單吊點(diǎn)閘門啟閉技術(shù)已非常成熟，而雙側(cè)傳動的液壓啟閉機(jī)的同步控制少锭，仍然是水利水電技術(shù)研究方面的一個重要課題慷组。

前言
        九曲河樞紐工程是太湖流域綜合治理十大骨干工程之一湖西引排工程的重要組成部分，其中節(jié)制閘為二孔一聯(lián)整體式結(jié)構(gòu)舆鸿，單孔凈寬12米藐篡，閘頂高程10.3米，底板高程-1.0米翰发。節(jié)制閘閘門采用露頂式實腹鋼梁平面鋼閘門辑剿，門底高程-1.0米，門頂高程9.0米吮骑。門寬12.66米坚浩。啟閉機(jī)采用倒掛式液壓啟閉機(jī)，型號為QPPYⅡ-2*400-11.8循头。
        根據(jù)液壓啟閉機(jī)運(yùn)行實踐表明：單吊點(diǎn)閘門啟閉技術(shù)已非常成熟绵估，而雙側(cè)傳動的液壓啟閉機(jī)的同步控制，仍然是水利水電技術(shù)研究方面的一個重要課題卡骂。在各設(shè)計院和制造廠的努力下国裳，盡管大部分閘門的同步控制是成功的形入，但也有一部分雙吊點(diǎn)閘門，尤其是大中型寬跨度的液壓啟閉機(jī)雙缸同步問題未獲得根本解決缝左，從而導(dǎo)致閘門傾斜卡死唯笙，甚至吊點(diǎn)拉脫，造成閘門失事盒使。而我們九曲河樞紐工程的節(jié)制閘就是采用雙吊點(diǎn)且為大中型寬跨度的液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)崩掘，其雙缸同步控制系統(tǒng)必須得到根本解決，我們引入了可編程序控制器(PLC)作為控制核心少办，保證了閘門能夠長期平穩(wěn)的運(yùn)行苞慢。
1 同步誤差的形成
        在水利工程中使用的液壓啟閉機(jī)同工程機(jī)械相比有其特殊性。首先液壓啟閉機(jī)所操作的不是自由懸掛的重物英妓，而是沿著導(dǎo)向門槽作上下移動或者是繞著支鉸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的閘門挽放。因此閘門作為牽引構(gòu)件上的載荷，不僅取決于閘門重量呈篱，還在很大程度上取決于運(yùn)行阻力的大小质脐。而且這些阻力又是不穩(wěn)定的，因為它與水封和支撐行走機(jī)構(gòu)摩擦表面的狀態(tài)密切相關(guān)臣塑，如內(nèi)外水位差嗜谎，泥沙淤積，建筑垃圾和各種漂浮物落入門槽特干，以及埋沒部件結(jié)冰等都會使運(yùn)行阻力大大增加早知。此外，在水中操作閘門涨剧，載荷的大小還隨著閘門的開度而變化的動水壓力有關(guān)南砰。這些載荷的變化使雙缸承受負(fù)載不同，根據(jù)壓力——流量關(guān)系樊淑，承載大的液壓缸比承載小的液壓缸速度慢涨拣。
        同時，從系統(tǒng)本身來講铜缠，下列因素也是造成不同步的原因它褪。兩油缸不是安裝在同一閘墩上，這就產(chǎn)生了安裝幾何誤差肾砂。雙缸運(yùn)動副摩擦力不同列赎，由于雙缸的制造精度不同，安裝時的運(yùn)動副摩擦力也不相等镐确，摩擦力大的液壓缸運(yùn)行慢;液壓系統(tǒng)的內(nèi)外泄露和壓縮不可能相等;油管長度和彎頭數(shù)目的不同將造成雙缸沿程阻力的不相等;長時間運(yùn)行使液壓缸的工作特性發(fā)生變化包吝，而兩缸的工作特性變化不可能相同等等。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
        解決雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)不同步問題就是在上述因素對系統(tǒng)影響不可避免的情況下源葫，如何利用PLC來實時控制液壓啟閉機(jī)雙缸同步精度诗越。如圖所示為液壓系統(tǒng)原理圖砖瞧。該系統(tǒng)采用二臺型號為YYB2255-4，功率為37KW的異步電動機(jī)帶動變量液壓泵為系統(tǒng)供油嚷狞，且液壓泵電機(jī)組采用一用一備工作方式块促。
        2.1 硬件設(shè)計
        主要包括下位機(jī)和上位機(jī)的硬件，共同構(gòu)成一個小型控制系統(tǒng)床未。

        下位機(jī)和上位機(jī)之間通過MPI協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸竭翠，PLC中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間通過IM360和IM361接口模塊進(jìn)行連接。
        由于特殊的工藝特點(diǎn)薇搁，經(jīng)充分論證選擇了SIEMENS公司的SIMATICS7-300系列PLC作為控制核心祠劣。S7-300系列是模塊化小型PLC系統(tǒng)。能滿足中等性能的要求;主要有以下特點(diǎn)：
        1)大范圍的各種功能模塊挺皆，可以滿足和適應(yīng)自動控制任務(wù)耗萝。
        2)簡單實用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)功能。
        3)控制靈活否因，可靠性高舆佩，方便用戶。
        4)CUP處理速度快榔晃，集成功能強(qiáng)泌榕。
        5)當(dāng)控制任務(wù)增加時，模塊擴(kuò)展方便靈活奸冶。
        液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)輸入信號主要有手動/自動/遠(yuǎn)程控制開關(guān)量的輸入抢驴，系統(tǒng)壓力傳感器的輸入，油泵電壓輸入卢历，開度傳感器的輸入，超差信號的輸入及報警信號的輸入等丸爵。既有模擬量的輸入又有開關(guān)量的輸入蜒秤。根據(jù)液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)的控制要求和被控制器的特點(diǎn)，可充分利用S7-300的系統(tǒng)資源亚斋，S7-300可編程控制器的硬件配置如下：
        1)電源模塊：PS307作媚，通過背板總線向各模塊供電，輸入電壓為120/230V/AC帅刊，可提供輸出24V/DC電源纸泡。
        2)CPU313-1AD03，64kb工作存儲器赖瞒，負(fù)載存儲器集成96kbRAM女揭，最大可以擴(kuò)展512kb，MPI接口可以與OP7/DP操作面板進(jìn)行通訊主要用來執(zhí)行用戶程序栏饮，控制I/O模塊和與上位機(jī)通訊吧兔。
        3)SM321數(shù)字量輸入模塊：16點(diǎn)輸入磷仰。
        4)SM321模擬量輸入模塊：8通道隔離輸入。
        5)SM322模擬量輸出模塊境蔼。
        6)SM322數(shù)字量輸出模塊：16點(diǎn)輸出灶平，24V/DC。
        7)SM338型智能計數(shù)模塊：8通道箍土，用于通用計數(shù)和測量任務(wù)帆伯，可實現(xiàn)超差檢測，并具有比較功能以及故障中斷處理功能逸讹。
        8)CP通訊處理模塊吸坐，可以實現(xiàn)PPI通訊Pp。
        9)OP7/DP鍵盤顯示及觸摸屏徒妒，一個RS232通訊接口可以與PLC痢抹，計算機(jī)，打印機(jī)連接乘恩，一個RS485接口可與PLC計算機(jī)連接院籍。
        在控制系統(tǒng)的輸入電路中，由壓力變送器檢測到實時液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力容蕉，輸出4-20mA的壓力信號衡达，經(jīng)過IC7轉(zhuǎn)換為0-5V的電壓信號，送入到模擬量輸入模塊亩当。由系統(tǒng)液壓到PLC控制器的輸入信號或由PLC控制器到配電部分的控制信號郎抖，均經(jīng)過光電耦合電路進(jìn)行隔離，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力蜓耻。
        上位機(jī)硬件包括：
        1)一臺PHILIPS電腦控制和Ecsy View觸摸屏茫舶，電腦為遠(yuǎn)程控制站和操作員站。
        2)一臺打印機(jī)：用于報警打印刹淌，操作記錄打印饶氏。
        3)一臺UPS(不間斷電源)。
        2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
        該自動化控制系統(tǒng)可以方便實現(xiàn)三種操作方式;
        “現(xiàn)地操作”(手動)即現(xiàn)場電氣柜或機(jī)旁操作箱上按鈕進(jìn)行操作有勾。
        “遠(yuǎn)控操作”(自動)即由計算機(jī)上操作疹启。
        “檢修操作”用于安裝，檢修時調(diào)試操作蔼卡。
        為提高系統(tǒng)的可靠性喊崖，PLC控制器通過繼電器控制接觸器的工作，而不是由PLC直接驅(qū)動接觸器雇逞。程序的編制采用模塊化結(jié)構(gòu)荤懂。包括主程序，事件處理子程序，硬件中斷程序等势誊。下面就各模塊的程序設(shè)計做簡要說明呜达。
        1)主程序
        主程序主要對液壓系統(tǒng)的正常工作與安全保護(hù)進(jìn)行控制。如圖2颊鳄。
        2)事件處理子程序
        事件處理子程序包括正常停機(jī)子程序槽脑，安全停機(jī)子程序，緊急停機(jī)子程序谤蚌，自動啟動子程序煌摊，手動啟動子程序，檢修啟動子程序檐鹤，糾偏計算子程序资杆，繼電器控制子程序，定時中斷程序等冈彭。繼電器控制器子程序主要完成油泵的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止控制课陪，通過糾偏計算子程序不斷計算兩個液壓缸是否同步，當(dāng)糾偏量不為零時骏点，對系統(tǒng)進(jìn)行糾偏贱钩，對速度快的油缸停止供油控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，當(dāng)油缸同步時再同時供油谷芬。在定時中斷程序中唉堪，要實現(xiàn)內(nèi)外水位的監(jiān)測與比較，當(dāng)水位差達(dá)到設(shè)定值時肩民，自動啟動子程序啟動唠亚。
        3)硬件中斷程序
        由于選用了具有中斷能力的數(shù)字量和模擬量輸入模塊，所以當(dāng)硬件檢測到現(xiàn)場信號發(fā)生時(發(fā)生故障)持痰，便自動執(zhí)行硬件中斷處理程序塊
        (OB40)根據(jù)故障等級灶搜，在OB40中執(zhí)行正常停機(jī)，安全停機(jī)或緊急停機(jī)共啃，從而保證故障及時得到處理占调。
        4)安全保護(hù)設(shè)計
        為保證整個液壓啟閉系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行移剪，安全保護(hù)環(huán)節(jié)應(yīng)該在軟件和硬件兩方面進(jìn)行，油泵電機(jī)的硬件安全設(shè)計按照faile-safe原則進(jìn)行設(shè)計薪者，即當(dāng)控制系統(tǒng)失效時纵苛，為保證油泵電機(jī)的安全，最后一級的保護(hù)措施是安全鏈機(jī)械保護(hù)言津。安全鏈主要有一個類似與門的雙路輸入多路輸出繼電器構(gòu)成控制核心攻人。安全鏈回路由DC24V供電，經(jīng)多個閉合觸點(diǎn)組成署氏。這些組成安全鏈的常閉觸點(diǎn)包括緊急停機(jī)腋殃，壓力超上限開關(guān)馁掺，壓力超下限開關(guān)。
        安全鏈的多個觸點(diǎn)均為常閉觸點(diǎn)燕党，只要其中一個觸點(diǎn)斷開寻币，安全鏈就將失效，切除所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源悉宿，所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)將全部停止工作瓶虽。必須在故障排除以后，給安全鏈復(fù)位涝睁，系統(tǒng)才能正常工作珍诡。
3 結(jié)束語
        實踐證明，將PLC引入液壓啟閉系統(tǒng)示祭，成功解決了雙缸同步的問題尼袁，且控制方便，可靠性高咽蚣，結(jié)構(gòu)簡單化焕，易于實現(xiàn)計算機(jī)直接控制。系統(tǒng)自2002年投入試運(yùn)行至今计寇，效果很好锣杂。
       
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