耙吸挖泥船液压电气控制浅析

李凯

（中港疏浚有限公司，上海 200120）

液压传动技术是以液体（主要是矿物油，并假设几乎不可坑被压缩）为工作介质，通过液压泵/马达，液压阀、液压缸、液压附件等各种元件和控制检测手段，实现能量的转换、传递和控制的技术，是重要的基础技术，也是实现现代传动和控制的关键技术之一。液压传动系统的组成部件包括动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件。

液压系统的优点之一：传动容易实现自动化，易于对液体压力、流量或流动方向进行调节或控制，如与电气控制、电子控制或者气动控制的功能结合。随着液压技术的发展，利用电信号对液压油的流向、压力、流量进行远距离控制的比例控制阀在船舶液压设备中普遍使用。

1 耙吸挖泥船液压系统简介

耙吸挖泥船液压系统构成如图1所示。主液压系统由左舷液压泵（A、B、C）、右舷液压泵（H、G、F）两个液压站构成，两个液压站各自负责相应的设备。在特定情况下，可通过替代功能，激活各自泵站内液压泵的互相替代；在应急操作模式下，可实现左舷液压C泵替代全船液压系统。

图1 IHDCS液压系统SCADA界面

液压系统的电气构成原理图如图2所示。本船局域网采用以太网形式，实现各大系统之间的通信连接。

图2 液压系统控制原理简图

疏浚数据服务器：（1）整个液压系统和电控系统如疏浚闸阀、高压冲水蝶阀、大泥门、小泥门、预泄泥门、波浪补偿器、溢流堰、耙管绞车、锚机、系泊绞车、艏吹接头绞车、耙管等进行监视、遥控控制、状态指示。（2）疏浚系统的自动报表、历史趋势图、诊断、记录等功能。（3）过程数据显示及自动控制功能，如耙臂位置显示、溢流堰自动控制（吃水控制）、自动低密度排放等。

艉液压PLC：负责液压系统的指令接收和处理，包括各液压泵的遥控启动、停止、液压泵功能替代和液压泵压力、流量的比例调节；液压系统安全运行监视例如油位、油温等；液压系统执行元件如油缸、油马达的方向控制；液压控制中的逻辑判断：整个液压系统牵涉的疏浚工程设备很多，各设备间也存在连锁和优先权限划分。原则上一个液压泵负责单一的设备，但是当需要更大的液压流量时，可以增加投入的泵的数量。同一时间内，整个系统可以进行多个操作。但是，如果两个设备在同一个管路上或者共用一个液压泵，则不能进行同时操作，因此对于所需压力低的设备将会首先动作。如果不同的用户需要同时动作，那么就需要这些设备的供油泵不是同一台液压泵，并且要求管路连接也是独立的。如果确实需要多个用户共用一台液压泵，液压泵的输出流量将根据所有用户的需求进行叠加。但是，不能超过液压泵所能提供的最大流量。在这种情况下，压力的设定将选择所有用户中最高的压力设定。

液压泵：作为液压系统的动力元件，根据不同设备所需的不同压力、流量执行液压PLC的使能信号输出。液压泵的运行状态由艉液压PLC发送到服务器，服务器再通过全船计算机网络传送到PMS PLC。

2 典型的故障分析

日常施工过程中，液压系统也会发生各类的故障，本文就“小泥门无法正常步进动作”举例，进行相关故障分析。

故障现象：右舷液压F、G泵驱动的12扇右小泥门在SCADA中发出步进动作5%时，小泥门打开开度无法保证准确。

故障分析：依据原理图2，分段分区域排查。（1）泵浦：液压泵是否正常启动，加载卸载是否正常。（2）设备控制：疏浚控制系统发出指令后，针对同一设备，液压PLC给液压放大卡的给定信号是否一致；液压放大卡输出至电磁阀信号是否一致；电磁阀线圈阻值是否一致；液压泵产生的压力是否正常。（3）逻辑控制：针对不同设备，液压PLC给定放大卡的信号是否产生变化；液压放大卡输出至电磁阀的信号是否随给定变化而变化；液压泵压力是否发生变化。（4）反馈：小泥门在液压动作正常情况下，反馈至PLC的行程指示信号是否正常。

故障测试：下列表所示为几个主要测试结果。

表1得到的结论，G泵自身存在零位飘移问题，无法正常卸载，对问题产生一定的影响。

表1 液压泵加载卸载状况

表2得到的结论：压力、流量电磁阀线圈阻值基本正常，不是导致问题的主要原因。

表2 压力和流量比例阀线圈电阻的测量

表3得到的结论：经过测试对比，发现对应不同设备PLC的输出是有变化的；PLC的输出变化对应的放大卡输出也随之变化；放大卡电流的变化并未使得液压泵的压力没有随之变化，导致液压泵使能时压力很高且压力不变。由此分析，泵体上的阀件存在问题。

表3 相同液压泵不同设备对比

由表4、5得到结论：经过同一侧每扇小泥门之间对比，同一侧同一扇小泥门打开与步进对比，不同侧的小泥门之间对比，可以确认PLC对外输出的压力和流量调节信号稳定，有细微差别；液压放大卡对外输出稳定。由此，可排除液压控制PLC、放大卡的问题。

表5 流量调节测试

故障总结：右边小泥门步进动作不正常并非一个点的问题，而是由多个环节产生的一个综合故障。液压泵自身零位不准，液压泵压力、流量比例调节阀卡堵，是本次故障产生的主要因素。

3 结语

本船液压系统已使用15年，部分工程机械设备平时不常用，部分工程机械不间断在用，问题的发生与平时的管、用、养、修有很大的关系。因此，若要保证设备功能正常，需定期对系统做以下工作。

（1）记录并保存流量、压力在不同设备，相同设备不同工况下，PLC给放大卡信号的准确数值，例如，左耙头低速上升、高速上升、低速下降、高速下降时PLC给放大卡的流量和压力信号。

（2）工程机械控制对各设备的压力和流量要求。例如，小泥门动作时的准确压力、流量。

（3）液压泵的台架实验，校准零位。保证液压泵的正常启动、加载和卸载，及对信号反应的准确性。

（4）得到PCD放大卡输出的压力信号0～2500mA，流量信号0～800mA各阶段的压力值和流量值，例如每10mA对应的压力值以及每5mA对应的流量值（或者更加细化）。

有上述标准，再去调整放大卡的放大曲线，得到PCD放大卡细化的使能信号输入对应输出的压力信号值和流量信号值。PLC、放大卡、液压泵站保持标准后，如发现不正常的现象即为外部设备所致，无须调节上述设备。