崔家營水電站壩頂門機(jī)液壓抓梁監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用

陳勉 湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處

崔家營水電站壩頂門機(jī)液壓抓梁監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用

陳勉 湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處

崔家營水電站壩頂門機(jī)液壓自動(dòng)抓梁，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)，在水下穿脫銷時(shí)不但有指示燈的熄、亮顯示穿脫銷到位與否，并且有監(jiān)視觸摸屏的開關(guān)量狀態(tài)同時(shí)突化，同時(shí)模擬量的條形狀態(tài)和數(shù)據(jù)的變化可作為參考，最重要的是相關(guān)開關(guān)量的變化接入PLC邏輯控制中，實(shí)現(xiàn)與壩頂門機(jī)液壓抓梁起升的閉鎖聯(lián)動(dòng)。畫面直觀顯示，杜絕誤操作，提高了液壓自動(dòng)抓梁的可靠性和安全性。

霍爾開關(guān)；PLC；組態(tài)軟件；觸摸屏

引言

崔家營電站壩頂門機(jī)液壓抓梁控制系統(tǒng)是型號(hào)為ZNQ8-1型液壓自動(dòng)抓梁耐水壓全行程信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。液壓抓梁主要用于檢修閘門的入水起降，所以入水后的穿脫銷信號(hào)的反饋十分重要。技改前的信號(hào)以觀察駕駛室內(nèi)觸摸屏（施耐德XBTGT2220）顯示的模擬量進(jìn)度條為主，但配置的傳感器可能受使用壽命、環(huán)境等因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)突變、漂移、不穩(wěn)定等狀態(tài)，嚴(yán)重影響了操作人員的判斷，容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。我電廠根據(jù)實(shí)際情況，組織相關(guān)的技術(shù)力量，對(duì)液壓抓梁監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，具體實(shí)施方案過程總結(jié)如下。

一、加裝霍爾開關(guān)

我電站新增的開關(guān)為南京中旭電子科技有限公司出品的JSK-5020KS舷外水密行程開關(guān)，數(shù)量一共為4個(gè)，液壓抓梁穿脫銷左右各2個(gè)。

（一）原理簡(jiǎn)介

當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為U=K·I·B/d。

其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫茲力）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。

由此可見，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。霍爾開關(guān)就屬于這種有源磁電轉(zhuǎn)換器件，它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電信號(hào)，同時(shí)又具備工業(yè)場(chǎng)合實(shí)際應(yīng)用易操作和可靠性的要求。

霍爾開關(guān)的輸入端以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表征，當(dāng)B值達(dá)到一定程度（如B1）時(shí)，霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關(guān)類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號(hào)輸出之分。霍爾開關(guān)具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作。霍爾開關(guān)可應(yīng)用于接近開關(guān)，壓力開關(guān)，里程表等。

（二）主要技術(shù)性能

工作電壓為8V～30V DC；負(fù)載電流不大于200mA；工作距離大于5mm；長期在海水中工作，工作壓力為3Mpa；環(huán)境溫度-30℃～60℃；耐沖擊振動(dòng)（符合GJB4-83）。

（三）功能說明

1.磁體接近殼體時(shí)接通負(fù)載。

2.磁路調(diào)整方法：由于霍爾電路有滯后回差特性，傳感器接近導(dǎo)通的距離比離開關(guān)斷的距離要小一些，所以傳感器安裝時(shí)需調(diào)節(jié)磁體的位置，使其接近時(shí)開關(guān)導(dǎo)通且離開時(shí)開關(guān)能斷開，一般情況下近點(diǎn)2～4mm，遠(yuǎn)點(diǎn)大于10mm。

3.所有的接近開關(guān)應(yīng)該配套使用，以免觸發(fā)距離變化。

（四）注意事項(xiàng)

1.傳感器在使用時(shí)要嚴(yán)格按照接線視圖接線，即紅線接正電源，藍(lán)線接負(fù)電源，負(fù)載接在紅線和灰線之間，錯(cuò)誤的接線將會(huì)導(dǎo)致傳感器損壞，在使用時(shí)電源電壓不可大于30V，否則將會(huì)導(dǎo)致傳感器損壞。

2.傳感器負(fù)載電流不要大于200mA，即負(fù)載的直流電阻不能小于150Ω，更不可使紅線和灰線短路，否則將會(huì)導(dǎo)致傳感器損壞。

3.傳感器在安裝時(shí)不要用力拉扯或扭曲電纜，否則將導(dǎo)致傳感器密封性能下降，不能保證磁體組件和傳感器在同一軸線時(shí)，應(yīng)將傳感器和磁體組件的近點(diǎn)距離調(diào)整至4mm以下。

二、連接控制回路

（一）需要增加的元器件

2個(gè)直流24V的指示燈（紅、綠燈各一個(gè)，APT AD16），2個(gè)繼電器（施耐德RXM2LB2BD），1個(gè)旋鈕開關(guān)（型號(hào)施耐德ZB2-BE）

（二）達(dá)到的目的

液壓抓梁穿脫銷到位，由霍爾開關(guān)構(gòu)成的回路將其導(dǎo)通，回路上的指示燈將會(huì)點(diǎn)亮，可以讓駕駛員直接觀察到水中的抓梁穿脫銷的情況，同時(shí)也可以借其的動(dòng)作引入PLC（施耐德TSXP57104M）進(jìn)行閉鎖的邏輯控制，確保安全操作。

（三）回路接線（圖略）

當(dāng)液壓抓梁穿脫到位，左側(cè)和右側(cè)的霍爾開關(guān)將會(huì)導(dǎo)通，同時(shí)繼電器KA1、KA2將會(huì)得電，其常開觸點(diǎn)將分別接通信號(hào)回路和PLC開關(guān)量輸入通道。

（四）PLC程序修改

根據(jù)壩頂門機(jī)有使用液壓抓梁和不使用液壓兩種狀態(tài)，不同狀態(tài)下要區(qū)別對(duì)待，可以用安裝在駕駛室操作臺(tái)上的旋鈕（兩個(gè)位置）來區(qū)分。當(dāng)不使用液壓抓梁時(shí)主勾正常起降，當(dāng)主勾裝上液壓抓梁時(shí)，此時(shí)將和霍爾開關(guān)反饋的信號(hào)進(jìn)行閉鎖，只有穿銷或者脫銷到位，主勾才能起升，這樣將避免液壓抓梁在水下的誤操作。脫銷到位、穿銷到位、抓梁確認(rèn)三個(gè)開關(guān)量為本次技改新增量，利用PLC開關(guān)量輸入備用點(diǎn)。

三、修改組態(tài)軟件

駕駛室里操作員除了可以通過新增設(shè)的指示燈來判斷液壓抓梁傳脫銷狀態(tài)，還可以通過觸摸屏（施耐德XBTGT2220）里顯示的模擬量、開關(guān)量來進(jìn)一步確認(rèn)，本次技改在組態(tài)軟件Vijeo Designe液壓抓梁界面中增加穿銷到位、脫銷到位兩個(gè)數(shù)字量顯示變化，同時(shí)在原來模擬量條狀顯示狀態(tài)下，增加了模擬量數(shù)顯狀態(tài)，全方位多角度觀測(cè)抓梁在水下的動(dòng)作狀態(tài)。

［1］ 何碧青.霍爾集成傳感器的特性及其應(yīng)用.洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版2004第二期：39-41.

［2］ 郭清.王元昔.霍爾傳感器在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用研究.傳感器與微系統(tǒng)，2011（7）.

［3］ 韓建寧.董劍龍.基于霍爾傳感器的全自動(dòng)照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).紅外，2009（7）.

陳勉（1984），男，湖北武漢，湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處，電氣工程師，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。