基于plc的水闸监控系统的设计及仿真

基于plc的水闸监控系统的设计及仿真内容摘要：

位置。 三位四通电磁换向阀阀体两端各装有一个电磁铁，当两端电磁铁都断电时， 阀芯处于中间位置。 此时 P、 A、 B、 T各油腔互不相通；当左端电磁铁通电时，该电磁铁吸合，并推动阀芯向右移动，使 P 和 B连通， A 和 T 连通，形成图 31 右方框所示的交叉油路。 当其断电后，右端复位弹簧的作用力可使阀芯回到中间位置，恢复原来四个油腔相互封闭的状态；当右端电磁铁通电时其衔铁将通过推杆推动阀芯向左移动， P 和 A 相通、 B 和 T 相通，形成图 31 左方框所示平行油路。 电磁铁断电，阀芯则在左弹簧的作用下回到中间位置。 A BP T 图 31三位四通电磁换向阀图形符号 (b) 液压 锁紧回路 锁紧回路可使液压缸活塞在任一位置 停止，并可防止其停止后窜动。 锁紧回路 采用液控单向阀，其锁紧回路如图 33 所示。 液控单向阀是允许液流向一个方向流动，反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀，液控单向阀提供了一个控制油口， 当控制口 K 处无压力油通入时，它的工作和普通单向阀一样，压力油只能从进油口 A 流向出油口 B，不能反向流动。 当控制口 K 处有压力油通入时，在液压力作用下活塞向上移动，推动顶杆顶开阀芯，使油口 A 和 B接通，油液就可以从 B 口流向 A 口 ； 如图所示这两个液控单向阀组成 “ 液压锁 ” ，当一个液压单向阀 油口 A 到 B 没有压力油流通时，另一个液压单向阀 的控制油口就没有足够的压力油顶开阀芯， 则它的压力油就不会从 B 口流到 A 口，即液压缸中的压力油就是恒定的，确保系统压力不变。 即液压缸被锁紧了，同时此时的闸门停止。 由于液控单向阀有良好的密封性能，即使在外力作用下，也能使执行元件长期锁紧。 33 锁紧回路 （ 2） 油泵的空载启动和 压力控制回路 由三位四通电磁换向阀和溢流阀一起调节系统压力。 将一个溢流阀并联于液压泵的出口，该溢流阀可以使液压泵的出口压力恒定，其前提条件是泵的出口压力是由负载（其中包括外负载和各种液阻）的大小决定的。 如果泵的出口压力低于溢流阀的调定 压力，泵的出口压力就是当前这个低值，此时溢流阀关闭；只有泵的出口压力达到溢流阀的调定压力时，溢流阀打开，且有溢流量，泵的出口压力才是定值。 溢流阀 在定量泵节流调速 回路中起两个作用：以是保证液压泵的出口压力恒定；二是“分流了泵的多余流量。 油泵电动机组启动过程如下 :液压油先经三位四通阀中位直接流回油箱，延时约 10s 后，根据所需执行操作动作的需要，使相应的电磁阀得电，系统随即建压。 液压启闭系统 的工作原理 当液压控制系统接收到闸门开启或关闭信号时 ,由液压泵站通过各类阀组向液压油缸提供动力油 ,通过压力油在 油缸有杆腔和无杆腔的施压与排放、活塞杆在油缸中的伸缩对闸门实施推力或拉力，从而达到启闭闸门的目 的。 如图 34为液压启闭系统工作原理图。 ［ 7］ ［ 8］ 智能控制单元 PLC 通过控制 如图 3 一 4 所示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 的电磁铁 5DT 得电 则二位二通电磁阀 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 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 （ PA,BT） 接通，液压油通过油路 PA 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 BT 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 (PB,AT)接通液压油通过油路 PB经过液压锁 10 进入油缸无杆腔，而有杆腔的油经过液压锁 调速阀 9 和换向阀 7 的 AT 油路回到油箱，油缸活塞杆伸出，闸门关闭。 液压启闭系统 实现的 主要的 功能 ［ 9］ (1)液压泵电动机组 空载卸荷 当 机械的工作部件短时停止工作时，一般都让液压系统中的液压泵空载运转。 在液压泵驱动电动机不频繁启闭的情况下，使液压泵在功率损耗接近于零的情况下运转 或输出很小流量的压力油， 以减少功率损耗，降低系统发热，延长泵和电机的寿命。 本系统中采用的卸荷回路有 : ◆ 采用三位阀的卸荷回路 三位换向阀的阀芯在中间位置时各种油口的接通关系不同、这可满足不同的使用要求，这称之为三位阀的中位机能。 使用 M、 H 和 K 型中位机能的三位换向阀处于中位时，泵都卸荷。 如图 34 的液压控制系统中 三位 四通 换向阀 采用的是 H 型中位 卸荷 的。 即压力油从定量泵口出来以后，经三位四通换向阀的 H 中位，直接流回油箱。 ◆ 用先导式溢滚阀的卸荷回路 在先导式溢流阀 的遥控口 C 接 一个 二位二通电磁阀。 这样组合的 功能是 ： 不卸荷时用作设定系统 (油泵 )主压力 ； 当卸荷状态时 ，用 一个作用于电磁阀的电信号 使电磁阀油路有断开转换为接通 ， 压力油直接 返 回油箱 ,系统压力为 0. 从而实现了 遥控 远程 卸荷。 当系统压力达到溢流阀的开启压力时，溢流阀开启，泵卸荷；当系统压力降至溢流阀的关闭压力时，溢流阀关闭，泵向系统加载 (2) 闸门锁定及 同步 为了提高闸门开度的控制精度，在液压启闭机系统中设置了液压锁与相匹配的三位四通 (Y 型机能 )电磁阀。 当闸门运行到指定开度后，通过控制系统使电磁线圈 1DT, 2DT 均失电，三位四通电磁阀回到中位，液压锁迅速锁紧，闸门可靠地锁定在预定开度，即使在外力作用下闸门也不能下滑。 本系统中还在油路上设置了调速阀 9，通过调速阀可以调节两只油缸的运动速度，使两只油缸在运动中保持同步。 （ 3）水电站闸门控制系统不仅关系电站的运行生产，而且还维系到当地的生命、财产安全，因而闸门启、闭的可靠性是液压启闭机设计的关键，特别是遇 到百年罕见的洪灾时，就显得更为重要了。 因而在该液压启闭机系统中设置了由手动泵和手动换向阀组成应急系统，当遇到主控液压动力站系统出现故障时可通过该应急系统保证启闭机正常工作。 将手动控制泵和手动换向阀的按钮都安装在现地控制柜上，便于手动控制。 另外在该液压系统中的进、回路还设置了截止阀, , ，当遇到紧急情况要求闸门迅速关闭时，可通过控制系统使电磁阀 , , ，则要进入有杆内的压力油就通过电磁阀 ， 的这个通道 直接流回了邮箱，故而实现了快速的关闸门。 同时若要快速升门，则也可通过截止阀 ， 力油快速流回油箱。 （ 4） 纠偏 控制 ［ 10］ 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 , 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。 （ 5） 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。