閘門LCU結(jié)構(gòu)的設計原則及故障分析*

周林虎

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，遼寧沈陽 110166）

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閘門LCU結(jié)構(gòu)的設計原則及故障分析*

周林虎

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，遼寧沈陽 110166）

【摘 要】本文闡述了閘門LCU結(jié)構(gòu)設計的主要原則，并結(jié)合機柜各部分的結(jié)構(gòu)原理及實際工程經(jīng)驗，對在項目實施中遇到的一些具體故障進行了詳細介紹和分析，并提出了解決方法。

【關(guān)鍵詞】閘門LCU；設計原則；機柜；回路故障；分析

DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.OO7

*基金資助:遼寧省水利科技指導性計劃項目（201112）

目前控制單元（LCU）在水利工程中被廣泛應用，它是閘門、泵站等水利機電設備實現(xiàn)自動控制的“大腦”，在水利管理單位的日常工作中起著舉足輕重的作用，使閘門和泵站實現(xiàn)了“無人值班，少人值守”。LCU的設計不僅要求實用、操作方便，還需在其發(fā)生故障時，能迅速查找原因并排除故障，以免造成損失。

1　概 述

當前水利監(jiān)控系統(tǒng)一般設置集控級和現(xiàn)地控制單元（LCU）級。閘門現(xiàn)地控制單元（LCU）是閘門控制的核心單元，它控制的部分是閘門啟閉機、閘門制動器、閘門鎖錠等。根據(jù)控制設備的不同，LCU內(nèi)的設備也不同，所以在進行LCU結(jié)構(gòu)設計時需考慮的問題也不同。大體上分柜外因素和柜內(nèi)因素，柜外因素包括安放位置（室內(nèi)、室外、是否掛壁安裝）、溫度、濕度要求、美觀要求等；柜內(nèi)因素包括外部電源類型、信號數(shù)量、動力設備、通信設備等。

2　閘門LCU結(jié)構(gòu)設計原則

閘門LCU設計的總原則是安全可靠、經(jīng)濟實用。結(jié)合LCU結(jié)構(gòu)設計的柜外因素和柜內(nèi)因素，將其各部分的設計原則分述如下:

機柜分為標準柜和非標準柜，標準柜使用比較多的有TG6型和NF型。TG6型機柜防護等級比較低，抵抗惡劣環(huán)境的能力比較差，適合放置在外部環(huán)境比較好的地方，一般柜頂開散熱孔、裝金屬網(wǎng)和擋灰板。NF型防護等級大于IP54，至少能保證灰塵進入的數(shù)量不會對設備造成傷害，并具有防噴水功能；NF型機柜為了提高防護等級，柜頂封閉，但是這種設計會影響散熱，必要時應附加散熱裝置。

掛在墻壁上的控制箱在示意圖中應示意壁掛用耳朵。對于戶外放置的機柜，需在柜頂加防雨檐，防護等級也比較高，柜頂及后門封閉或加密封條。對于機房內(nèi)放置網(wǎng)絡設備的機柜，因為對通風性要求較高，在設計時可以后門沖孔，增強機柜的通風散熱性能。

對于單機柜的LCU，一般考慮側(cè)門是因為現(xiàn)場檢修及安裝拆卸設備方便，對于雙機柜的LCU，如果為并排放置，應考慮是否側(cè)門開孔，便于柜間走線，如果不是并排放置，一般是通過盤底及外部橋架或電纜溝走線。如果對防水要求比較高，那么考慮側(cè)門封閉。機柜前門根據(jù)實際需要決定是否安裝限位裝置。

機柜后門的設計一般為雙開門并在門下方開進氣隔柵，便于空氣形成對流。對于屏后安裝襯板的，為了拆卸設備方便，盡量保留雙開門。對于接線端子過多的情況可以通過增加橫端子導軌來解決。內(nèi)部豎走線槽為容量比較大的5055（內(nèi)部/外部走線槽），橫走線槽為容量比較小的5035（內(nèi)部走線槽），5035的寬度大約為1U，這樣不但容量合理，而且布局美觀。對于外部配線量比較多的，外側(cè)用戶走線槽可以使用5080。

對于高度比較大的PLC，比如MB80、Quantum，安裝在5-13U的位置，占用8個U的高度；對于高度一般的PLC，比如MB60、MB40、Premium、M340系列，安裝在5U開始的位置，占用6～7個U的高度；對于高度比較小的PLC，比如GE90、GE VersaMax、Siemens 300系列，安裝在5—10U的位置，占用5個U的高度；對于高度更小的PLC，比如MB 20、Siemens 200系列，安裝在5—8U的位置，占用3個U的高度。另外，按鈕、把手的布置擺放在考慮操作方便的同時，還應考慮擺放的美觀。機柜電源面如圖1所示，現(xiàn)地控制面板如圖2所示。

圖1　機柜電源面板

圖2　現(xiàn)地控制面板

3　回路故障分析及解決方法

現(xiàn)地控制級（LCU監(jiān)控層）完成對閘門數(shù)據(jù)的采集、處理及觸摸屏控制操作的顯示［1］。閘門現(xiàn)地控制單元（LCU）的故障比較常見，故障的種類也多種多樣。帶動力回路的LCU設計風格雖然較多，但總的來說故障可分為動力回路故障和控制回路故障兩類。

3.1動力回路及故障分析

3.1.1 動力回路

圖3　閘門LCU動力回路

比較常見的動力回路是由斷路器、接觸器、熱繼電器組成的，有的回路也會配有快速熔斷器。閘門LCU動力回路如圖3所示。外部動力電源首先接入機柜的大電流端子，然后接入進線斷路器。斷路器在運行中可以投退電力設備和線路，在系統(tǒng)運行中起著重要作用［2］。進線斷路器作為機柜動力電源的總開關(guān)是緊急情況下切斷動力電源的保護設備（觸發(fā)斷路器的脫鉤線圈）。在閘門開啟或關(guān)閉過程中，發(fā)現(xiàn)有緊急情況，如閘門卡阻、船閘下有船只等，系統(tǒng)立即切換到急停控制模式，迅速停止正在運行的閘門［3］。接觸器是利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以控制負載的電器，它是二次回路控制一次回路的跨接設備，與熱繼電器共同為電機的遠程控制、自動保護提供了可能。熔斷器是防止熱繼電器熔黏無法分閘時的又一個電機過流保護設備，在斷路器和熔斷器之間可以安裝電壓、電流采集和顯示設備。

3.1.2故障分析及解決方法

如果接觸器吸合，則發(fā)生動力回路故障。可能原因如下:未送動力電源（380V）或動力電源故障（未投入、接線松動或缺相）；斷路器、熔斷器、接觸器或熱繼電器故障；電動機或卷揚機部件故障。

排除故障時首先必須斷開動力電源總閘，確保斷路器進線沒電，然后合上斷路器，將轉(zhuǎn)換手柄撥到現(xiàn)地位置，手動啟門使接觸器吸合（也可以用改錐按壓接觸器實現(xiàn)），啟門接觸器吸合后用電表進行測量。一個電表表針放在斷路器動力進線側(cè)1、3、5號接線端，另一個分別測熱繼電器動力出線側(cè)2、4、6號接線端，測量電表蜂鳴（不通則動力回路故障）。如果動力回路故障，則分別測量斷路器1、3、5號接線端與熔斷器出線、斷路器2、4、6號接線端的導通性能，據(jù)此判斷出故障的設備。

如果上面的方法未發(fā)現(xiàn)故障，則有可能發(fā)生動力電源故障（未投入、接線松動或缺相）、電動機故障、卷揚機部件（抱閘、鎖錠等）故障，可以通過測量通電后動力電源電壓、電機電壓和檢查抱閘、鎖錠來判斷故障類型并根據(jù)具體問題進行解決。

3.2控制回路及故障分析

3.2.1控制回路及功能

閘門LCU控制回路原理如圖4所示。圖4中:QF表示進線斷路器，它的脫鉤線圈可受按鈕和計算機控制，并且不受控制權(quán)限和控制方式限制，以便緊急情況時用。KM1表示開門接觸器，KM2表示關(guān)門接觸器，為了避免開門和關(guān)門接觸器同時閉合造成事故，在它們的控制回路里分別串入對方的常閉觸點。SA1表示控制權(quán)（現(xiàn)地、遠方）把手，SA2表示控制方式（手動、自動）把手。SB1表示停門按鈕，SB2表示開門按鈕，SB3表示關(guān)門按鈕，其中SB1、SB2并聯(lián)了相應接觸器的常開觸點，起到自保持的功能。FR表示熱繼電器，常閉觸點保證電氣過載故障的情況下接觸器跳開，起到保護電機的作用。XBAK表示備用閉鎖端子，可以接入啟閉機荷重傳感器的觸點，在啟閉機機械過載的情況下及時停門。DO1、DO2、DO3分別表示自動開門、關(guān)門、緊急停門開出繼電器。另外XDO表示開出端子，KD表示閘門限位開關(guān)，閉鎖全開和全關(guān)時的自動停門。根據(jù)圖4以及上文的分析，可得出控制回路的功能，見下表。

圖4　閘門LCU控制回路

控制回路功能表

3.2.2故障分析及解決方法

控制回路涉及的設備比較多，故障的種類和排除的方法也比較復雜。在控制過程中，如果現(xiàn)地手動啟閉門時，電機未運行，接觸器未吸合，則為控制回路故障。分析可能原因是未送控制電源（220V）或控制電源故障，另外也存在把手、按鈕、開度儀接點、限位開關(guān)、接觸器輔助觸點或接觸器故障的可能性。

排除故障時斷開空氣開關(guān)，確保

柜內(nèi)無220V電源。把手撥到現(xiàn)地手動位置狀態(tài)，一個電表表針放在SB1-11，另一個分別測SB1-12、SA1-14、SA2-14，如果不通則把手觸點故障或接線松動。把按鈕SB2、SB3按下后分別測量SB2-14、SB3-14、KD-2、KD-4、KM1-62、KM2-62是否導通，判斷是否開關(guān)門按鈕、開度儀、接觸器輔助觸點故障。通過測量XBAK-1與XBAK-2、FR-96是否導通，判斷外部閉鎖或熱繼電器輔助觸點故障。

如果以上未發(fā)現(xiàn)故障，則合上空氣開關(guān)，測量接觸器的A1、A2接點之間的電壓是否為220V，如果是，則接觸器故障，如果不是，則外部220V電源故障。如果按鈕控制閘門時，按鈕按下接觸器動作，松開后接觸器復歸，則是接觸器自保持用的觸點故障。

若在現(xiàn)地自動時電機未運行，首先觀察上位機簡報和觸摸屏里的開入、模入點的狀態(tài)，觀察是否有明顯異常。確定控制權(quán)限正確、觸摸屏與PLC無異常、確認觸摸屏與PLC之間的通訊正常。如果繼電器動作，但是接觸器未吸合，則控制回路故障。這時可采用上述手動時排除故障的方法，但是需要另外增加測量SA2-11與SA2-12之間，DO1、DO2開出觸點是否故障。

4　結(jié) 論

一個美觀實用的LCU給人的感覺是不同的，它減小了維護難度、減輕了運行人員的工作強度，同時還提高了閘門啟閉系統(tǒng)設備的可靠性和自動化水平。閘門LCU設計的總原則是安全可靠、經(jīng)濟實用。在具體設計過程中，要同時考慮柜外因素和柜內(nèi)因素。及時消除設備隱患確保設備完好率和可調(diào)率，有利于進一步提高水利調(diào)度的及時性和準確性。文中提出的排除故障的方法在系統(tǒng)檢修時比較實用，并已逐漸成為閘門LCU回路調(diào)試及故障排除的通用方法。■

參考文獻

［1］ 張百敏，宋智，倪健.崗南水庫閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應用［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2010，34（4）:82-84.

［2］ 王瑞雪.斷路器的電氣控制回路原理及工程問題研究［J］.熱電技術(shù)，2007（2）:48-49.

［3］ 徐鳴，史恒，呂國芳.射陽河閘閘門多模式控制的設計與實現(xiàn)［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2007，31（5）:76-79.

Design PrinciPle and fault analysis of gate LCU structure

ZHOU Linhu
（Liaoning Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project Construction Bureau，Shenyang 110166，China）

Abstract：In the paper，main princip1e of gate LCU structure design is expounded.Structure princip1es and practica1 engineering experience of a11parts in the cabinet are combined for introducing and ana1yzing some concrete fau1ts in project imp1ementation in detai1.So1utions are proposed.

Key words：gate LCU；design princip1es；cabinet；circuit fau1t；ana1ysis

中圖分類號：TV663

文獻標志碼：A

文章編號：1005-4774（2016）02-0025-03