CN102021898A

CN102021898A - 液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统

Info

Publication number: CN102021898A
Application number: CN2010105889019A
Authority: CN
Inventors: 吕聿; 吴奇一; 陈玉东; 崔伟静; 管纳英; 缪春晖
Original assignee: CHANGZHOU HYDRAULIC EQUIPMENT FACTORY Co Ltd; CHANGZHOU HAITONG ELECTRIC AUTOMATION TECHNOLOGY EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU HYDRAULIC EQUIPMENT FACTORY Co Ltd; CHANGZHOU HAITONG ELECTRIC AUTOMATION TECHNOLOGY EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明是液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统，以可编程控制器PLC为核心，自动实现纠偏控制。其特征是，左、右闸门开度传感器的输出端分别接PLC的输入端，PLC的输出端接比例调速阀放大板，比例调速阀放大板输出端接液压设备，液压设备的输出端接PLC的输入端。电机控制回路的输入端接可编程控制器PLC的输出端，电机控制回路的输出端接液压设备的输入端。可编程控制器PLC的输入/输出端与触摸屏和通讯接口的输入/输出端连接。本发明可通过“手动/自动/远控”三种方式对液压设备进行控制，工作安全可靠，使用方便灵活。采用比例调速阀纠偏，减少因纠偏而使阀门受损，提高阀门精度，保证设备运行的安全性和可靠性。

Description

液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种应用于水利、水电行业的闸门启闭控制设备，特别是一种液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统。

背景技术

液压启闭机具有传动效率高、运行平稳、启闭容量大、结构紧凑、自重轻、便于现场操作和远程集控等一系列优点，而逐渐替代卷扬式启闭机在水利工程中广为使用。对于液压启闭机闸门启闭的电气控制设备，当采用双杆液压推进闸门启闭升降时，其左右液压缸压力不平衡，闸门容易发生偏斜，即闸门左右开度发生偏差。当闸门左右开度偏差过大会因此而出现阀门卡阻、阀门密封失效等现象，影响阀门的安全性。常规的调节方法是通过调节油路中的电磁阀，使左右液压缸压力平衡。但这种调节方法对闸门的冲击力大，不连续，精确度不高，效率低，从而影响设备运行的安全性和可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了提高阀门精度，减少因纠偏而使阀门受损，从而影响阀门的安全性，本发明提供一种采用比例调速阀实现效率高、可连续纠偏的液压启闭机电气控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统，包括左闸门开度传感器、右闸门开度传感器、可编程控制器PLC、比例调速阀放大板、电机控制回路、液压设备、触摸屏和通讯接口TCP/IP；左闸门开度传感器、右闸门开度传感器的输出端分别连接可编程控制器PLC的输入端，可编程控制器PLC的输出端连接比例调速阀放大板，比例调速阀放大板输出端连接液压设备，液压设备的输出端与可编程控制器PLC的输入端连接；电机控制回路的输入端连接可编程控制器PLC的输出端，电机控制回路的输出端连接液压设备的输入端。

为了便于手动控制，可编程控制器PLC连接有手动控制液压设备的开关和旋钮。

所述的手动控制液压设备的开关包括第一手动扩展接点和第二手动扩展接点，可编程控制器PLC的输出端分别接第一手动扩展接点和第二手动扩展接点的常闭触点，手动控制液压设备的旋钮包括第一手动纠偏旋钮和第二手动纠偏旋钮，第一手动扩展接点和第二手动扩展接点的常开触点分别与第一手动纠偏旋钮、第二手动纠偏旋钮连接，第一手动纠偏旋钮、第二手动纠偏旋钮分别与第一比例调速阀放大板、第二比例调速阀放大板连接，第一比例调速阀放大板、第二比例调速阀放大板分别连接左缸比例调速阀、右缸比例调速阀。

为了便于自动控制，可编程控制器PLC的输入/输出端连接有作为人机交流界面的触摸屏。

为了便于远程实时控制，可编程控制器PLC的输入/输出端与通讯接口TCP/IP的输入/输出端连接。

本发明的有益效果是，本发明可通过“手动/自动/远控”三种运行方式对液压设备进行控制，工作安全可靠，使用方便灵活。由于采用比例调速阀纠偏，减少因纠偏而使阀门受损，提高阀门精度，保证设备运行的安全性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明最佳实施例电路控制框图；

图2是本发明的油泵电机主回路电路图；

图3是本发明的开关电源及盘柜加热器控制电路图；

图4是本发明的油泵电机控制回路电路图；

图5是本发明的闸门的启、闭、停控制电路图；

图6是本发明的液压站电磁阀控制电路图；

图7是本发明的可编程控制器电路中的输入输出接口模块配置图；

图8是本发明的可编程控制器电路中的数字量输入电路图；

图9是本发明的可编程控制器电路中的数字量输出电路图；

图10是本发明的可编程控制器电路中的闸门开度传感器输入电路图；

图11是本发明的可编程控制器电路中的系统压力、电机电流输入及比例阀控制信号输出电路图；

图12是本发明的比例阀纠偏控制电路图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本实施例采用S7 300 PLC可编程控制器，如图1所示，左闸门开度传感器、右闸门开度传感器的输出端分别接入可编程控制器PLC的输入端，可编程控制器PLC的输出端接比例调速阀放大板VT1、VT2，比例调速阀放大板VT1、VT2输出端接液压设备，液压设备的输出端接可编程控制器PLC的输入端；电机控制回路的输入端连接可编程控制器PLC的输出端，电机控制回路的输出端连接液压设备的输入端。

为了便于自动控制，可编程控制器PLC的输入/输出端连接有作为人机交流界面的触摸屏HMI。

左闸门开度传感器、右闸门开度传感器输出的闸门开度信号送入可编程控制器PLC，可编程控制器PLC输出数字量信号来控制油泵电机的启、停。当左右开度不一致时，可编程控制器PLC的模拟量模块通过输出电流信号的变化来调节比例调速阀放大板VT1、VT2，比例调速阀放大板VT1、VT2通过不同的电流信号调节左、右液压缸的流量使双缸压力平衡，从而保持闸门左、右开度一致。可编程控制器PLC经过运算输出左、右闸门开度值，以及系统运行状态可通过触摸屏HMI数字显示。同时，系统的参数可经过触摸屏HMI进行设定及修改。经可编程控制器PLC输出的系统运行状态、闸门的开度信号可由通讯端口与上位机进行通讯；上位机发出的控制信号也与可编程控制器PLC的通讯端口通讯，通讯协议为TCP/IP协议。

图2是本发明的油泵电机主回路电路图。电机主回路采用软起动器及配套断路器等设备，可实现油泵电机的启动控制和保护。断路器QF1、QF2接通380VAC电源，通过软启动器A1、A2连接至油泵电机M1、M2，油泵电机M1、M2互为备用。380VAC电源中二相L1、L3经过断路器QF3接变压器T输出220VAC电源。互感器TA1、TA2与电流表PA1、PA2对应连接，用于监视电机电流。

图3是本发明的开关电源及盘柜加热器控制电路图。断路器QF5、QF6接通220VAC电源，QF5以下连接电控柜内照明EL及温湿度控制器WS。TT、HT分别是温度传感器和凝露传感器，与温湿度控制器WS连接。QF7连接由配电室提供的220VDC电源，QF6、QF7下面分别连接开关电源SE1、SE2，开关电源SE1、SE2输出24VDC电源。

图4是本发明的油泵电机控制回路电路图。断路器QF4接通220VAC电源。软起动器A1的故障继电器接点R1C、电机通电接点R3C分别输出至泵故障继电器线圈KL11和泵运行继电器线圈KL12。泵故障继电器接点KL11和泵运行接点KL12分别连接泵故障指示灯HL11和泵运行指示灯HL12。软起动器A2的故障继电器接点R1C、电机通电接点R3C分别输出至泵故障继电器线圈KL21和泵运行继电器线圈KL22。泵故障继电器接点接点KL21和泵运行接点KL22分别连接泵故障指示灯HL21和泵运行指示灯HL22。

紧停按钮常闭接点SB01和油位过低继电器常闭接点KA3接入电机控制回路，以便遇到紧急情况或系统油位过低时能够立即停机。KASA为手动扩展继电器接点，下面接选泵旋钮SA02，可编程控制器PLC输出的自动启泵继电器接点K1与此支路并联后连接泵故障继电器常闭接点KL11，最后输出至启泵继电器线圈KL13。KASA通电后，可通过旋钮SA02进行启泵、停泵操作；或者直接由可编程控制器PLC输出的K1进行启泵、停泵操作。选泵旋钮SA03的连接同选泵旋钮SA02，可编程控制器PLC输出的自动启泵继电器接点K2与此支路并联后连接泵故障继电器常闭接点KL21，最后输出至启泵继电器线圈KL23。KASA通电后，可通过旋钮SA03进行启泵、停泵操作；或者直接由可编程控制器PLC输出的K2进行启泵、停泵操作。选泵旋钮SA02和选泵旋钮SA03分别控制1#油泵和2#油泵。泵故障常闭接点KL11和接点KL21的作用是，当油泵发生故障时，立即停泵。

图5是本发明的闸门的启、闭、停控制电路图。控制方式转换开关SA01的接点连接24VDC电源，另一端接泵运行接点KL12、KL22，最后输出到手动扩展继电器线圈KASA、KASB、KASC。

手动扩展接点KASA连接停门按钮SB2的常闭接点，SB2另一端接启门按钮SB1和停门按钮SB3。可编程控制器PLC输出的自动启门继电器接点K3与按钮SB1下端并联，再经过闸门上限位继电器常闭接点KA5，闭门继电器的常闭接点KA2，输出至启门继电器线圈KA1。可编程控制器PLC输出的自动闭门继电器接点K4与按钮SB3下端并联，再经过闸门下限位继电器常闭接点KA6，启门继电器的常闭接点KA1，输出至闭门继电器线圈KA2。KA1、KA2的常开触点分别并联于SB1、SB3的两边，实现自锁。当闸门到达全开、全关位时，KA5、KA6的常闭触点断开，停门。KA2、KA1的常闭触点为启闭门互锁控制，当闸门正处于开门过程中，该闸门的闭门操作无效；同理，当闸门处于闭门过程中，该闸门的开门操作无效。

闸门上限位开关SQ1输出至继电器线圈KA5。继电器接点KA5与由可编程控制器PLC输出的闸门全开继电器接点K5并联后连接闸门全开指示灯H3。闸门下限位开关SQ2输出至继电器线圈KA6。继电器接点KA6与由可编程控制器PLC输出的闸门全关继电器接点K6并联后连接闸门全关指示灯H4。

来自液压系统的油位过低继电器常闭接点LL2输出至油位过低继电器线圈KA3。

图6是本发明的液压站电磁阀控制电路图。手动扩展接点KASA连接建压阀控制旋钮SA05，SA05的下端与自动建压继电器接点K8并联，建压阀控制旋钮SA05和自动建压继电器接点K8共同连接溢流阀YV1。可以通过操作旋钮SA05进行建压、卸压，或者由可编程控制器PLC输出的K8自动进行建压、卸压。启门控制继电器接点KA1连接启门控制电磁阀YV2和启门指示灯H1。闭门控制继电器接点KA2连接闭门控制电磁阀YV3和闭门指示灯H2。

图7是本发明的可编程控制器电路中的输入输出接口模块配置图。220VAC电源经过熔断器FU04送入PLC电源模块，可编程控制器PLC总配置包括电源模块PS、中央处理器模块CPU、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、位置编码器模块SM、通讯模块CP。可编程控制器PLC通过RS485和TCP/IP通讯协议分别与触摸屏HMI和上位机进行通讯。

图8是本发明的可编程控制器电路中的数字量输入电路图。可编程控制器PLC的输入接口模块DI1的第1端与24VDC正极连接，第20端与24VDC负极连接；控制方式选择旋钮SA01与2、3端子连接；电机控制回路的泵故障、泵运行继电器接点KL11～KL22依次与4～7端子连接；24VDC电源正常继电器接点KD1、KD2依次与8、9端子连接；10、11端子为空；闸门上下限继电器接点KA5、KA6依次与12、13端子连接；启停闭门按钮接点SB1、SB2、SB3依次与14～16端子连接；泵选择旋钮SA04与17～19端子连接。

可编程控制器PLC的输入接口模块DI2的第1端与24VDC正极连接，第20端与24VDC负极连接；液压设备的系统压力高、泵站欠压、有杆腔欠压、回油堵塞、油温过高，油温过低等继电器接点依次与2～9端子连接；10、11端子为空；油位过高、油位过低继电器接点LL1、KA3依次与12、13端子连接；紧停、复位按钮接点SB01、SB02依次与14、15端子连接；16～19端子为备用端子。

图9是本发明的可编程控制器电路中的数字量输出电路图。可编程控制器PLC的输出接口模块DO的第1端、第10端与24VDC正极连接，第11端、第20端与24VDC负极连接；2、3端子依次与启泵继电器线圈K1、K2连接；4～8端子依次与闸门启、闭、全开、全关、闸门故障等继电器线圈K3～K7连接；第9端子与建压继电器线圈K8连接；12～16端子依次连接系统压力、回油堵塞、油温异常、油位异常、可编程控制器PLC正常等指示灯H5～H9；第17端连接故障报警蜂鸣器HD。

图10是本发明的可编程控制器电路中的闸门开度传感器输入电路图。可编程控制器PLC的位置编码器模块SM的第1、2个端子分别与24VDC的正极、负极连接；3～6端子与闸门左开度编码器BA1连接；7～10端子与闸门右开度编码器BA2连接；11～14端子为备用端子。

图11是本发明的可编程控制器电路中的系统压力、电机电流输入及比例阀控制信号输出电路图。可编程控制器PLC的模拟量输入输出模块AI/AO的第3、4端子连接系统压力的模拟量输入信号；6、7端子和9、10端子连接1#油泵电机和2#油泵电机电流的输入信号；12、13端子为备用端子；16、17端子和18、19端子分别依次输出左、右缸比例阀的4-20mA模拟量控制信号。

图12是本发明的比例阀纠偏控制电路图。BT1_W、BT2_W是位移传感器1和位移传感器2，分别与比例调速阀放大板VT1、比例调速阀放大板VT2连接。可编程控制器PLC输出端接手动扩展接点KASB、KASC的常闭触点，手动扩展接点KASB、KASC的常开触点与手动纠偏旋钮SZQ1、SZQ2连接，手动纠偏旋钮SZQ1、SZQ2与比例调速阀放大板VT1、VT2连接，比例调速阀放大板VT1、VT2后连接左缸比例调速阀BT1和右缸比例调速阀BT2。当闸门上升下降时，若左右开度发生偏差，可调节电位计SZQ1、SZQ2来控制比例调速阀BT1、BT2，也可由PLC输出的电流信号自动调节比例调速阀BT1、BT2，从而使闸门左右开度保持一致。

通过以上电路连接，本发明可实现通过“手动/自动/远控”三种运行方式对液压设备进行控制。

1、手动控制方式：将控制方式转换开关SA01打到“手动”位置，操作SA02或SA03开关选择“油泵电机”；待油泵运行后，根据闸门实际位置，再选择启门SB1、闭门SB3、停门SB2按钮，手动控制闸门的升、降和停止。闸门开度值显示，但不参与控制。当闸门左、右开度发生偏差时，可以手动调节电位计SZQ1、SZQ2来控制比例调速阀BT1、BT2。通过操作旋钮SA05可进行建压和卸压。

2、自动控制方式：将控制方式转换开关SA01打到“自动”位置，按启门按钮SB1或闭门按钮SB3，可编程控制器PLC输出K8自动进行建压、卸压，输出K3或K4进行启门或闭门操作，闸门自动升降直至系统预置位、全开或全关位置。当闸门下滑到系统中预设的下滑值1时，可编程控制器PLC会输出K1或K2自动启动主油泵(1#油泵或2#油泵)，提升闸门到下滑前位置；当闸门继续下滑至系统中预设的下滑值2时，可编程控制器PLC将自动启动备用泵组，提升闸门到下滑前位置并发出报警，相应的指示灯亮。当闸门左、右开度发生偏差时，可编程控制器PLC将自动输出电流信号调节比例调速阀BT1、BT2，比例调速阀BT1、BT2通过不同的电流信号调节左、右液压缸的流量使双缸压力平衡，从而保持闸门左、右开度一致。触摸屏HMI显示闸门的实时开度及系统状态；此外，触摸屏HMI还可以进行系统参数的设定及修改和系统故障报警显示。

3、远方控制方式：将控制方式转换开关SA01打到“远控”位置，由中央集控室给出闸门启、停、闭命令及其他控制信号，经过TCP/IP协议通讯进入可编程控制器PLC，系统运行方式与“自动”方式一样；系统运行状态、闸门的开度等各实时数据也会传送给上位机。

若系统液压泵站油位过低、油压超压、欠压、油温过高、电机过载，系统将自动停机报警，相应的指示灯亮。当发生紧急情况时，可迅速按下紧停按钮SB01，系统将紧急停机并报警。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统，其特征在于：包括左闸门开度传感器、右闸门开度传感器、可编程控制器PLC、比例调速阀放大板、电机控制回路、液压设备、触摸屏和通讯接口TCP/IP；左闸门开度传感器、右闸门开度传感器的输出端分别连接可编程控制器PLC的输入端，可编程控制器PLC的输出端连接比例调速阀放大板，比例调速阀放大板输出端连接液压设备，液压设备的输出端与可编程控制器PLC的输入端连接；电机控制回路的输入端连接可编程控制器PLC的输出端，电机控制回路的输出端连接液压设备的输入端。

2.如权利要求1所述液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统，其特征在于：可编程控制器PLC连接有手动控制液压设备的开关和旋钮。

3.如权利要求2所述液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统，其特征在于：所述的手动控制液压设备的开关包括第一手动扩展接点和第二手动扩展接点，可编程控制器PLC的输出端分别接第一手动扩展接点和第二手动扩展接点的常闭触点，手动控制液压设备的旋钮包括第一手动纠偏旋钮和第二手动纠偏旋钮，第一手动扩展接点和第二手动扩展接点的常开触点分别与第一手动纠偏旋钮、第二手动纠偏旋钮连接，第一手动纠偏旋钮、第二手动纠偏旋钮分别与第一比例调速阀放大板、第二比例调速阀放大板连接，第一比例调速阀放大板、第二比例调速阀放大板分别连接左缸比例调速阀、右缸比例调速阀。

4.如权利要求1所述液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统，其特征在于：可编程控制器PLC的输入/输出端连接有作为人机交流界面的触摸屏。

5.如权利要求1所述液压启闭机高精度电子比例调速自动控制系统，其特征在于：可编程控制器PLC的输入/输出端与通讯接口TCP/IP的输入/输出端连接。