PLC控制柜、3路供回油液压站、2台油泵及电机、3套水闸液压油缸及液压杆、3个单向阀、3套比例调节阀、3套油缸供回油换向电磁阀组、2个油泵出口换向电磁阀组、1个总油路压力变送器，液压站及手动现场控制柜安装于管理房负一层设备间，PLC控制柜及操作站安装于管理房控制室。
1.1 液压系统主要液压设备
液压系统站液压主要设备有：液压站油箱、轴向柱塞泵、一级过滤器、二级过滤器、油泵出口换向阀组、油缸供回油换向阀组、油缸供回油阀组、油缸供回油单向阀、水闸油缸、供回油直通截止阀。
1.2 液压系统主要控制设备及仪表
液压系统主要自动化控制设备有：手动现场控制柜、PLC控制柜、电机、差压发讯器、压力变送器、油泵出口换向电磁阀、油缸供回油换向电磁阀、比例调节阀、比例调节阀阀位发讯器、液压杆位置传感器、比例阀控制器、电机智能监控仪、双通道液压杆位置指示仪、软启动器、喷水电磁阀等。
2. 液压系统的自动化控制
2.1液压系统工作流程
电机启动后通过油泵产生持续高压油，经过滤器、各电磁阀组、各油阀组和高压油管输送至液压油缸受压油腔，同时将油缸泄压油腔的油经换向阀回流至液压站油箱，具体流程为：2台油泵一用一备，通过控制柜切换开关，开启其中一台油泵，来自液压站油箱的油经油泵产生高压油，通过一级过滤器、油泵出口油循环关闭电磁阀组（电磁线包得电关闭油循环；电磁线包失电，油在油泵、一级过滤器、二级过滤器和油箱之间循环），当泵出口油循环关闭时经换向电磁阀组的高压油（换向电磁阀组有2个电磁线包，即A电磁线包和B电磁线包，任何时刻A和B电磁线包中只能有1个电磁线包得电，A电磁线包和B电磁线包均失电时，高压油经二级过滤器到油箱）在A电磁线包得电时，换向电磁阀组输出的油分二路，一路为向油缸受压油腔供油，另一路从油缸泄压油腔经油阀组、换向电磁阀组和二级过滤器回流到油箱；在B电磁阀得电时，换向电磁阀组输出的油路方向相反，即在A电磁线包得电时的供油变成回油，回油变成了供油，总之，每个换向阀输出的2根油管内油的流动方向由换向阀组上的A或B电磁线包的状态决定。
每个闸门有2个油阀组，其中一个油阀组的供回油流量在调试时手动调好后不再改变，另一个油阀组的供回油流量由比例阀根据控制器输出的0-10V DC信号进行调节。
2.2 液压系统油缸供回油路原理
2.2.1 液压油缸液压杆上升时的供回油路
来自液压站的供油经单向阀流向油缸下端进油口后进入油缸下油腔，液压杆受液压作用力开始上升，同时将油缸上油腔被压出的油经液压站回油阀组、换向阀组和二级过滤器回流到液压站油箱。
2.2.2液压油缸液压杆下降时的供回油路
来自液压站的供油经单向阀流向油缸上端进油口进入油缸上油腔，在油压、液压杆自重、闸门自重的作用下液压杆下降，同时将油缸下油腔被压出的油经单向阀、液压站回油阀组、换向阀组和回流到液压站油箱。
2.3 液压系统常见故障分析
液压系统故障常表现为以下几方面原因：
1）由于供油回路油压很高，通常在15Mpa左右，因此对各阀组接头的密封性和承压能力有非常高的要求，对油压参数控制不准易使阀组渗漏。
2）阀组密封圈老化未及时更换。
3）阀组油路通道较小，对油的品质要求较高，因过滤器滤芯未及时清洗更换使得油中进入了杂质，导致阀组或油管堵塞，会造成液压系统的故障。
4）油缸油封老化或损坏。
5）六块压力表的引压管为塑料管，材料易老化，接头承压能力差，不易密封连接。
6）油管接头形式不合理，易产生渗漏，应采用耐高压的卡套式接头。
2.4现场控制柜的手动控制原理
2.4.1现场控制柜手动控制流程
控制柜手动—自动开关切换至手动，启动电机，通过软启动器进入暂态运行，经延时运行且未发生电气故障时软启动器旁路信号联锁控制接触器，电机进入稳态运行，高压油经油泵和一级过滤器、油泵出口油循环电磁阀组、二级过滤器回流进油箱，并持续循环延时运行一定时间后，启动油泵出口油循环关闭电磁阀开关，电磁阀得电后（DC24V）油泵出口油循環关闭,油进入换向电磁阀组，当换向电磁阀组的A电磁线包得电，液压油经换向电磁阀组、油阀组和单向阀向油缸下油腔供油，液压杆上升，油缸上油腔被压出的油经油阀组、换向电磁阀组和二级过滤器回流到油箱；当换向电磁阀组的B电磁线包得电，液压油经换向电磁阀组、油阀组向油缸上油腔供油，液压杆下降，油缸下油腔被压出的油经单向阀、油阀组、换向电磁阀组和二级过滤器回流到油箱；每个换向电磁阀组出来的供回油分别经油阀组和比例阀同时作用于同一水闸的2个液压油缸，其中一个液压油缸供回油流量已由油阀组预先调好，另一个液压油缸供回油流量由比例阀调节，用以控制2个液压杆的行程偏差。每个液压油缸均安装了1个4线制的液压杆位置传感器，电源电压为DC24V,标准信号4~20mA，通过手动控制盘面仪表显示液压杆的行程位置，当偏差大于允许的最大值时（通常为2cm），根据指示仪表手动调节控制器输出信号（0-10V DC）调节比例阀开度以消除2个液压杆的行程偏差，当偏差小于允许的最大值时，控制器输出信号保持不变,直到水闸开或关到预定的位置时将换向阀开关手动切换至停止位置，换向阀动作锁定油路，使水闸保持在预定位置，此时换向阀进油全部经二级过滤器回流到油箱，手动控制结束。
现场控制柜手动控制系统常见故障分析
因手动控制精度不高，难以靠人工模拟控制对象的实际调节特性，很难把握信号电位器的调节，容易造成控制系统振荡或失控，特别是进行全行程的一次性全关或全开操作时，要将2个液压杆的行程偏差调整到预定值非常困难，最坏的情况下将造成闸门倾斜，液压杆弯曲，甚至造成严重事故。
盘内安装的控制器为非标产品，未做必要的IP防护等级设计，电路板积灰严重，在空气潮湿的情况下，各电子元件间的灰尘可形成新的电子回路，从而改变电路板各信号点的电路参数，造成信号易漂移或不稳定，对比例阀的控制带来不利影响。
压力变送器没有发挥应有的电气联锁控制作用，控制盘里没有安装压力显示和报警联锁仪表，当发生油路堵塞使得油压力超过规定值时，或油压过压超过密封元件的承压值，不能联锁停机。也易造成阀组密封件和油泵电机的损坏。
一级过滤器差压发讯器没有发挥应有的电气联锁作用，在电机控制回路里没有加入差压联锁控制信号，盘面也没有差压报警指示，不能及时提醒操作人员更换清洗滤芯，使液压油不能及时去除杂质，造成油路堵塞，影响对水闸的控制。
液压站运行了较长时间后，油箱内会逐渐沉积一定量的杂质，在油泵启动时因经一级过滤器和二级过滤器自循环的时间不够，在电机控制回路里没有设计延时运行时间设置，可能会将油箱内残留杂质带入阀组引起油路不畅或堵塞。
6）没有设计水闸全关或全开的限位保护开关，在手动操作和自动故障的情况下，必然导致液压杆受力弯曲变形，连接法兰变形，甚至造成油缸及基座脫落倾覆的严重事故。
7）液压杆位置传感器信号电缆存在2处接头，接头处也未做防水处理，一处位于电缆沟内，另一处在水闸油缸基座露天平台上，当电缆沟内有积水或水闸油缸基座上有积水时都会造成信号干扰，使水闸控制难以正常调节。
没有设计液压杆位置传感器防水端子接线箱，传感器引线与电缆进行简单拧接存在以下2个问题：
①线头之间接触不良，或改变信号回路的阻抗，影响信号的正确传输。
②在雨季受雨淋后，造成信号短路，引起信号回路故障。
8）没有设计水闸现场事故急停操作按钮，当现场人员发现水闸处于不正常运行状态时，无法及时处置，不能及时阻止或减少危害的发生。
9）没有设计水闸止水橡胶喷淋水手动操作，特别是在进行调试或维修期间，在电气联锁不正常时，强制进行水闸手动操作易损坏水闸止水橡胶。
10）没有设计油箱液位开关，当油箱漏油或油储量不足时，仍会使油泵在不正常状态下运行。
11） 液压站油阀组设计的安装位置不合理，当中间一个阀组需要检修时，因没有可供工具操作的空间，就必须拆卸两边的阀组，费时低效，同时给不必拆卸的阀组带来因拆装造成的新漏点。
12） 开闸和关闸的油压在控制流程上未做区别，都保持在15Mpa左右，没有相应的压力区别控制，事实上关闸时液压杆的下降应主要依靠闸门自重的来完成才是合理的，同时应只给予仅起辅助启动作用的低油压。
3. 液压系统的PLC自动化控制系统
3.1双液压杆行程偏差的自动化控制原理
为了克服手动控制难以做到对水闸的2根液压杆精确的同步控制，为实现在水闸全开或全关的过程中始终把2根液压杆的行程偏差控制在允许值范围内，必须引入PLC自动控制系统，该系统主要由三个功能块组成：水闸双液压杆自动纠偏控制、水闸开到设定位置的自动控制、水闸关到设定位置的自动控制。
各功能块的控制原理详见下面图示。
原理图一中： SP为允许偏差设定值，由计算机操作站根据工艺需要设定；通常SP = 0；H1为1#液压杆位置信号，H2为2#液压杆位置信号， △H=H1-H2 为实际偏差值； 水闸全开时，开度指示为100％，对应的液压杆位置信号为20mA，水闸全关时，开度指示为0％，对应的液压杆位置信号为4mA。
在水闸开或关的过程中，设H1为基准值，H2为可调节值，当给定值SP = 0，△H的正负号即代表了正负偏差，也同时确定了调节阀的正反作用方向，即PLC根据△H与SP的差、调节特性确定的比例带系数和积分常数进行比例积分运算，通过AO模块输出DC 0-10V调节信号给比例阀，比例阀按照PLC的信号做出精确的调节，消除2根液压杆不同步的偏差，使2根液压杆运动速率保持一致。这种调节是动态的，是PLC基于反馈信号与给定值的差，并经PLC根据调节对象的调节特性进行的精确运算的调节过程。调节特性的参数可通过自整定程序计算确定，首先由PLC程序产生一个标准扰动信号，经PLC对反馈信号的分析计算自动生成调节特性的参数，确定最佳的调节参数，这样便实现了精确的自动化控制。
3.2水闸开到设定位置的自动化控制原理
原理图二中：SP1为要求水闸上升打开的工艺设定值，可在计算机操作站上根据需要进行设置，当水闸处于全关或中间开启状态时，只要SP1大于水闸当前的开度值，水闸便自动开到设定值，PLC控制输出信号为开关量，该信号直接引入电机控制电路中。为防止水闸开过头，应引入软停车控制，当水闸开到接近设定值SP1，即SP1- H1 = a （a由现场试验确定）时，PLC给出信号使变频器将油压减小，直到SP1 - H1 = 0，此时换向阀动作锁定油路，水闸保持在设定值，油泵出口的液压油经换向阀和二级过滤器全部回流到油箱。
3.3水闸关到设定位置的自动化控制原理
原理图三中：SP2为要求水闸下降关闸的工艺设定值，可在计算机操作站上根据需要进行设置，当水闸处于全开或中间开启状态时，只要SP小于水闸当前的开度值，水闸便自动关到设定值，PLC控制输出信号为开关量，该信号直接引入电机控制电路中。为防止水闸关过头，也应引入软停车控制，控制原理与开水闸时的软停车控制相同，但关闸到接近设定值时 H1-SP2 = b （b由现场试验确定），因关闸有水闸和液压杆的自重，所以关闸和开闸时的油压是不同的，因此，a ≠ b 。
4.对本装置的改进建议
4.1 由于手动控制柜存在的一些问题，建议将手动控制柜与PLC控制柜合并为一个控制柜，仍安装于液压站设备间，通过以太网与控制室网络交换机进行计算机数据通讯，在盘面增加一个液晶触摸屏，把盘面的所有操作按钮、指示报警、工艺流程、闸门运行状态做在液晶触摸屏组态画面中，菜单式操作，这样可大大简化盘面复杂的操作元件，简化操作程序。
4.2 增加油压异常、油箱油位异常、偏差过大且失控（在液压设备某些环节故障时会发生该问题）、过滤器堵塞报警及联锁停机的功能；增加液压杆位置传感器防水端子接线箱以消除信号干扰；增加水闸极限位置限位联锁保护开关。
4.3 液压站油阀组、油缸各密封件及接头对油压的承受能力是有限的，液压杆的动作应是平稳的，这就要求液压油的压力必须是平稳的。另外，由于关闸时可以依靠闸门的自重，故开闸油压应比关闸油压要高。为此，应考虑引入变频恒压及变压调节功能，用变频器替代控制柜内的软启动器，选用自带PID调节功能的变频器。
4.4. 福田河水闸的主要功能有二个，① 操作人员根据河口潮汐情况进行作业，在涨潮时关闭水闸，阻断潮水进入内河；在低潮时开闸放水，进行内河水体置换。② 在汛期用于开闸泄洪。这些操作完全可以通过在闸前闸后设置的超声波液位计实现全过程的自动化控制，从这方面看，目前本装置还不是真正意义上的无人值守的自动化控制系统，建议在闸前闸后设置的液位计，修改控制程序可实现全自动控制。设内河水位为h1，外河水位（潮汐水位）为h2，水闸全自动控制原理如下:
1） 当水闸处于全关闭状态时，PLC分别接收到内河水位h1对应的超声波液位计信号和外河水位h2对应的超声波液位计信号，h1- h2 ≥ K 时, 且h2为下降趋势，PLC输出开闸信号进行开闸控制，水闸全开后延时 T分钟后进行自动关闸操作，即经过时间 T 后，h2为曲线最低谷值时，且h1- h2 = 0，则自动关闸。闸前闸后水位变化趋势图如下（数据曲线来源于深圳市新洲河水闸运行监控系统）：
2） 上面参数 K 为人为设定值，可根据工艺要求确定；参数 T 是一个变量，它是时间的函数，是根据日历季节变化的，具有很强的规律性。每天的潮汐发生的时间是不同的，最高潮和最低潮也是变化的，这种变化有一定的规律，根据潮汐变化曲线由计算机自动确定水闸全开后延时间 T，并根据h2的下降或上升趋势以及 h1- h2 = 0 的时刻，同时还应减去关闸行程时间后，确定 T 值。
3） 当雨季泄洪时，根据内河水位h1和外河水位h2的差自动进行开关闸控制与潮汐时的开关闸自动控制相同。
4.5 如果建立了无人值守的自动化控制系统后，应在PLC自动化控制系统中再增加一个GSM无线数据传输模块，以便水闸管理单位或管理人员在任何地方任何时候都能知道水闸运行数据和设备运行状况，使水闸随时处在有效的管理中。
5.结束语
除上述因素外，为保证水闸安全平稳运行还必须重视水闸运行维护和管理，要定期对液压系统密封件和单向阀进行检查、更换、清洗；定期按仪表检修规程对液压杆位置传感器、液位变送器、压力变送器、比例调节阀等仪表和执行元件进行校验；定期检查各电磁阀、过滤器差压发讯开关、水闸限位开关机械和电气性能；在操作站建立采集各仪表数据的历史数据库，根据报警统计和数据历史曲线进行故障隐患分析，并建立数据技术档案，包括操作站必要的数据备份。总之，要持续、安全、平稳地运行液压控制水闸，既要对自动化控制系统进行的改进提高，又要全面重视日常的运行维护和管理。
参考文献及资料：
1、《深圳市福田河整治工程泵站电气施工图》深圳市水利规划设计院
2、《液压传动与控制》作者：贾铭新国防工业出版社
3、《泵站设计规范》GB/T 50265-97
4、《JGJT16-2008 民用建筑电气设计规范》
5、《集散控制系统（DCS）》作者：王树青赵鹏程 浙江大学出版社
6、《可编程序控制器应用指南：编程、通讯、联网》作者：徐世许宫淑贞 北京电子工业出版社
作者简介：王晓林（1963-），男，中级工程师，现供职于深圳市深水水务咨询有限公司，研究方向：工业自动化过程控制。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
要求，介绍了该工程液压设备自动化控制的特点、存在问题及自动化控制改进建议的探讨等。合理可靠
的自动化控制方案的成功应用不仅可有效提升自动化控制水平，使水闸平稳可靠地运行，大大减少设备
故障，降低操作人员的劳动强度，保证及时有效地发挥河口水闸防洪排涝的作用，对降低运行维护成本
起着非常重要的作用。
关键词：PLC可编程序控制器、油缸传感器、状态信号、电气联锁、偏差控制、比例阀调节、换向阀、电磁阀组、水位。
1.深圳福田河水闸液压自动化控制系统设备构成
深圳福田河水闸液压系统设备主要有：手动现场控制柜、PLC控制柜、3路供回油液压站、2台油泵及电机、3套水闸液压油缸及液压杆、3个单向阀、3套比例调节阀、3套油缸供回油换向电磁阀组、2个油泵出口换向电磁阀组、1个总油路压力变送器，液压站及手动现场控制柜安装于管理房负一层设备间，PLC控制柜及操作站安装于管理房控制室。
1.1 液压系统主要液压设备
液压系统站液压主要设备有：液压站油箱、轴向柱塞泵、一级过滤器、二级过滤器、油泵出口换向阀组、油缸供回油换向阀组、油缸供回油阀组、油缸供回油单向阀、水闸油缸、供回油直通截止阀。
1.2 液压系统主要控制设备及仪表
液压系统主要自动化控制设备有：手动现场控制柜、PLC控制柜、电机、差压发讯器、压力变送器、油泵出口换向电磁阀、油缸供回油换向电磁阀、比例调节阀、比例调节阀阀位发讯器、液压杆位置传感器、比例阀控制器、电机智能监控仪、双通道液压杆位置指示仪、软启动器、喷水电磁阀等。
2. 液压系统的自动化控制
2.1液压系统工作流程
电机启动后通过油泵产生持续高压油，经过滤器、各电磁阀组、各油阀组和高压油管输送至液压油缸受压油腔，同时将油缸泄压油腔的油经换向阀回流至液压站油箱，具体流程为：2台油泵一用一备，通过控制柜切换开关，开启其中一台油泵，来自液压站油箱的油经油泵产生高压油，通过一级过滤器、油泵出口油循环关闭电磁阀组（电磁线包得电关闭油循环；电磁线包失电，油在油泵、一级过滤器、二级过滤器和油箱之间循环），当泵出口油循环关闭时经换向电磁阀组的高压油（换向电磁阀组有2个电磁线包，即A电磁线包和B电磁线包，任何时刻A和B电磁线包中只能有1个电磁线包得电，A电磁线包和B电磁线包均失电时，高压油经二级过滤器到油箱）在A电磁线包得电时，换向电磁阀组输出的油分二路，一路为向油缸受压油腔供油，另一路从油缸泄压油腔经油阀组、换向电磁阀组和二级过滤器回流到油箱；在B电磁阀得电时，换向电磁阀组输出的油路方向相反，即在A电磁线包得电时的供油变成回油，回油变成了供油，总之，每个换向阀输出的2根油管内油的流动方向由换向阀组上的A或B电磁线包的状态决定。
每个闸门有2个油阀组，其中一个油阀组的供回油流量在调试时手动调好后不再改变，另一个油阀组的供回油流量由比例阀根据控制器输出的0-10V DC信号进行调节。
2.2 液压系统油缸供回油路原理
2.2.1 液压油缸液压杆上升时的供回油路
来自液压站的供油经单向阀流向油缸下端进油口后进入油缸下油腔，液压杆受液压作用力开始上升，同时将油缸上油腔被压出的油经液压站回油阀组、换向阀组和二级过滤器回流到液压站油箱。
2.2.2液压油缸液压杆下降时的供回油路
来自液压站的供油经单向阀流向油缸上端进油口进入油缸上油腔，在油压、液压杆自重、闸门自重的作用下液压杆下降，同时将油缸下油腔被压出的油经单向阀、液压站回油阀组、换向阀组和回流到液压站油箱。
2.3 液压系统常见故障分析
液压系统故障常表现为以下几方面原因：
1）由于供油回路油压很高，通常在15Mpa左右，因此对各阀组接头的密封性和承压能力有非常高的要求，对油压参数控制不准易使阀组渗漏。
2）阀组密封圈老化未及时更换。
3）阀组油路通道较小，对油的品质要求较高，因过滤器滤芯未及时清洗更换使得油中进入了杂质，导致阀组或油管堵塞，会造成液压系统的故障。
4）油缸油封老化或损坏。
5）六块压力表的引压管为塑料管，材料易老化，接头承压能力差，不易密封连接。
6）油管接头形式不合理，易产生渗漏，应采用耐高压的卡套式接头。
2.4现场控制柜的手动控制原理
2.4.1现场控制柜手动控制流程
控制柜手动—自动开关切换至手动，启动电机，通过软启动器进入暂态运行，经延时运行且未发生电气故障时软启动器旁路信号联锁控制接触器，电机进入稳态运行，高压油经油泵和一级过滤器、油泵出口油循环电磁阀组、二级过滤器回流进油箱，并持续循环延时运行一定时间后，启动油泵出口油循环关闭电磁阀开关，电磁阀得电后（DC24V）油泵出口油循環关闭,油进入换向电磁阀组，当换向电磁阀组的A电磁线包得电，液压油经换向电磁阀组、油阀组和单向阀向油缸下油腔供油，液压杆上升，油缸上油腔被压出的油经油阀组、换向电磁阀组和二级过滤器回流到油箱；当换向电磁阀组的B电磁线包得电，液压油经换向电磁阀组、油阀组向油缸上油腔供油，液压杆下降，油缸下油腔被压出的油经单向阀、油阀组、换向电磁阀组和二级过滤器回流到油箱；每个换向电磁阀组出来的供回油分别经油阀组和比例阀同时作用于同一水闸的2个液压油缸，其中一个液压油缸供回油流量已由油阀组预先调好，另一个液压油缸供回油流量由比例阀调节，用以控制2个液压杆的行程偏差。每个液压油缸均安装了1个4线制的液压杆位置传感器，电源电压为DC24V,标准信号4~20mA，通过手动控制盘面仪表显示液压杆的行程位置，当偏差大于允许的最大值时（通常为2cm），根据指示仪表手动调节控制器输出信号（0-10V DC）调节比例阀开度以消除2个液压杆的行程偏差，当偏差小于允许的最大值时，控制器输出信号保持不变,直到水闸开或关到预定的位置时将换向阀开关手动切换至停止位置，换向阀动作锁定油路，使水闸保持在预定位置，此时换向阀进油全部经二级过滤器回流到油箱，手动控制结束。
现场控制柜手动控制系统常见故障分析
因手动控制精度不高，难以靠人工模拟控制对象的实际调节特性，很难把握信号电位器的调节，容易造成控制系统振荡或失控，特别是进行全行程的一次性全关或全开操作时，要将2个液压杆的行程偏差调整到预定值非常困难，最坏的情况下将造成闸门倾斜，液压杆弯曲，甚至造成严重事故。
盘内安装的控制器为非标产品，未做必要的IP防护等级设计，电路板积灰严重，在空气潮湿的情况下，各电子元件间的灰尘可形成新的电子回路，从而改变电路板各信号点的电路参数，造成信号易漂移或不稳定，对比例阀的控制带来不利影响。
压力变送器没有发挥应有的电气联锁控制作用，控制盘里没有安装压力显示和报警联锁仪表，当发生油路堵塞使得油压力超过规定值时，或油压过压超过密封元件的承压值，不能联锁停机。也易造成阀组密封件和油泵电机的损坏。
一级过滤器差压发讯器没有发挥应有的电气联锁作用，在电机控制回路里没有加入差压联锁控制信号，盘面也没有差压报警指示，不能及时提醒操作人员更换清洗滤芯，使液压油不能及时去除杂质，造成油路堵塞，影响对水闸的控制。
液压站运行了较长时间后，油箱内会逐渐沉积一定量的杂质，在油泵启动时因经一级过滤器和二级过滤器自循环的时间不够，在电机控制回路里没有设计延时运行时间设置，可能会将油箱内残留杂质带入阀组引起油路不畅或堵塞。
6）没有设计水闸全关或全开的限位保护开关，在手动操作和自动故障的情况下，必然导致液压杆受力弯曲变形，连接法兰变形，甚至造成油缸及基座脫落倾覆的严重事故。
7）液压杆位置传感器信号电缆存在2处接头，接头处也未做防水处理，一处位于电缆沟内，另一处在水闸油缸基座露天平台上，当电缆沟内有积水或水闸油缸基座上有积水时都会造成信号干扰，使水闸控制难以正常调节。
没有设计液压杆位置传感器防水端子接线箱，传感器引线与电缆进行简单拧接存在以下2个问题：
①线头之间接触不良，或改变信号回路的阻抗，影响信号的正确传输。
②在雨季受雨淋后，造成信号短路，引起信号回路故障。
8）没有设计水闸现场事故急停操作按钮，当现场人员发现水闸处于不正常运行状态时，无法及时处置，不能及时阻止或减少危害的发生。
9）没有设计水闸止水橡胶喷淋水手动操作，特别是在进行调试或维修期间，在电气联锁不正常时，强制进行水闸手动操作易损坏水闸止水橡胶。
10）没有设计油箱液位开关，当油箱漏油或油储量不足时，仍会使油泵在不正常状态下运行。
11） 液压站油阀组设计的安装位置不合理，当中间一个阀组需要检修时，因没有可供工具操作的空间，就必须拆卸两边的阀组，费时低效，同时给不必拆卸的阀组带来因拆装造成的新漏点。
12） 开闸和关闸的油压在控制流程上未做区别，都保持在15Mpa左右，没有相应的压力区别控制，事实上关闸时液压杆的下降应主要依靠闸门自重的来完成才是合理的，同时应只给予仅起辅助启动作用的低油压。
3. 液压系统的PLC自动化控制系统
3.1双液压杆行程偏差的自动化控制原理
为了克服手动控制难以做到对水闸的2根液压杆精确的同步控制，为实现在水闸全开或全关的过程中始终把2根液压杆的行程偏差控制在允许值范围内，必须引入PLC自动控制系统，该系统主要由三个功能块组成：水闸双液压杆自动纠偏控制、水闸开到设定位置的自动控制、水闸关到设定位置的自动控制。
各功能块的控制原理详见下面图示。
原理图一中： SP为允许偏差设定值，由计算机操作站根据工艺需要设定；通常SP = 0；H1为1#液压杆位置信号，H2为2#液压杆位置信号， △H=H1-H2 为实际偏差值； 水闸全开时，开度指示为100％，对应的液压杆位置信号为20mA，水闸全关时，开度指示为0％，对应的液压杆位置信号为4mA。
在水闸开或关的过程中，设H1为基准值，H2为可调节值，当给定值SP = 0，△H的正负号即代表了正负偏差，也同时确定了调节阀的正反作用方向，即PLC根据△H与SP的差、调节特性确定的比例带系数和积分常数进行比例积分运算，通过AO模块输出DC 0-10V调节信号给比例阀，比例阀按照PLC的信号做出精确的调节，消除2根液压杆不同步的偏差，使2根液压杆运动速率保持一致。这种调节是动态的，是PLC基于反馈信号与给定值的差，并经PLC根据调节对象的调节特性进行的精确运算的调节过程。调节特性的参数可通过自整定程序计算确定，首先由PLC程序产生一个标准扰动信号，经PLC对反馈信号的分析计算自动生成调节特性的参数，确定最佳的调节参数，这样便实现了精确的自动化控制。
3.2水闸开到设定位置的自动化控制原理
原理图二中：SP1为要求水闸上升打开的工艺设定值，可在计算机操作站上根据需要进行设置，当水闸处于全关或中间开启状态时，只要SP1大于水闸当前的开度值，水闸便自动开到设定值，PLC控制输出信号为开关量，该信号直接引入电机控制电路中。为防止水闸开过头，应引入软停车控制，当水闸开到接近设定值SP1，即SP1- H1 = a （a由现场试验确定）时，PLC给出信号使变频器将油压减小，直到SP1 - H1 = 0，此时换向阀动作锁定油路，水闸保持在设定值，油泵出口的液压油经换向阀和二级过滤器全部回流到油箱。
3.3水闸关到设定位置的自动化控制原理
原理图三中：SP2为要求水闸下降关闸的工艺设定值，可在计算机操作站上根据需要进行设置，当水闸处于全开或中间开启状态时，只要SP小于水闸当前的开度值，水闸便自动关到设定值，PLC控制输出信号为开关量，该信号直接引入电机控制电路中。为防止水闸关过头，也应引入软停车控制，控制原理与开水闸时的软停车控制相同，但关闸到接近设定值时 H1-SP2 = b （b由现场试验确定），因关闸有水闸和液压杆的自重，所以关闸和开闸时的油压是不同的，因此，a ≠ b 。
4.对本装置的改进建议
4.1 由于手动控制柜存在的一些问题，建议将手动控制柜与PLC控制柜合并为一个控制柜，仍安装于液压站设备间，通过以太网与控制室网络交换机进行计算机数据通讯，在盘面增加一个液晶触摸屏，把盘面的所有操作按钮、指示报警、工艺流程、闸门运行状态做在液晶触摸屏组态画面中，菜单式操作，这样可大大简化盘面复杂的操作元件，简化操作程序。
4.2 增加油压异常、油箱油位异常、偏差过大且失控（在液压设备某些环节故障时会发生该问题）、过滤器堵塞报警及联锁停机的功能；增加液压杆位置传感器防水端子接线箱以消除信号干扰；增加水闸极限位置限位联锁保护开关。
4.3 液压站油阀组、油缸各密封件及接头对油压的承受能力是有限的，液压杆的动作应是平稳的，这就要求液压油的压力必须是平稳的。另外，由于关闸时可以依靠闸门的自重，故开闸油压应比关闸油压要高。为此，应考虑引入变频恒压及变压调节功能，用变频器替代控制柜内的软启动器，选用自带PID调节功能的变频器。
4.4. 福田河水闸的主要功能有二个，① 操作人员根据河口潮汐情况进行作业，在涨潮时关闭水闸，阻断潮水进入内河；在低潮时开闸放水，进行内河水体置换。② 在汛期用于开闸泄洪。这些操作完全可以通过在闸前闸后设置的超声波液位计实现全过程的自动化控制，从这方面看，目前本装置还不是真正意义上的无人值守的自动化控制系统，建议在闸前闸后设置的液位计，修改控制程序可实现全自动控制。设内河水位为h1，外河水位（潮汐水位）为h2，水闸全自动控制原理如下:
1） 当水闸处于全关闭状态时，PLC分别接收到内河水位h1对应的超声波液位计信号和外河水位h2对应的超声波液位计信号，h1- h2 ≥ K 时, 且h2为下降趋势，PLC输出开闸信号进行开闸控制，水闸全开后延时 T分钟后进行自动关闸操作，即经过时间 T 后，h2为曲线最低谷值时，且h1- h2 = 0，则自动关闸。闸前闸后水位变化趋势图如下（数据曲线来源于深圳市新洲河水闸运行监控系统）：
2） 上面参数 K 为人为设定值，可根据工艺要求确定；参数 T 是一个变量，它是时间的函数，是根据日历季节变化的，具有很强的规律性。每天的潮汐发生的时间是不同的，最高潮和最低潮也是变化的，这种变化有一定的规律，根据潮汐变化曲线由计算机自动确定水闸全开后延时间 T，并根据h2的下降或上升趋势以及 h1- h2 = 0 的时刻，同时还应减去关闸行程时间后，确定 T 值。
3） 当雨季泄洪时，根据内河水位h1和外河水位h2的差自动进行开关闸控制与潮汐时的开关闸自动控制相同。
4.5 如果建立了无人值守的自动化控制系统后，应在PLC自动化控制系统中再增加一个GSM无线数据传输模块，以便水闸管理单位或管理人员在任何地方任何时候都能知道水闸运行数据和设备运行状况，使水闸随时处在有效的管理中。
5.结束语
除上述因素外，为保证水闸安全平稳运行还必须重视水闸运行维护和管理，要定期对液压系统密封件和单向阀进行检查、更换、清洗；定期按仪表检修规程对液压杆位置传感器、液位变送器、压力变送器、比例调节阀等仪表和执行元件进行校验；定期检查各电磁阀、过滤器差压发讯开关、水闸限位开关机械和电气性能；在操作站建立采集各仪表数据的历史数据库，根据报警统计和数据历史曲线进行故障隐患分析，并建立数据技术档案，包括操作站必要的数据备份。总之，要持续、安全、平稳地运行液压控制水闸，既要对自动化控制系统进行的改进提高，又要全面重视日常的运行维护和管理。
参考文献及资料：
1、《深圳市福田河整治工程泵站电气施工图》深圳市水利规划设计院
2、《液压传动与控制》作者：贾铭新国防工业出版社
3、《泵站设计规范》GB/T 50265-97
4、《JGJT16-2008 民用建筑电气设计规范》
5、《集散控制系统（DCS）》作者：王树青赵鹏程 浙江大学出版社
6、《可编程序控制器应用指南：编程、通讯、联网》作者：徐世许宫淑贞 北京电子工业出版社
作者简介：王晓林（1963-），男，中级工程师，现供职于深圳市深水水务咨询有限公司，研究方向：工业自动化过程控制。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。