闸门LCU结构的设计原则及故障分析*

周林虎

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁沈阳 110166）



闸门LCU结构的设计原则及故障分析*

周林虎

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁沈阳 110166）

【摘 要】本文阐述了闸门LCU结构设计的主要原则，并结合机柜各部分的结构原理及实际工程经验，对在项目实施中遇到的一些具体故障进行了详细介绍和分析，并提出了解决方法。

【关键词】闸门LCU；设计原则；机柜；回路故障；分析

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

*基金资助:辽宁省水利科技指导性计划项目（201112）

目前控制单元（LCU）在水利工程中被广泛应用，它是闸门、泵站等水利机电设备实现自动控制的“大脑”，在水利管理单位的日常工作中起着举足轻重的作用，使闸门和泵站实现了“无人值班，少人值守”。LCU的设计不仅要求实用、操作方便，还需在其发生故障时，能迅速查找原因并排除故障，以免造成损失。

1　概 述

当前水利监控系统一般设置集控级和现地控制单元（LCU）级。闸门现地控制单元（LCU）是闸门控制的核心单元，它控制的部分是闸门启闭机、闸门制动器、闸门锁锭等。根据控制设备的不同，LCU内的设备也不同，所以在进行LCU结构设计时需考虑的问题也不同。大体上分柜外因素和柜内因素，柜外因素包括安放位置（室内、室外、是否挂壁安装）、温度、湿度要求、美观要求等；柜内因素包括外部电源类型、信号数量、动力设备、通信设备等。

2　闸门LCU结构设计原则

闸门LCU设计的总原则是安全可靠、经济实用。结合LCU结构设计的柜外因素和柜内因素，将其各部分的设计原则分述如下:

机柜分为标准柜和非标准柜，标准柜使用比较多的有TG6型和NF型。TG6型机柜防护等级比较低，抵抗恶劣环境的能力比较差，适合放置在外部环境比较好的地方，一般柜顶开散热孔、装金属网和挡灰板。NF型防护等级大于IP54，至少能保证灰尘进入的数量不会对设备造成伤害，并具有防喷水功能；NF型机柜为了提高防护等级，柜顶封闭，但是这种设计会影响散热，必要时应附加散热装置。

挂在墙壁上的控制箱在示意图中应示意壁挂用耳朵。对于户外放置的机柜，需在柜顶加防雨檐，防护等级也比较高，柜顶及后门封闭或加密封条。对于机房内放置网络设备的机柜，因为对通风性要求较高，在设计时可以后门冲孔，增强机柜的通风散热性能。

对于单机柜的LCU，一般考虑侧门是因为现场检修及安装拆卸设备方便，对于双机柜的LCU，如果为并排放置，应考虑是否侧门开孔，便于柜间走线，如果不是并排放置，一般是通过盘底及外部桥架或电缆沟走线。如果对防水要求比较高，那么考虑侧门封闭。机柜前门根据实际需要决定是否安装限位装置。

机柜后门的设计一般为双开门并在门下方开进气隔栅，便于空气形成对流。对于屏后安装衬板的，为了拆卸设备方便，尽量保留双开门。对于接线端子过多的情况可以通过增加横端子导轨来解决。内部竖走线槽为容量比较大的5055（内部/外部走线槽），横走线槽为容量比较小的5035（内部走线槽），5035的宽度大约为1U，这样不但容量合理，而且布局美观。对于外部配线量比较多的，外侧用户走线槽可以使用5080。

对于高度比较大的PLC，比如MB80、Quantum，安装在5-13U的位置，占用8个U的高度；对于高度一般的PLC，比如MB60、MB40、Premium、M340系列，安装在5U开始的位置，占用6～7个U的高度；对于高度比较小的PLC，比如GE90、GE VersaMax、Siemens 300系列，安装在5—10U的位置，占用5个U的高度；对于高度更小的PLC，比如MB 20、Siemens 200系列，安装在5—8U的位置，占用3个U的高度。另外，按钮、把手的布置摆放在考虑操作方便的同时，还应考虑摆放的美观。机柜电源面如图1所示，现地控制面板如图2所示。

图1　机柜电源面板

图2　现地控制面板

3　回路故障分析及解决方法

现地控制级（LCU监控层）完成对闸门数据的采集、处理及触摸屏控制操作的显示［1］。闸门现地控制单元（LCU）的故障比较常见，故障的种类也多种多样。带动力回路的LCU设计风格虽然较多，但总的来说故障可分为动力回路故障和控制回路故障两类。

3.1动力回路及故障分析

3.1.1 动力回路

图3　闸门LCU动力回路

比较常见的动力回路是由断路器、接触器、热继电器组成的，有的回路也会配有快速熔断器。闸门LCU动力回路如图3所示。外部动力电源首先接入机柜的大电流端子，然后接入进线断路器。断路器在运行中可以投退电力设备和线路，在系统运行中起着重要作用［2］。进线断路器作为机柜动力电源的总开关是紧急情况下切断动力电源的保护设备（触发断路器的脱钩线圈）。在闸门开启或关闭过程中，发现有紧急情况，如闸门卡阻、船闸下有船只等，系统立即切换到急停控制模式，迅速停止正在运行的闸门［3］。接触器是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以控制负载的电器，它是二次回路控制一次回路的跨接设备，与热继电器共同为电机的远程控制、自动保护提供了可能。熔断器是防止热继电器熔黏无法分闸时的又一个电机过流保护设备，在断路器和熔断器之间可以安装电压、电流采集和显示设备。

3.1.2故障分析及解决方法

如果接触器吸合，则发生动力回路故障。可能原因如下:未送动力电源（380V）或动力电源故障（未投入、接线松动或缺相）；断路器、熔断器、接触器或热继电器故障；电动机或卷扬机部件故障。

排除故障时首先必须断开动力电源总闸，确保断路器进线没电，然后合上断路器，将转换手柄拨到现地位置，手动启门使接触器吸合（也可以用改锥按压接触器实现），启门接触器吸合后用电表进行测量。一个电表表针放在断路器动力进线侧1、3、5号接线端，另一个分别测热继电器动力出线侧2、4、6号接线端，测量电表蜂鸣（不通则动力回路故障）。如果动力回路故障，则分别测量断路器1、3、5号接线端与熔断器出线、断路器2、4、6号接线端的导通性能，据此判断出故障的设备。

如果上面的方法未发现故障，则有可能发生动力电源故障（未投入、接线松动或缺相）、电动机故障、卷扬机部件（抱闸、锁锭等）故障，可以通过测量通电后动力电源电压、电机电压和检查抱闸、锁锭来判断故障类型并根据具体问题进行解决。

3.2控制回路及故障分析

3.2.1控制回路及功能

闸门LCU控制回路原理如图4所示。图4中:QF表示进线断路器，它的脱钩线圈可受按钮和计算机控制，并且不受控制权限和控制方式限制，以便紧急情况时用。KM1表示开门接触器，KM2表示关门接触器，为了避免开门和关门接触器同时闭合造成事故，在它们的控制回路里分别串入对方的常闭触点。SA1表示控制权（现地、远方）把手，SA2表示控制方式（手动、自动）把手。SB1表示停门按钮，SB2表示开门按钮，SB3表示关门按钮，其中SB1、SB2并联了相应接触器的常开触点，起到自保持的功能。FR表示热继电器，常闭触点保证电气过载故障的情况下接触器跳开，起到保护电机的作用。XBAK表示备用闭锁端子，可以接入启闭机荷重传感器的触点，在启闭机机械过载的情况下及时停门。DO1、DO2、DO3分别表示自动开门、关门、紧急停门开出继电器。另外XDO表示开出端子，KD表示闸门限位开关，闭锁全开和全关时的自动停门。根据图4以及上文的分析，可得出控制回路的功能，见下表。

图4　闸门LCU控制回路

控制回路功能表

3.2.2故障分析及解决方法

控制回路涉及的设备比较多，故障的种类和排除的方法也比较复杂。在控制过程中，如果现地手动启闭门时，电机未运行，接触器未吸合，则为控制回路故障。分析可能原因是未送控制电源（220V）或控制电源故障，另外也存在把手、按钮、开度仪接点、限位开关、接触器辅助触点或接触器故障的可能性。

排除故障时断开空气开关，确保

柜内无220V电源。把手拨到现地手动位置状态，一个电表表针放在SB1-11，另一个分别测SB1-12、SA1-14、SA2-14，如果不通则把手触点故障或接线松动。把按钮SB2、SB3按下后分别测量SB2-14、SB3-14、KD-2、KD-4、KM1-62、KM2-62是否导通，判断是否开关门按钮、开度仪、接触器辅助触点故障。通过测量XBAK-1与XBAK-2、FR-96是否导通，判断外部闭锁或热继电器辅助触点故障。

如果以上未发现故障，则合上空气开关，测量接触器的A1、A2接点之间的电压是否为220V，如果是，则接触器故障，如果不是，则外部220V电源故障。如果按钮控制闸门时，按钮按下接触器动作，松开后接触器复归，则是接触器自保持用的触点故障。

若在现地自动时电机未运行，首先观察上位机简报和触摸屏里的开入、模入点的状态，观察是否有明显异常。确定控制权限正确、触摸屏与PLC无异常、确认触摸屏与PLC之间的通讯正常。如果继电器动作，但是接触器未吸合，则控制回路故障。这时可采用上述手动时排除故障的方法，但是需要另外增加测量SA2-11与SA2-12之间，DO1、DO2开出触点是否故障。

4　结 论

一个美观实用的LCU给人的感觉是不同的，它减小了维护难度、减轻了运行人员的工作强度，同时还提高了闸门启闭系统设备的可靠性和自动化水平。闸门LCU设计的总原则是安全可靠、经济实用。在具体设计过程中，要同时考虑柜外因素和柜内因素。及时消除设备隐患确保设备完好率和可调率，有利于进一步提高水利调度的及时性和准确性。文中提出的排除故障的方法在系统检修时比较实用，并已逐渐成为闸门LCU回路调试及故障排除的通用方法。■

参考文献

［1］ 张百敏，宋智，倪健.岗南水库闸门计算机监控系统的应用［J］.水电自动化与大坝监测，2010，34（4）:82-84.

［2］ 王瑞雪.断路器的电气控制回路原理及工程问题研究［J］.热电技术，2007（2）:48-49.

［3］ 徐鸣，史恒，吕国芳.射阳河闸闸门多模式控制的设计与实现［J］.水电自动化与大坝监测，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

中图分类号：TV663

文献标志码：A

文章编号：1005-4774（2016）02-0025-03