弧形闸门液压启闭机-开题报告

开 题 报 告 论文题目： 弧形闸门液压启闭机控制系统 论文选题的目的和意义 液压启闭机很长时间以来，由于受国内工业技术水平的限制。它的应用和发展受到了多种因素的制约。随着国内工业技术水平的快速发展，再加上国外先进技术和液压元器件产品大量进入国内市场，加速了液压启闭机技术的发展，也更加拓宽了其应用的前景。 弧形闸门（radial gate）是挡水面为圆柱体的部分弧形面的闸门。其支臂的支承铰位于圆心，启闭时闸门绕支承铰转动。弧形闸门由转动门体、埋设构件及启闭设备三部分组成。弧形闸门不设门槽，启闭力较小，水力学条件好，广泛用于各种类型的水道上作为工作闸门运行。其中液压启闭机是水利水电工程中应用最广、数量最多的液压设备,是所有类型的水工液压设备的代表。伴随着液压技术的发展及液压缸制造水平和密封性能的提高,启闭机愈来愈普遍地采用液压传动。基于PLC（可编程控制器）液压启闭机控制系统具有控制性能优异，能方便的对双吊点弧形闸门的液压速度进行调节、纠偏，有稳定的持门能力。利用PLC抗干扰能力强，工作可靠性高，平均无故障时间长等特点，能实现弧形闸门液压启闭机控制系统的启闭机自动启闭闸们、手动启闭闸以闸位、水位实时监控、显示等功能要求。故为了实时检测水位、准确控制弧门开度、控制液压启闭机启闭速度、实现液压启闭机同步控制，本文设计研究基于PLC（可编程控制器）双吊点液压启闭机控制系统。 液压启闭机与传统启闭机比较优势： 传统启闭机主要为螺杆启闭机和卷扬启闭机，其中螺杆启闭机适用于平板门，卷扬启闭机适用于平板门及弧形门。下面针对平板门、弧型门两种门型配置不同启闭机方案进行比较分析。 传统启闭机平板门+螺杆启闭机闸墩以上一般需设置排架、启闭机房及两岸桥头堡优点：顺水流向闸室较短，闸墩高度较低，投资较省；结构简单，施工方便。缺点：启闭机排架高，对稳定不利；受门槽的影响，过闸水流流态较差。适用范围：水头低、门体小、所需启门力小；快速启闭。 2、平板门+卷扬启闭机闸墩以上一般需设置排架、启闭机房及两端桥头堡。优点：顺水流向闸室较短，闸墩高度较低；结构简单，运行管理方便；投资较省。缺点：启闭机排架高，对稳定不利；过闸水流流态较差。适用范围：水头较低、门体较小、所需启门力较小。 3、弧型门+卷扬启闭机闸墩以上一般需设置排架、启闭机房及两岸桥头堡。优点：启闭机排架低，对稳定有利；过闸水流流态较好；结构简单，运行管理方便。缺点：顺水流向闸室较长，闸墩高度较高，投资较高。适用范围：水头较高、门体较大、所需启门力较大。 4、液压启闭机平板门+液压启闭机闸墩以上一般需设排架及两岸桥头堡，液压站及监控设备都设在桥头堡内，液压活塞杆埋在闸墩中。优点：技术先进，工艺合理，结构紧凑，无需设启闭机房，经济性较好，安全可靠，运行管理及维修方便。缺点：门体受风荷载作用大，门体开启后对液压活塞杆稳定影响较大；液压设备价格偏高。适用范围：水头低、门体小、启闭机行程小。 液压启闭机的优势 （1）、结构简单，布置紧凑，体积小，重量轻 ；（2）、承载能力大，并能够远距离传递动力；（3）、缓冲性能好，传动平稳，调速和换向方便；（4）、液压传动与电气控制相结合，便于实现自动化；（5）、液压元件已经系列化、标准化，设计简单，制造周期短；（6）、液压元件可以自行润滑，经久耐用；（7）、易于防止过载，工作安全可靠；（8）、液压启闭机通过液压传动驱动液压缸来操作闸门的启闭运行，故传动效率比机械传动高；（9）、液压启闭机设备布置的可分散性，使其对水工建筑物有极大的适应性，十分有利于水利工程整体布置的优化。 可编程控制器 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 在PLC诞生并运用于工业控制之前，基本上所有的控制系统均以继电-接触器组成的控制系统为主。继电控制电路通过一些控制电器的触点（如开关、按钮或继电器的触点）来控制用电器工作的电路，以不同的连接反应不同的触点和用电器之间的逻辑关系，但这种传统的继电系统存在控制精度不高、电路故障率高、体积大、复杂逻辑关系的控制难以实现电路设计通用性差，成本高等缺点。 近年来,液压启动机的发展主要体现在新型液压元件的应用及液压传动与电子控制技术(如PLC)日益结合两大方面。液压传动的优点之一就是易于与电气或电子技术结合,实现动作和操作自动化早期的液压启闭机电气系统通常采用继电器逻辑控制方式,这种系统对于动作较简单的启闭机来说可以满足要求,且价格便宜,查找和排除故障较容易。其缺点是这种控制系统一旦安装,相对来说就固定不变了。此外,对于动作较复杂且有多种运行要求的启闭机,如仍采用这种控制方式,设备将因继电器数量多而变得复杂,同时控制系统的整体可靠性也将降低。随着控制技术的发展及启闭机运行要求的提高,液压启闭机中已渐渐采用了电子控制技术,最具代表性的是可编程逻辑控制器(PLC)控制。与继电器逻辑控制相比,PLC控制最突出的优点在于可靠性高,编程方便、灵活,允许在一定运行经验的基础上对程序加以修改,且易于实现自动控制和遥控。液压传动与PLC控制技术结合后,启闭机的工作性能更加完善。 二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 液压设备系统在世界各国中早已得到了广泛的发展与应用，在60年代它更得到了迅速的发展。当今，液压技术已发展成一门新兴的工业技术，它已不再是单纯的液压传动的概念。在现代工业技术中，它已发展成包括现代机械传动、控制技术与测试技术在内的现代自动化技术，也是现代机械装备的基础技术之一，它为现代工业的机电液一体化创造了向高水平、高性能发展的条件。当今世界，一个国家工业技术装备的液压化率已成为现代工业化的重要标志之一。 长期以来，国内外去多专家学者都竭力对于各种液压启闭机的研究和开发上，对液压式启闭机的伺服控制系统等方面的问题及链式启闭机、螺杆启闭机及曲柄连杆启闭机等都进行了大量细致的研究工作，特别是美、英等国相继研究出一批性能可靠的启闭机。在长期的研究中，这些国家积累了大量的理论知识和丰富的经验，并提出了启闭机传动结构的动力学系统的初步力学模型和数学模型。随着的科技水平和工业技术的发展，液压启闭机需求越来越大。国外对于液压启闭机的设计不断优化。 国内外液压启闭机产业发展现状 2007-2012年全球闸门液压启闭机产业市场规模（单位：美元） 2007-2012年中国闸门液压启闭机行业需求情况（单位：万吨） 液压启闭机最早在我国水利水电工程应用最早的当属官厅水库高压闸门启闭机，长时间以来，由于受到国内工业技术水平的限制，液压启闭机的应用和发展受到了多方面的制约，其中造价昂贵成为了最重要的制约因素。20世纪70年代末，采用厚壁无缝钢管作胚料，经拉镗滚压一次加工成形液压缸内孔工艺的成功实践，是液压缸总成的自重大幅度减轻，从而使液压启闭机方案的经济技术指标大大优化，在工程实践应用中优势骤增，工程实践经验的积累又较大的促使了该项技术的发展，改革开放后，一方面，国内工业技术水平的快速发展，另一方面，国外先进技术和液压元件产品大量进入国内市场，加速了液压启闭机技术的发展，也更加拓宽了其应用前景。今天，工程上使用的液压启闭机已经发展成为集成式液压启闭机，是一种机、电、液、仪为一体的新型启闭机。

水位检测方面： 国外一些发达国家在水位检测设备水平上也存在着较大的差异，其中美国和荷兰的产品和技术代表着当今世界领先水平。在监测设备方面，国外的数据采集终端除了具有数据的自动采集、存储、处理和传输这些基本功能外，在传感器集成、多参数采集、监测设备智能化方面技术也比较成熟。近年来，水位检测已经融入了更多的技术，并已经走进了国内市场。 国内的液位测量系统的自动化程度普遍不高，在可靠性、精度、功能等多方面也都与国外同类产品存在着显著差距。但是随着改革开放的不断深入和我国综合国力的不断提升，国家在科研领域的投入不断加大，近些年来，我国在液位测量技术和测量方法上的发展都比较迅速，也取得了一些可喜的成绩。在超声波液位测量技术方面，第二炮兵工程学院使用常用超声波传感器，利用 ADuC812 芯片改进设计了一款具有可编程、自增益、成本低和扩展消耗等多种优点的新型智能化液位测量系统。 液压技术在水利水电工程中有着广阔的应用和发展前景,水工液压设备也将随着液压技术的发展而继续发展。但是,液压传动与控制专业性、理论性较强,因此,启闭机的设计部门和管理单位应加强专业知识的学习,提高设计、使用和维护人员的技术素质,特别要加强液压元件、液压油及油管的清洁管理的提高,液压启闭机中已渐渐采用了电子控制技术,最具代表性的是可编程逻辑控制器(PLC)控制。与继电器逻辑控制相比,PLC控制最突出的优点在于可靠性高,编程方便、灵活,允许在一定运行经验的基础上对程序加以修改,且易于实现自动控制和遥控。液压传动与PLC控制技术结合后,启闭机的工作性能更加完善,这样的实例国外较多,国内也有一些,如湖北隔河岩水利枢纽溢洪表孔、深孔、电站进水口液压启闭机等。目前,在世界范围内,由PLC操作的水工设备正在普遍使用,而且在发达国家的新设备中可能占据主导地位。水工闸门控制系统的发展趋势将是用PLC进行自动控制,因而,PLC控制技术也将在液压启闭机中发挥越来越重要的作用。 三、论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线 论文主攻方向：基于PLC(可编程控制器)，进行弧形闸门液压启闭机控制系统的设计，实现精准的水位检测、弧形闸门自动启闭闸门开度控制等问题。 根据控制功能选用合适的可编程控制器（PLC）型号，用欧姆龙公司的CP1H控制器进行控制系统软件设计，CP1H是日本欧姆龙新推出的整体式小型机，是一款性价比高、功能完备的通用控制器。其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数、4轴高速脉冲输出、串行通信等功能于一身，CP1H指令丰富，采用任务编程方式，并支持功能块编程方法使编程更加清楚、简便。CP1H取消了手持编程器配置，没有通常的外设接口，取而代之的是USB端口，还有串行通信功能端口2个。利用欧姆龙公司的CP1H控制器编程软件编写控制程序。利用CP1H实现对水位实检测功能，通过对比大量液位传感器、水位计，选用误差小、静的大的水位计，采用绝对式旋转编码器，抗干扰特性强、数据的可靠性高。如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对式编码器 。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。 闸门开度仪的检测工作原理是将较大量程的线位移转化为角位移进行测量，其主要特点是测量精度高，结构紧凑，安装调试方便。产品由不锈钢丝绳、自动排绳机构、收绳机构、光电编码器、精密齿轮丝杆传动机构、位置开关及保护端子排等几个部分组成。闸门运动时，测量轮在收绳机构和钢丝绳的带动下转动，将油缸活塞杆或闸门开度的线位移转换成测量卷筒的角位移，光电编码器将卷筒的角位移量转换成对应的数字（脉冲）量，经开度显示仪处理后，显示出油缸的直接行程量并送PLC进行解算（或直接将编码器信号送PLC处理），得出闸门移动的位移量即闸门当前所处的位置。液压启闭机采用绝对式编码器作为弧形闸门开度的自动检测元件。由于它具有测量精确度高、能动态显示闸门开度位置并能远距离传输数据而参与闸门位置的远方监控等优点，深受广大用户欢迎。编码器测量平面闸门的测量精度较高，而测量弧形门的误差较大。实际使用中，调试人员常常将弧门的整个开度分成若干段，在每一段内，近似地按线性方式来处理。显然，其测量精度与分段多少有很大关系，且只有