船闸人字闸门开度仪的故障分析与处理

柏 雪

（长江三峡通航管理局，湖北宜昌 443000）

0 引言

某单级船闸采用机械四连杆机构人字闸门启闭机，该控制系统由冗余PLC 系统、变频旁路双回路、触摸屏操作站以及传感器等设备构成。传感技术在其控制领域有十分广泛的应用，PLC 控制系统依靠传感器的检测输入与工业通信网络，实现人字闸门的远程、现地操作和监控功能。所以对人字闸门控制系统相关传感器的研究与故障处理对船闸运行可靠性和安全性有重要意义。

1 船闸人字闸门位置检测装置现状分析

船闸人字闸门的位置传感器主要分布在顶枢处和人字闸门机架处，主要由行程限位开关、极限开关和开度仪组成。

1.1 行程限位开关

行程限位开关是船闸中确保人字闸门开门关门准确停机的重要传感器，为确保人字闸门开关门的可靠性，船闸在顶枢安装有接近感应式行程开关，人字闸门机架上安装机械触碰行程开关，这两个行程开关互为冗余。主要以接近感应式行程开关进行发讯，机械触碰式行程开关作为保护发讯。当一只行程开关出现故障时，另一只开关可以正常工作，确保人字闸门开关门可靠性。

某单级船闸人字闸门顶枢处使用施耐德XS1 N30PA349电容式接近开关，测量原理为开关构成电容器的一个极板，另一个极板为接地外壳，当物体接近感应开关时，会导致电容介电常数变化，使电容量发生变化，开关电路状态改变表现为接通或者断开，从而改变PLC 的输出状态。

机械触碰式行程开关安装于人字闸门扇形齿轮内外拖轮行走的导轨上，当人字闸门开终或关终时，行程开关上面的摇杆被撞击而接通开关，触发动作。

1.2 极限开关

在人字闸门启闭机扇形齿轮导轨上，开/关终行程开关后面设置有机械触碰式的极限开关。当人字闸门到达开/关终未能正常触发开/关终信号而继续运行时，内外拖轮上的机架触碰到极限开关，触发开/关极限开关发讯，人字闸门停机。这一机制可确保人字闸门安全可靠运行。

1.3 人字闸门开度传感器

人字闸门开度仪是显示人字闸门开度的检测装置，可以在上位机直观了解人字闸门开度数值，是顶枢重要的传感器部件。闸门的同步运行控制的直接参与者为闸门开度仪，为了减少开度仪出现误动作的次数，需要利用极限开关对其输出的位置信号进行判断，确保其动作的准确性。

2 船闸人字闸门开度仪的应用

2.1 闸门开度仪工作原理

闸门开度仪在运行中采集的各类数据均是模拟量，需要转化为数字量之后才能输出到计算机监控中进行分析，其中模拟量有两种形式：①电模拟量；②非电模拟量。两种模拟量转化为数字量的流程有些许不同，首先非电模拟量需利用各类传感器将其转化为电模拟量，再通过变送器转化为0～5 V 或4～20 mA的标准电模拟量，接着将标准电模拟量输入到PLC 模拟量输入模块中，利用A/D 转换器将标准电模拟量转化为数字量信号，最后由CPU 对输入的数字量信号进行分析、判断。

船闸开度仪安装在顶枢上，开度仪的旋转轴位于顶枢中心点，当人字闸门开关门过程中，顶枢同人字闸门一同运动，唯有顶枢旋转中心位置是不发生改变的。顶枢旋转中心联轴器与旋转编码器相连，故旋转编码器与顶枢中心点同步旋转，从而完成从选装角度到旋转编码器产生格雷码信号的转化过程，人字闸门启闭机自动化控制系统接收到格雷码信号，将数字量输入到计算机监控中进行显示。

2.2 闸门开度仪的应用

某单级船闸检测使用的是法国生产的XCC2510 单圈绝对值编码器，如图1 所示。该编码方式为格雷码，解码为二进制码的方式通过异或转换，分辨率为8192 点。机械轴与编码器轴存在联动关系，当机械轴转动时，编码器轴也会随之转动，并带动码盘旋转。码盘上分为不透明扇区和透明扇区，扇区内部安装有光敏二极管，当码盘旋转时，二极管产生的光线透过透明扇区被光敏二极管捕捉到，产生电信号，电信号通过转换器转化为数字量信号之后输入到处理器中，最终以数字量信息来反映机械轴转动的角度位置。某单级船闸人字闸门采用单圈绝对值编码器对人字闸门角位移进行检测，它的功能主要是闸门开度显示、左右闸门同步运行控制。开度仪提供的闸门开度曲线图是运行人员判定系统运行状态的重要依据之一。

图1 XCC2510 单圈绝对值编码器

3 人字闸门开度仪常见故障分析与处理

计算机监控中心通过开度仪采集到的人字闸门的位置信息进行分析，从而在屏幕上实时反映出闸门的开度状态，完成两侧闸门的同步运行控制。若开度仪发生故障，从而产生误动作，将会导致两侧闸门运行速度不同步，易对闸室内的船舶造成较大的安全隐患。下面，将对开度仪常见的故障进行分析，并提出针对性的处理方法。

3.1 信号翻零点

绝对值编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。因此，当电源断开时，绝对值编码器的示值并不会与实际的位置分离，电源再次接通，当前的位置读数依旧是有效的。

绝对值编码器的零点之下就是编码的循环最大值，无论是单圈绝对值，还是多圈绝对值在置零点时，调整不当可能会引发数据跳到最大值，导致数据溢出原来的设定范围，造成人字闸门运行速度异常。另外，绝对值编码器还需要考虑旋转方向，若发生反向，则数据将会显示出由大变小，影响运行人员判断。

因此，当编码器信号出现翻零点时，旋转编码器使零点躲过全行程即可。

3.2 信号曲线呈锯齿状

当绝对值编码器的信号曲线呈现出锯齿状时，可能的原因有两个：①引线开路或短路；②PLC 输入模块或连接器故障。

故障处理方法：①检查引线或端子排接线，紧固端子或更换引线；②紧固连接器或更换输入模块。

3.3 无信号或信号无变化

导致绝对值编码出现无信号或信号无变化的情况时，可能的原因有以下三个：①SSI 模块故障；②电源故障；③传动装置断裂。

故障处理方法：①更换模块；②更换引线或电源；③修复传动装置。

4 结束语

本文详细介绍了某单级船闸人字闸门开度仪的相关内容。人字闸门开度仪，在人字闸门开度位置监测系统中，开度仪是不可或缺的传感器之一，其正常运行关系到人字闸门的同步运行控制。因此，运行人员需在人字闸门开关时，时刻关注开度仪数字信号是否处于正常范围内，其变化幅度是否正常，两侧闸门的开度位置是否相差过大等。当人字闸门开度仪出现故障后，维修人员应当高效可靠的处理故障，确保船闸的安全运行。