1 机电液设备概述
　　某水利枢纽工程反调节水库工程启闭机有液压启闭机、卷扬启闭机、螺杆启闭机三种。液压启闭机由液压站和启闭机两部分组成，排沙洞及排沙底孔闸门液压启闭机采用德国博世力士乐公司生产的800/300kn液压启闭机，泄洪闸、电站进水事故门液压站采用山西榆次油研液压有限公司生产的2×1500（1250）kn和2000kn液压站，采用中船重工国营第三八八厂和江苏武进液压启闭机有限公司生产的启闭机，灌溉引水闸因闸门较小采用卷扬启闭机和螺杆启闭机。同时为避免排沙底孔闸门长时间运行时因油液泄漏或温度变化引起液压杆下滑，在排沙底孔液压站上配备了蓄能器。电控柜采用南京南瑞集团公司的sj500现地控制单元。控制核心采用schneider公司的性能先进的quantum140系列plc。高质量的plc作为核心控制单元，确保汛期闸门操作的安全可靠运行，同时是工程安全和防汛度汛的必备条件［2］。机电液设备连接如图1所示。

　　2 机电液接口及电气动作
　　电控柜又称lcu，它完成对液压站及启闭机的数据采集及控制［3］。电控柜与液压站之间的接口采用电磁方向阀控制及各种传感器信息采集的方式。电控柜输出电压加在电磁方向阀上，方向阀电磁铁得电时推动阀芯动作、换向阀换向。电磁铁失电后阀芯复位。在此过程中通过阀芯位置的变化来改变液压油的流向，实现对启闭机的控制［4］。液压站通过进油管道和出油管道分别对启闭机的有杆腔和无杆腔进行加油，通过液压杆的位移来带动闸门的启闭。液压系统电气接口动作表如表1所示。表1中“+”表示电磁铁或电机得电，“*”表示发讯元件动作并发讯，空格表示电磁铁不得电或发讯元件不发讯。
　　根据控制要求，在启闭机以调定的启、闭门速度运行中，当电控柜监测到启、闭门速度与调定速度差值达20%时，点亮故障报警灯，并在人机界面上显示启、闭门速度故障信号。系统正常停机时，开门建压电磁铁先失电，系统卸荷，延时30秒电机停止，确保电机卸荷停机。
　　对于液压站及启闭机上的其它电气元件，吸油滤油器采用压差信号器发出堵塞信号，吸油滤油器堵塞后报警、停机。回油滤油器也采用压差信号器发出堵塞信号CONTROL ENGINEERING China版权所有，回油滤油器堵塞后只进行报警而不停机。液位计发出油箱油液液位信号，实现高液位报警、停机，低液位报警，最低液位报警、停机的控制。温度传感器监测油箱油液温度变化，发出1路模拟量信号给电控柜的plc进行采集，同时实现高油温报警停机、低油温报警停机、油温低于15℃时开加热器、油温高于30℃时关闭加热器的控制，保证液压油有较好的润滑和粘稠度。行程检测仪（开度传感器及行程开关）连续监测油缸的行程。电控柜plc采集并处理该信号，用于显示闸门的开度或位置。在油泵的前端有球阀行程开关，只有plc采集到球阀打开信号后，才可启动油泵电机组。

　　3 油泵电机的常规控制
　　正常的液压站采用主泵及备泵两台油泵组成一个泵组。两台油泵不同时工作CONTROL ENGINEERING China版权所有，为了增加单台油泵的使用时限，每次启动时均启动上次未使用的油泵。油泵的切换采用plc自动控制的方式。油泵电机的常规控制回路如图2所示。回路中含有现地手动控制、现地自动控制、远方自动控制三个控制级别。为了避免电控柜运行过程中失电后，控制人员不能及时复位控而造成电控柜得电后设备自动运行，启停控制元件采用自复位按钮。其中旁路的自锁触点既能保证启泵按钮复位后回路的继续导通还能保证失电后的复位控制。互锁触点限制两台油泵不同时进行工作。
　　鉴于在实际运行过程中会产生电机过载、闸门卡滞等现象，在控制回路及动力回路中采用了带有保护功能的电气设备。电机的过载采用过热继电器进行保护，另外配置的断路器也具有过流保护的功能。如遇接触器粘合时分闸失败等紧急情况，控制中增加了紧急停机控制，此控制脱离常规控制回路。紧急停机控制回路如图3所示。当按钮或plc进行控制时，断路器的脱钩线圈就会得电时断路器主回路分闸。

　　4 闸门纠偏的处理及闸门的下滑控制
　　采用双缸启闭机的闸门在闸门开启和关闭过程中涉及到闸门的纠偏控制。原理是通过调节一个阀的流量使之与另一个固定流量的阀协调工作，从而使闸门运行过程中不偏离轨道。具体的实现方法是首先电控柜内的plc通过把电压输出到比例放大器，比例放大器控制带位置电反馈的比例调速阀。plc的模拟量输出模块给于放大器直流电压指令控制工程网版权所有，与该电压成比例的电流流过比例调速阀的电磁铁控制输出流量。本工程采用的是带感应式位移传感器的比例电磁铁，系统所需流量的电气信号经放大器输给电磁铁，电磁铁直接控制调速阀的节流口，形成流控作用，使其输出对压力和温度有很大补偿的相应流量。比例调节控制原理如图4所示。

　　在实际的纠偏调节过程中，当启闭机的两个油缸出现5mm的同步误差时，plc控制比例调速阀纠偏，实现两缸同步。
　　对于闸门下滑复位的控制要求，当闸门下滑100mm时，蓄能器投入，蓄能器电磁铁得电，将闸门提升至设定位置。当系统继续下滑至200mm时，工作泵组自动投入，使活塞杆回升复位，并在电控柜发出报警信号。如继续下滑至250mm，备用泵组自动投入，将活塞杆恢复原位。并在电控柜发出声光报警信号。当以上过程中闸门回位，则停泵。
　　5 联合调试方案及闸门开度测算
　　整套系统需要经过严格的测试才能交付运行，其中出厂联合调试是一个重要的环节。调试包括耐压测试、模拟启闭机动作测试、保护功能测试三部分。系统的压力检测设备采用德国贺德克公司的eds300系列电子压力继电器。它带有一路模拟量输出和2路开关量输出，两路开关量的切换点分别标示为sp1、sp2，并且切换点以及相应的延滞可以通过触摸式按键调定。调试前首先把系统压力、有杆腔压力、无杆腔压力继电器的sp1、sp2分别设置成常闭和常开，调整它们分别相对应的下限和上限。
　　耐压测试应首先手动启动电机，建压后调节溢流阀，把系统压力调至压力上限并延时关闭，测试液压系统的性能。模拟启闭机动作测试时手动空载启动电机，然后打开建压阀，调节溢流阀，待系统压力达到启门压力时打开启门阀，此时有杆腔压力达到当前系统压力，启门模拟实验结束。用同样方式进行闭门操作，无杆腔压力达到系统压力时结束。
　　保护功能测试包括如下几个方面：
　　①系统超压：启门阀开启前把系统压力调至启门压力上限，启门时超压，plc报警并发令停机。
　　②系统失压：启门阀开启前调节溢流阀，把系统压力调至启门压力下限，此时plc失压报警并切换备用泵。此时把压力调高，启门阀开启后再把压力调至有杆腔压力低限以下，plc报警并发令停机。
　　③启、闭门超压：启、闭门阀开启后调节溢流阀，把系统压力调至大于启门压力上限， plc报警并发令停机。
　　④滤油堵塞、液位传感器、温度传感器：启门阀开启后，分别把回油滤油器、液位传感器、温度传感器的信号端子短接，模拟故障信号，触发plc报警并发令停机。
　　⑤泵组故障：关闭主泵蝶阀或运行过程中按下热继电器测试按钮，模拟切换泵的条件成立CONTROL ENGINEERING China版权所有，触发plc报警并发令切换备用泵。
　　⑥闸门下滑：启门阀开启完成后，模拟开度信号下滑大于100mm，此时plc控制蓄能器投入，模拟开度信号下滑大于200mm，此时plc控制主泵启动，模拟开度信号下滑大于250mm，此时plc控制切换备用泵启动。
　　因为本工程的闸门部分是弧型门，位移传感器采用的是美国mts系统公司的油缸行程测量传感器，所以传感器测得的只是油缸的行程，而不是闸门实际的开启高度。闸门实际的开启高度和油缸的行程之间是一个非线性的不规则曲线关系。根据微分原理，在plc程序中进行处理时是把这个不规则曲线分成许多的小折线来处理。在小折线的两个端点上是没有误差的，小折线分的越多，连接起来后就越接近不规则曲线，折线上的点的误差就越小。

　　6 结束语
　　我国液压闸门的自动化控制技术起步较晚，但是近年来发展较快，液压闸门机电液控制的发展加强了电站闸门的控制性能www.cechina.cn，提高了设备安全运行的系数，大幅降低了电厂建设过程中的前期投资及后续的运行维护成本，受到了广大投资者的青睐［5］。该系统经接入电站自动化系统后运行效果良好，该系统能全面、及时地了解液压系统及闸门的的基本状况，掌握一线站点的基本数据，为防汛和水力发电提供可靠保证。