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摘要：在水利工程中水闸的启闭要根据水库的情况需要时时调整，而监测的工作采用智能控制单元PLC系统效果良好,通过对闸门进行实时监控,水库工程管理部门能够及时、准确地掌握相关资料,对水库的防洪调度、科学管理等都提供了可靠保证。本文介绍了液压控制系统原理，并着重介绍了液压启闭机系统的工作过程，同时还介绍了本液压控制系统中同步控制功能的实现过程，并且还阐述了数据采集单元的实现，包括闸门开度数据采集和水位采集设备的选用。
关键词：液压式启闭机；智能控制单元PLC；闸门
中图分类号：U463文献标识码： A
1智能控制单元PLC
智能控制单元PLC通过控制的液压启闭机系统中的电磁阀得、失电而实现对整个闸门的操作。在闸门开启过程中，当现地控制级的PLC发出升门信号后，油泵电动机组空载启动，二位二通电磁阀2.1 的电磁铁5DT得电则二位二通电磁阀2.1的油口处于接通状态，它的进油口恰与先导溢流阀的先导阀相连，当先导溢流阀5.1打开，将系统压力调高至系统工作压力，此时泵卸荷。三位四通换向电磁阀7的电磁铁1DT得电平行油路（P-A,B-T）接通，液压油通过油路P-A经过调速阀9和液压锁10进入油缸有杆腔，而无杆腔的油经过换向阀7的B-T油路回到油箱，油缸活塞杆缩回，闸门开启；在闸门下降过程中，三位四通电磁换向阀7的电磁铁2DT得电，液压油通过该阀的交叉油路(P-B,A-T)接通液压油通过油路P-B经过液压锁10进入油缸无杆腔，而有杆腔的油经过液压锁10、调速阀9和换向阀7的A-T油路回到油箱，油缸活塞杆伸出，闸门关闭。
2液压启闭系统实现的主要的功能
2.1纠偏控制
在闸门开启和关闭过程中,由于两侧受力不完全一致且两侧油缸也不可能完全相同等各种原因，使两侧油缸动作不同步，闸门不能行保持水平地升降，引起闸门卡滞故障，甚至造成事故。因此为保持闸门。左右油缸动作同步，必须设置纠偏功能；为防止闸门卡死现象出现，该液压启闭机系统中不仅在有杆腔进油路上设置了调速阀，而且还在该系统中设置了由电磁阀11和节流阀12.1,12.2共同组成的纠偏系统。
其原理是在连接液压缸有杆腔管路上设置一个三位四通电磁换向阀11，其回油口与油箱连通。依据闸门开度检测装置检测到得闸门左右开度偏差值，在闸门启闭运行过程，当闸门的左端高出闸门右端的开度值超过了系统的预定值（即左超），或者闸门的右端高出闸门左端的开度值超过了系统的预定值（即右超）时，根据偏差信号，让闸门的三位四通电磁换向阀11的电磁铁得电，开启电磁换向阀的平行或交叉油路，实现闸门左右端不同油路泄油至油箱，从而调节双缸的相对行程。当双缸偏差达到设定允许值时，关闭电磁换向阀。如此不断地对两侧液压缸的行程进行开关式调整，达到双缸同步的运行要求。例如：在闸门上升过程中出现左超时，说明左端的液压缸提升闸门速度太快，即该液压缸中有杆腔油压过大；则让三位四通电磁换向阀11的电磁铁4DT得电，故此时电磁阀的交叉油路接通，左端的液压缸泄油。现总结如下，无论闸门在上升还是下降过程中，只要闸门左端的开度值大于闸门右端的开度值，且偏差值超过了系统预设值，则接通电磁阀的交叉油路；同理，当闸门右端的开度值大于闸门左端的开度值，且偏差值超过了系统预设值，则接通电磁阀的。
2.2液压启闭机运行状态监视
油缸固定机架转轴上安装的接近行程开关装置用于限定闸门的提门、落门极限，反映每个闸门全开全关位置;系统压力、油温通过传感器送入可编程控制器的模拟量输入模块;启门左右缸压力、系统压力、滤油器、油位、电磁阀相关执行器件的状态、故障状态等信号等直接送入PLC的开关量模块;用来实现启闭机运行故障状态监视功能。
3数据采集单元的实现
3.1闸门开度的采集
闸门的开度是闸门运行管理的最基本的指标之一,只有实时准确的监测到闸门的开度,才能安全地实现闸门的自动启闭控制；闸门开度仪表由编码器和传感器组成。
（1）编码器：编码器如以信号原理来分，有增量型编码器和绝对型编码器。增量型编码器价格低廉，接口简单，采用计数器计数方式确定相对位置。但检测绝对位置时，则需要提供初始位置的信息，而且容易受干扰的影响，断电数据丢失，数据出错时必须回归原点，所以一般仅用于相对位置的检测；绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。
（2）闸门开度测量：当闸门做启闭运动时，带动闸门动作的两个油缸各自驱动自己的绝对型光电编码器,将油缸的位移信号转换为格雷码形式的数字量输出，传送给闸门开度仪，通过一定算法间接测量出闸门开度；
3.2水位采集
常用的液位传感器有:旋转编码浮子式传感器(机械式和光电式)、超声波传感器、压力式传感器、磁浮子式传感器等。其分辨率從毫米级到厘米级不等，测量范围从几十厘米到几十米。可以选择的采集仪器有一下几种：
（1）浮子式水位计：是用浮子和平衡锤作为水位的感应部件，通过金属绳带动水位轮变化传递给记录仪，自动记录水位。。旋转编码浮子式传感器分为机械式和光电式两种，光电式又分为绝对型和增量型。这类传感器输出通常为并行二进制码、串行二进制码和脉冲信号。
（2）压力式水位计：是通过测量水的压力（即测点以上水柱的重力）来推算水位的。较常用的测量水压的方法有电测水位，压力天平测量水压和水压式水位计。故压力式水位计带有变送部分，要将测得的水位信号转换成标准电流信号(4~20mA)。这种水位计的优点是不需要建造测井。安装不受地形限制，室外设施简单，但要求水的比重稳定因此，不适用于水的比重变化的地区。
（3）超声波水位计：这类水位计是通过发射超声波脉冲，根据超声波在空气中的传播速度和接收到水面回波所需的时间来测定所经过的距离而计算水位。它的特点是不需要建造测井，仪器结构简单。但是，由于超声波盲区的影响，因此应用时需要有一定的水深以保证观测精度，再就是泥沙、风浪、水流中漂浮物等都会对超声波有干扰作用，因此不适用于河流多、风浪大、漂浮物多的河流。
（4）磁浮子式水位计：这类水位计的原理是，当液位变化时，磁浮子将随液位在测杆上滑动，继而引起电路中电阻值的发生变化，检测电路电阻值就可以获得液面位置。
4总结
本文结合闸门控制的需要，介绍了液压控制系统组成、控制回路，给出了液压启闭机的系本统原理图，并着重介绍了液压启闭机系统的工作过程（即闸门的提升和下降的实现过程），同时还介绍了本液压控制系统中同步控制功能的实现过程，并且还阐述了数据采集单元的实现，包括闸门开度数据采集和水位采集可以用到的设备，为以后的实际工作提供了一定的理论依据。
参考文献：
〔1〕楼永仁、黄声先、李植鑫，水电站自动化，水利电力出版社，1995.
〔2〕张进秋，可编程控制器原理及应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004.
〔3〕马震岳,等.电站机组及厂房振动研究与治理.中国水利水电出版社,2004.
〔4〕丁勇,郑金吾.基于PLC的泵机组控制[J].自动化仪表,2004,(2).
〔5〕孟刚,黎文安,邓建刚,等.三菱PLC在泵站自动控制中的应用[J].水科学与工程技术,2006,(1).
关键词：液压式启闭机；智能控制单元PLC；闸门
中图分类号：U463文献标识码： A
1智能控制单元PLC
智能控制单元PLC通过控制的液压启闭机系统中的电磁阀得、失电而实现对整个闸门的操作。在闸门开启过程中，当现地控制级的PLC发出升门信号后，油泵电动机组空载启动，二位二通电磁阀2.1 的电磁铁5DT得电则二位二通电磁阀2.1的油口处于接通状态，它的进油口恰与先导溢流阀的先导阀相连，当先导溢流阀5.1打开，将系统压力调高至系统工作压力，此时泵卸荷。三位四通换向电磁阀7的电磁铁1DT得电平行油路（P-A,B-T）接通，液压油通过油路P-A经过调速阀9和液压锁10进入油缸有杆腔，而无杆腔的油经过换向阀7的B-T油路回到油箱，油缸活塞杆缩回，闸门开启；在闸门下降过程中，三位四通电磁换向阀7的电磁铁2DT得电，液压油通过该阀的交叉油路(P-B,A-T)接通液压油通过油路P-B经过液压锁10进入油缸无杆腔，而有杆腔的油经过液压锁10、调速阀9和换向阀7的A-T油路回到油箱，油缸活塞杆伸出，闸门关闭。
2液压启闭系统实现的主要的功能
2.1纠偏控制
在闸门开启和关闭过程中,由于两侧受力不完全一致且两侧油缸也不可能完全相同等各种原因，使两侧油缸动作不同步，闸门不能行保持水平地升降，引起闸门卡滞故障，甚至造成事故。因此为保持闸门。左右油缸动作同步，必须设置纠偏功能；为防止闸门卡死现象出现，该液压启闭机系统中不仅在有杆腔进油路上设置了调速阀，而且还在该系统中设置了由电磁阀11和节流阀12.1,12.2共同组成的纠偏系统。
其原理是在连接液压缸有杆腔管路上设置一个三位四通电磁换向阀11，其回油口与油箱连通。依据闸门开度检测装置检测到得闸门左右开度偏差值，在闸门启闭运行过程，当闸门的左端高出闸门右端的开度值超过了系统的预定值（即左超），或者闸门的右端高出闸门左端的开度值超过了系统的预定值（即右超）时，根据偏差信号，让闸门的三位四通电磁换向阀11的电磁铁得电，开启电磁换向阀的平行或交叉油路，实现闸门左右端不同油路泄油至油箱，从而调节双缸的相对行程。当双缸偏差达到设定允许值时，关闭电磁换向阀。如此不断地对两侧液压缸的行程进行开关式调整，达到双缸同步的运行要求。例如：在闸门上升过程中出现左超时，说明左端的液压缸提升闸门速度太快，即该液压缸中有杆腔油压过大；则让三位四通电磁换向阀11的电磁铁4DT得电，故此时电磁阀的交叉油路接通，左端的液压缸泄油。现总结如下，无论闸门在上升还是下降过程中，只要闸门左端的开度值大于闸门右端的开度值，且偏差值超过了系统预设值，则接通电磁阀的交叉油路；同理，当闸门右端的开度值大于闸门左端的开度值，且偏差值超过了系统预设值，则接通电磁阀的。
2.2液压启闭机运行状态监视
油缸固定机架转轴上安装的接近行程开关装置用于限定闸门的提门、落门极限，反映每个闸门全开全关位置;系统压力、油温通过传感器送入可编程控制器的模拟量输入模块;启门左右缸压力、系统压力、滤油器、油位、电磁阀相关执行器件的状态、故障状态等信号等直接送入PLC的开关量模块;用来实现启闭机运行故障状态监视功能。
3数据采集单元的实现
3.1闸门开度的采集
闸门的开度是闸门运行管理的最基本的指标之一,只有实时准确的监测到闸门的开度,才能安全地实现闸门的自动启闭控制；闸门开度仪表由编码器和传感器组成。
（1）编码器：编码器如以信号原理来分，有增量型编码器和绝对型编码器。增量型编码器价格低廉，接口简单，采用计数器计数方式确定相对位置。但检测绝对位置时，则需要提供初始位置的信息，而且容易受干扰的影响，断电数据丢失，数据出错时必须回归原点，所以一般仅用于相对位置的检测；绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。
（2）闸门开度测量：当闸门做启闭运动时，带动闸门动作的两个油缸各自驱动自己的绝对型光电编码器,将油缸的位移信号转换为格雷码形式的数字量输出，传送给闸门开度仪，通过一定算法间接测量出闸门开度；
3.2水位采集
常用的液位传感器有:旋转编码浮子式传感器(机械式和光电式)、超声波传感器、压力式传感器、磁浮子式传感器等。其分辨率從毫米级到厘米级不等，测量范围从几十厘米到几十米。可以选择的采集仪器有一下几种：
（1）浮子式水位计：是用浮子和平衡锤作为水位的感应部件，通过金属绳带动水位轮变化传递给记录仪，自动记录水位。。旋转编码浮子式传感器分为机械式和光电式两种，光电式又分为绝对型和增量型。这类传感器输出通常为并行二进制码、串行二进制码和脉冲信号。
（2）压力式水位计：是通过测量水的压力（即测点以上水柱的重力）来推算水位的。较常用的测量水压的方法有电测水位，压力天平测量水压和水压式水位计。故压力式水位计带有变送部分，要将测得的水位信号转换成标准电流信号(4~20mA)。这种水位计的优点是不需要建造测井。安装不受地形限制，室外设施简单，但要求水的比重稳定因此，不适用于水的比重变化的地区。
（3）超声波水位计：这类水位计是通过发射超声波脉冲，根据超声波在空气中的传播速度和接收到水面回波所需的时间来测定所经过的距离而计算水位。它的特点是不需要建造测井，仪器结构简单。但是，由于超声波盲区的影响，因此应用时需要有一定的水深以保证观测精度，再就是泥沙、风浪、水流中漂浮物等都会对超声波有干扰作用，因此不适用于河流多、风浪大、漂浮物多的河流。
（4）磁浮子式水位计：这类水位计的原理是，当液位变化时，磁浮子将随液位在测杆上滑动，继而引起电路中电阻值的发生变化，检测电路电阻值就可以获得液面位置。
4总结
本文结合闸门控制的需要，介绍了液压控制系统组成、控制回路，给出了液压启闭机的系本统原理图，并着重介绍了液压启闭机系统的工作过程（即闸门的提升和下降的实现过程），同时还介绍了本液压控制系统中同步控制功能的实现过程，并且还阐述了数据采集单元的实现，包括闸门开度数据采集和水位采集可以用到的设备，为以后的实际工作提供了一定的理论依据。
参考文献：
〔1〕楼永仁、黄声先、李植鑫，水电站自动化，水利电力出版社，1995.
〔2〕张进秋，可编程控制器原理及应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004.
〔3〕马震岳,等.电站机组及厂房振动研究与治理.中国水利水电出版社,2004.
〔4〕丁勇,郑金吾.基于PLC的泵机组控制[J].自动化仪表,2004,(2).
〔5〕孟刚,黎文安,邓建刚,等.三菱PLC在泵站自动控制中的应用[J].水科学与工程技术,2006,(1).