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1、一种高精度的液压闸门纠偏处理方法及其装置北江大堤全堤范围内现装有自动化控制闸门的水闸10座，其中西南水闸和芦苞水闸为 泄洪闸，排灌涵闸8座，分别为骑背岭灌溉涵、乐排河水闸、黄布灌溉涵、石岩庙涵、红岗 引水闸、狮山水闸、黄塘进水闸、北基涵闸。这些涵闸历史上由于技术条件限制，设计比较老化。为提高闸门控制的可靠性和自动 化水平，满足北江大堤水利信息化建设和管理的要求，本次北江人堤改造工程作为现代水利 设施的工程来规划、建设。在水利信息化方面其规划、设计立足于高起点、高标准，综合利 用自动化控制、图像监视和计算机网络、通信技术，建立先进的自动化监视和控制系统，以 提高涵闸的安全性、可靠性，充分发挥工程
2、效益，促进工程管理的科学化、现代化。1泄洪闸自动监控系统北江大堤西南水闸和芦苞水闸为泄洪闸，连接西南、芦苞两涌，与飞来峡水利枢纽、 琶江天然滞洪区一起是构成广州市和珠江三角洲地区防洪体系的核心建筑物。1.1泄洪闸控制系统中的重点技术分析一开度读取北江大堤管理局范围内现装有自动化控制闸门的水闸10座，其中泄洪闸2座、排灌水 闸8座。目前已完成了西南水闸和芦苞水闸2座泄洪闸的闸门监控系统建设，排灌水闸中已 完成崎背岭灌溉涵、乐排河水闸、黄布灌溉涵、石岩庙涵、红岗引水闸、狮山水闸、黄塘进 水闸、北基涵闸门等8座闸门监控系统。泄洪闸液压系统中，液压缸采用CERAMAX,传感器采用高精度CIMSNIKI
3、I位移传感 器，与之接II读取位移值的PLC模块是GEFANUC的APU300高速计数模块，这种配合据 我们所知是史无前例的。(1) CINIS MKII位移传感器CIMS MKII位移传感器带有磁阻元件的传感器装在油缸头部的不锈钢外壳中，其中也 包含磁敏二极管(SMD)技术的全部电子设备。各传感元件和电子设备的保护级别为IP68, 直至10巴。电源电压是24V DC,输出是増量的正交的RS-422特性的信号。CEvIS MKII 位移传感器的4个磁阻元件构成两个一半的惠斯登(Wheatston)电桥，用来检测交变的磁 场。这种交变磁场产生在永久磁铁和绝缘的CERAMAXOR活塞杆涂层下面的带
4、沟槽的活 塞杆之间。传感元件由高频正弦信号激励。由活塞杆位移信息调制输出信号。这两种输出信 号连同参考的激励信号变换为增量的A和B计数脉冲。作为必要的内部电压，供给位移系 统的24VDC电源具有宽的容限，由于它是在板式稳压转换器/调节器上。输出是正文编码 器输出，连同增量的A和B脉冲，同时把A和B脉冲变换成EIA RS-422标准化格式。RS-422 格式对电磁干扰(EMI)极不敏感，它的传输长度高达900M的位移信息的能力。RS-422 规定差动数据传输，它取消基底移位和噪音信号的影响，它们会在传输线路上引起普通形式 的电压。(2) APU300高速计数模块APU300高速计数器用于工业控制
5、直接处理80 K的脉冲信号包括：涡轮流量仪仪器检验 材料处理 简单运动控制 速度测量 过程控制这种模块能迅速处理高速输入的数据单独或用CPU控制输出并能实现卜列三种计数 方式中的任一种：A型：4个独立脉冲计数器B型：两个A Quad B计数器C型：一个复合计数器该计数器用两个此种模块的输入特性是RS-232o（3）RS-422s RS232 和 RS-485 接口特性RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接I I标准，最初都是由电子工业协会（EIA） 制订并发布的,RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E,作为工业标准，以保证不同厂家产品 之间的兼容cRS-422由
6、RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232 通信距离短、速率低的缺点,RS-422定义了一种平衡通信接I I,将传输速率提高到10Mb/s,传 输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接 收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIAEIA-422-A 标准。为扩展应用范W,EIA又于1983年在RS-422基础上制定了 RS485标准，増加了多点、 双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突 保护特性,扩展了总线共模范怜I,后命名为TI
7、A.EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都 是以“RS”作为前缀,所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。RS-232、RS-422与RS-485标准只对接I I的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆 或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用，许多厂家都建 立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的Sony与松下对录像机的 RS-422控制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议则更多了，如Louth、Odetis协议是公 开的，而ProLINK则是基于Profile上的。（4）接口分析CIMS MKII传感器为增量式编
8、码器，这种编码器是通过光电发射和接收器件读取陶瓷 活塞杆上有坏形通、暗的刻线，获得四组正弦波信号组合成A, A/, B, B/四个正弦波相差 90度相位差（相对于一个周波为360度），将A/和B/信号反向叠加在A、B两相上，可增 强稳定信号。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是E相在前，以判别编码 器的正转与反转。编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，芦苞水闸增屋 式编码器的分辨率为1024脉冲/厘米，输出信号为5V的方波，连接至GE9030PLC的APU300 高速计数模块。实际连接中我们发现8套传感器只有4套能够读取数据，而其余4套则无法 读取数据，分析其原因，
9、我们发现CEvIS NIKII RS-422 （差分）输出无法输入到APU300高 速计数的RS-232 （单端）接II,这就需要我们在信号输入到APU300高速计数模块之前将 RS-422特性信号转变成RS-232特性信号，为此 我们设计了如下电路图，制成了叫做转换 盒的东西，如下图：城纠雄林人 输 III/PLC图6-19转换盒电路图增加了转换盒后，所有传感器的数据均可读上来了，但是经过反复实验后，我们发现 闸门在启闭过程中存在累计误差，闸门从全关到全开误差达到30公分。根据我们初步分析, 造成测量不准的可能原因主要有以下二个：1）由于机械间隙累计误差；2）传输电缆不合格，信号衰减。针对以
10、上原因，我们用示波器对开度误差较严重的2#闸门进行波型分析，首先对2#闸 门右油缸编码器的原始波形进行采样，我们发现A相或E相高电平有尖锋，然后对隔离盒 输出端的波形也进行采样，仍然有尖锋，说明确实存在干扰问题，我们在编码器输入端加终 端电阻尝试补偿，再次采样波形，结果尖锋取消，经过隔离盒后波形接近方波，但数据仍然 不准，由于此类编码器A、B两相相差90度，通过比较A相在前还是E相在前，以判别编 码器的正转与反转，所以我们用示波器同时采样A相和E相脉冲，发现闸门一直上升或者 卞降时，B脉冲有时做顺向（前向）脉冲，有时做逆向（后向）脉冲，这是导致计数不准的 原因，我们对1#闸门、3#闸门编码器都
11、进行了波形采样发现都有类似的情况。产生计数不 准有可能是机械安装造成，即安装过程中，编码器和活塞杆没有帖紧，之间有机械间隙，这 样控制系统将检测不到机械间隙所应有的脉冲数，也就是说控制系统会丢失脉冲，计数自然 而然不准。但是我们看了厂家的出厂测试报告，并检查了传感器的安装情况，认为机械安装 应该不存在问题，为了进一步证实，我们用一米电缆直接接到传感器上用示波器观察，发现 A相或E相波形很稳定，至此可以初步断定是电缆选型问题。（5）电缆分析RS-422传输线一般使用纽绞双线，此种电缆具有宽广的抗干扰范閑。传输线路中的损 耗是直流导线损耗、交流损耗（集肤效应）及电介质中漏损的复杂的综合。因此选择合
12、适的 电缆是非常重要的，这种电缆应由三对纽绞双线（0.2511U112）组成，每对双线被屏蔽和绝缘, 三对双线由聚氯乙烯（PVC）包封。当采用低损耗缆线时，最人脉冲/计数频率和最大电缆 长度之间比较协调，采用纸质的聚氯乙烯（PVC）电缆，介质损耗系数能恶化100倍，并且 缩短最人电缆长度。事实证明使用标准的RS-422电缆后，闸门开度的累计误差也消除了。（6）总结GEFANUC APU300高速计数模块的输入信号为RS-232特性，力士乐CIMS MKII传感 器输出信号为RS-422特性，两者存在接II匹配的问题，需要设计转换盒进行信号转换。高 精度传感器的传输电缆需按照通讯规范要求选型。1
13、2西南水闸（1）水闸概述西南水闸分洪量为U00m3/s, 100年闸前洪水位为11.13m,共布置3孔平面闸门，闸孔 20.0mX3.5m （宽X高），每扇闸门配1台液压启闭机，3台液压启闭机各配置1座泵站，每 座泵站配2台油泵（互为备用）。所有液压启闭机和液压泵站布置在闸室廊道内，地面高程为 V 14.1nio西南水闸主要技术参数如卜:形式：固定式双作用液压启闭机启门力：2X1500KN闭门力：2X400KN最大行程：4.8m工作行程：4.6m启闭速度：0.5nVmm液压缸内径：360nun活塞杆直径：200nun电动机功率：37KW（2）液压系统自动控制近年来，液压启闭机在水利工程上得到了
14、越来越广泛的应用，这是由于油缸内的油液 具有缓冲和减振作用，适宜于控制工作闸门在高水头、不同开度下的无振安全运行；并可对 闸门实施卜压力，使闸门自重较轻，节约成本。液压启闭机采用的行程检测装置测屋准确， 可真实反映闸门启闭情况，并通过PLC 口J编程控制，实现闸门的自动化控制。行程检测装 置采集的信号町传至远方集控室，为实现集中控制和远方自动化控制提供条件。本工程闸门 运行条件为动水启闭，并有局部开启要求。闸门启闭过程中要求油缸运行平稳，无爬行、抖 动等不良现彖，并能使闸门可靠地停止在任何位置。液压系统在满足闸门运行要求的前提卞, 简单可靠且易于安装、维修，并有完善的监视、测量、控制和保护装置
15、。 油缸的超压保护由于闸门上升是通过压力油对油缸有杆腔施加一定的压力进行的，活塞杆作为受压杆 件其工作压力必须控制在设计范围内。为防止闸门在运行过程中被卡，油泵仍在供油，致使 油缸下腔油压过高，采用了机械与电气相结合的双重保护措施，即当油压超过设定值时，油 缸卜腔的先导溢流阀进出油II接通，控制液压系统自动泄荷，保证活塞杆的压杆稳定。同时 可通过压力继电器超压使启闭机停止运行。闸门关闭的极限保护则由开度仪与限位开关控 制，溢流阀作为附加保护。这样可以确保设备在任何工况卞运行安全可靠。 油缸锁定安装在油缸有杆腔油I I的锁定阀，可使油缸在闸门全开或局部开启状态不受水流冲击 的影响，长期可靠地停止
16、在任何位置；该阀还起到将油缸与油管隔离的作用，防止油管破裂 时油缸卜腔油液流出造成意外关门的爭故。锁定阀由液控单向阀与球阀组合而成。闸门上升 或停止时油缸有杆腔油液不能排出，使油缸处于锁定状态，仅在卞降时使其液控回路与压力 油接通，施压打开单向阀，闸门才能下降。检修油缸时关闭球阀，防止油缸内油液外泄。 闸门纠偏闸门在启闭过程中CIMS NIKII全程连续检测并通过PLC换算比较闸门左右开度差， 当开度差超过设定启动纠偏值10mm时：启门时，（H左-H右）0或闭门时，（H左-H右） 0,比例阀电磁铁S4通过比例加在纠偏方向阀内置放人器上差动输入电压得电进行缎油同 步，直至达到停止纠偏值3mm时才停止泄油同步；启门时，（H左-H右）0或闭门时，（H 左-H右）（0,比例阀
