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摘要：桃林口水库溢流坝表孔弧门采用了双缸液压启闭机，由于没有纠偏系统，在实际运行中常发生闸门双缸活塞杆运动不同步的现象，影响闸门安全运行，为此结合闸门大修增加了双缸液压启闭机闸门纠偏控制系统。本文主要结合桃林口水库的双缸液压启闭机系统改造，介绍了双缸液压启闭机闸门纠偏的主要工作原理和双缸活塞杆运动不同步问题的解决。
关键词：水闸；双缸液压启闭机；同步；PLC；纠偏；
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
大中型水闸是水利枢纽工程中的重要建筑，在运行管理中，具有重要作用。大中型水闸的启闭往往采用液压启闭的方式，其原因在于液压启闭机油缸内的油液为柔性工作介质，能达到减轻闸门局部开启时高速水流对闸门产生的震动，具有实现闸门平稳运行的作用，同时由于液压启闭机具有体积小﹑砼配合结构简单﹑启闭力大等特点。所以很多水利工程中，大中型水闸均选用液压启闭机，并引进电气自动化控制，以保证在汛期时泄水闸快速安全准确动作﹑提高闸门启闭效率。
由于各种原因，闸门启闭机两油缸中的活塞杆行程往往不能保持同步，造成闸门两端启闭速度不同而倾斜，严重影响水闸的正常运行，甚至造成事故。因此，保证两油缸中的活塞杆同步运行，进而保证闸门的平稳启闭，是保证水闸安全运行的重要条件。
桃林口水库大坝表孔弧门采用了双缸液压启闭机,由于当时没有设计纠偏功能，上述问题经常发生，对此我们结合大修增加了纠偏系统，取得了较好的效果。
1、闸门纠偏电气控制原理
闸门纠偏电气控制系统（如图1），是由现地控制装置PLC控制调节阀组，调节注入油缸中的流量，从而达到控制闸门启闭速度。开度仪通过测得的油缸行程反馈给PLC。对于双缸液压启闭机，改造时配有两个开度仪，可以测得左右油缸活塞杆的行程，并将数据输入PLC中进行处理，一旦左右油缸中活塞杆的行程差超过设定值，则判断左右油缸出现了偏差，需要进行纠偏。PLC输出信号控制调节阀组，调整左右油缸的流量，从而使左右油缸的活塞运动速率保持一致，闸门保持水平启动。
图1 闸门纠偏控制系统示意图
2、检测与执行机构
2.1 调节阀组
调节阀组为液压系统的一部分，精度要求比较高，其中的流量调节阀（多选用比例阀和节流阀）具有二通功能，它能按照提供的电气信号值输出对压力补偿流量，提高了精度。其组成一般包括：壳体﹑调节电磁阀，节流阀及可以选则的单向阀等。
桃林口已完成的改造采用了电磁阀和节流阀结合的方式，调节流量的设定通过调整节流阀定值确定。
2.2 开度仪
开度仪的测量精度要求在3mm以内，分辨率为1mm，测量范围可达20m。开度仪的主要部件是编码器，在工程实践中，闸门开度仪多选用多圈绝对值旋转编码器，他通过SSI（同步串行接口）輸出符合轴位置的定位数值，提供给PLC。
3、闸门纠偏功能的实现
3.1 PLC及其SSI接口
可编程控制器PLC是数据处理的主要工具，与闸门开度仪接口的常见形式有以下几种：BCD码、4-20mA模拟量、RS485接口、SSI接口。BCD码为并行输出口，即是在接口上有多点高低电平输出，占用PLC的I/O模块的资源较多，这种接口一般不用于位数较多的绝对型编码器；4-20mA模拟量接口优点在于占用PLC的I/O模块资源少，但存在零漂且抗干扰能力差；闸门开度仪通过RS485接口可直接联上现场总线网，但该接口造价比较高。
多数PLC制造商均提供SSI接口功能，桃林口水库的系统改造级采用了这种PLC。SSI接口（RS422模式），以两根数据线、两根时钟线连接，由接受设备向编码器发出中断的时钟脉冲，绝对的位置值由编码器与时钟脉冲同步输出至接收设备。由接收设备发出时钟信号触发，编码器从高位（MSB）开始输出与时钟信号同步的串行信号。串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了。
3.2 纠偏功能
纠偏功能方式主要分为手动纠偏和自动纠偏两种方式，在手动状态下，通过操作控制柜上的纠偏旋钮直接动作于调节电磁阀的阀芯，控制油的流量实现纠偏功能。自动纠偏是在集控、现地自动运行状态下，把闸门开度仪检测到的闸门左右开度值送到PLC，与设定的偏差值进行比较，得到纠偏命令，通过比例放大板自动调节左右电磁阀，实现双缸同步运行。
3.3 闸门纠偏的运行流程
双缸液压启闭机水闸纠偏运行模式如“闸门纠偏流程示意图”（图2）所示。
系统设定的纠偏运行模式根据水闸安全运行的控制要求，按闸门左右两端高度偏差（ΔН）的控制范围，设置纠偏启动偏差值ΔН1、纠偏结束偏差值ΔН2、停闸纠偏偏差值ΔН3和停机处理偏差值ΔН4这4个控制性偏差值。
闸门运行时，当闸门左右两端高度偏差达到纠偏启动偏差值ΔН1时，监控系统启动纠偏机构进行纠偏，在闸门启闭运行的同时，使闸门左右两端高度偏差缩小，待闸门左右两端高度偏差小于纠偏结束偏差值ΔН2时，即自行停止纠偏，闸门继续启闭运行；但是若启动闸门纠偏后，由于某种故障原因，闸门左右两端高度偏差没有缩小，甚至进一步增大，达到停闸纠偏偏差值ΔН3时，监控系统停止闸门启闭，保持纠偏机构继续执行纠偏来缩小闸门左右两端高度偏差。如果偏差渐渐缩小，当小于停闸纠偏偏差值ΔН3时，恢复闸门启闭动作，并继续执行纠偏，直到小于纠偏结束偏差值ΔН2为止。若停闸纠偏后，纠偏机构仍无法缩小左右两端高度偏差，当闸门左右两端偏差达到停机处理偏差ΔН4时，监控系统会发出停机命令，并警报，待监控人员处理故障。
图2 闸门纠偏流程示意图
4、 结语
影响双缸液压启闭机左右不同步的原因很多。例如，在液压安装的过程中，管道的清洗和注油循环不彻底，导致管道中残留杂质，则在闸门的启闭过程中，会造成闸门抖动，更严重的会引起控制电磁阀失控；此外，在闸门的安装过程中，如果闸门的重心位置有所偏移，也会使闸门两端运动不同步。桃林口水库通过双缸液压启闭机闸门纠偏系统的实现，解决了工程运行闸门两端运动不同步的问题，消除了影响闸门运行的安全隐患，能满足现代水利工程管理的“无人值班（少人值守）”的模式要求，提高了工作效率，更重要的是为大坝在汛期的安全运行提供了强有力的保障。
陈中新：男，汉族，河北省桃林口水库管理局检修中心主任，高级工程师。
关键词：水闸；双缸液压启闭机；同步；PLC；纠偏；
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
大中型水闸是水利枢纽工程中的重要建筑，在运行管理中，具有重要作用。大中型水闸的启闭往往采用液压启闭的方式，其原因在于液压启闭机油缸内的油液为柔性工作介质，能达到减轻闸门局部开启时高速水流对闸门产生的震动，具有实现闸门平稳运行的作用，同时由于液压启闭机具有体积小﹑砼配合结构简单﹑启闭力大等特点。所以很多水利工程中，大中型水闸均选用液压启闭机，并引进电气自动化控制，以保证在汛期时泄水闸快速安全准确动作﹑提高闸门启闭效率。
由于各种原因，闸门启闭机两油缸中的活塞杆行程往往不能保持同步，造成闸门两端启闭速度不同而倾斜，严重影响水闸的正常运行，甚至造成事故。因此，保证两油缸中的活塞杆同步运行，进而保证闸门的平稳启闭，是保证水闸安全运行的重要条件。
桃林口水库大坝表孔弧门采用了双缸液压启闭机,由于当时没有设计纠偏功能，上述问题经常发生，对此我们结合大修增加了纠偏系统，取得了较好的效果。
1、闸门纠偏电气控制原理
闸门纠偏电气控制系统（如图1），是由现地控制装置PLC控制调节阀组，调节注入油缸中的流量，从而达到控制闸门启闭速度。开度仪通过测得的油缸行程反馈给PLC。对于双缸液压启闭机，改造时配有两个开度仪，可以测得左右油缸活塞杆的行程，并将数据输入PLC中进行处理，一旦左右油缸中活塞杆的行程差超过设定值，则判断左右油缸出现了偏差，需要进行纠偏。PLC输出信号控制调节阀组，调整左右油缸的流量，从而使左右油缸的活塞运动速率保持一致，闸门保持水平启动。
图1 闸门纠偏控制系统示意图
2、检测与执行机构
2.1 调节阀组
调节阀组为液压系统的一部分，精度要求比较高，其中的流量调节阀（多选用比例阀和节流阀）具有二通功能，它能按照提供的电气信号值输出对压力补偿流量，提高了精度。其组成一般包括：壳体﹑调节电磁阀，节流阀及可以选则的单向阀等。
桃林口已完成的改造采用了电磁阀和节流阀结合的方式，调节流量的设定通过调整节流阀定值确定。
2.2 开度仪
开度仪的测量精度要求在3mm以内，分辨率为1mm，测量范围可达20m。开度仪的主要部件是编码器，在工程实践中，闸门开度仪多选用多圈绝对值旋转编码器，他通过SSI（同步串行接口）輸出符合轴位置的定位数值，提供给PLC。
3、闸门纠偏功能的实现
3.1 PLC及其SSI接口
可编程控制器PLC是数据处理的主要工具，与闸门开度仪接口的常见形式有以下几种：BCD码、4-20mA模拟量、RS485接口、SSI接口。BCD码为并行输出口，即是在接口上有多点高低电平输出，占用PLC的I/O模块的资源较多，这种接口一般不用于位数较多的绝对型编码器；4-20mA模拟量接口优点在于占用PLC的I/O模块资源少，但存在零漂且抗干扰能力差；闸门开度仪通过RS485接口可直接联上现场总线网，但该接口造价比较高。
多数PLC制造商均提供SSI接口功能，桃林口水库的系统改造级采用了这种PLC。SSI接口（RS422模式），以两根数据线、两根时钟线连接，由接受设备向编码器发出中断的时钟脉冲，绝对的位置值由编码器与时钟脉冲同步输出至接收设备。由接收设备发出时钟信号触发，编码器从高位（MSB）开始输出与时钟信号同步的串行信号。串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了。
3.2 纠偏功能
纠偏功能方式主要分为手动纠偏和自动纠偏两种方式，在手动状态下，通过操作控制柜上的纠偏旋钮直接动作于调节电磁阀的阀芯，控制油的流量实现纠偏功能。自动纠偏是在集控、现地自动运行状态下，把闸门开度仪检测到的闸门左右开度值送到PLC，与设定的偏差值进行比较，得到纠偏命令，通过比例放大板自动调节左右电磁阀，实现双缸同步运行。
3.3 闸门纠偏的运行流程
双缸液压启闭机水闸纠偏运行模式如“闸门纠偏流程示意图”（图2）所示。
系统设定的纠偏运行模式根据水闸安全运行的控制要求，按闸门左右两端高度偏差（ΔН）的控制范围，设置纠偏启动偏差值ΔН1、纠偏结束偏差值ΔН2、停闸纠偏偏差值ΔН3和停机处理偏差值ΔН4这4个控制性偏差值。
闸门运行时，当闸门左右两端高度偏差达到纠偏启动偏差值ΔН1时，监控系统启动纠偏机构进行纠偏，在闸门启闭运行的同时，使闸门左右两端高度偏差缩小，待闸门左右两端高度偏差小于纠偏结束偏差值ΔН2时，即自行停止纠偏，闸门继续启闭运行；但是若启动闸门纠偏后，由于某种故障原因，闸门左右两端高度偏差没有缩小，甚至进一步增大，达到停闸纠偏偏差值ΔН3时，监控系统停止闸门启闭，保持纠偏机构继续执行纠偏来缩小闸门左右两端高度偏差。如果偏差渐渐缩小，当小于停闸纠偏偏差值ΔН3时，恢复闸门启闭动作，并继续执行纠偏，直到小于纠偏结束偏差值ΔН2为止。若停闸纠偏后，纠偏机构仍无法缩小左右两端高度偏差，当闸门左右两端偏差达到停机处理偏差ΔН4时，监控系统会发出停机命令，并警报，待监控人员处理故障。
图2 闸门纠偏流程示意图
4、 结语
影响双缸液压启闭机左右不同步的原因很多。例如，在液压安装的过程中，管道的清洗和注油循环不彻底，导致管道中残留杂质，则在闸门的启闭过程中，会造成闸门抖动，更严重的会引起控制电磁阀失控；此外，在闸门的安装过程中，如果闸门的重心位置有所偏移，也会使闸门两端运动不同步。桃林口水库通过双缸液压启闭机闸门纠偏系统的实现，解决了工程运行闸门两端运动不同步的问题，消除了影响闸门运行的安全隐患，能满足现代水利工程管理的“无人值班（少人值守）”的模式要求，提高了工作效率，更重要的是为大坝在汛期的安全运行提供了强有力的保障。
陈中新：男，汉族，河北省桃林口水库管理局检修中心主任，高级工程师。