在船閘液壓系統中，磁致伸縮位移傳感器的精準檢測至關重要。然而，當傳感器發生故障時，如何快速診斷并采取有效措施，保障船閘的正常運行，成為技術人員面臨的挑戰。

液壓缸是將液壓能轉換成活塞往復運動機械能的執行元件，在工程、農業、機床設備、礦山冶金、石油化工、交通運輸、輕工等行業中得到廣泛應用。在需要對液壓缸 進行精確控制的場合，就需使用各種位移傳感器對活塞位置進行精確測量，以實現相關控制功能。液壓缸行程有外置式和內置式兩種測量方法。通常，外置行程測量的液壓缸維護方便、檢修容易，但占用空間大、易損壞；而內置行程測量的液壓缸雖然維護檢修不便，但具有占用空間小、不怕外力沖擊、對安裝環境沒有特殊要求、受外界環 境干擾小、不易損等優點，因此，近年來在液壓控制系統中得到廣泛應用。

隨著磁性科學和傳感技術的發展，研制出磁致伸縮位移傳感器。該傳感器以其高精度及可靠性得到用戶的高度認可，也被廣泛用于液壓缸的行程檢測。本文以善后河樞紐船閘液壓系統為例，介紹帶 RF 系列磁致伸縮位移傳感器液壓缸的液壓系統的組成和工作原理，以及該傳感器的故障處理。

1 船閘機電系統組成

1.1 液壓啟閉機組成

善后河樞紐船閘于 2019 年建成投用，閘、閥門啟閉機采用直推式液壓機型，閘門啟閉機布置在上下閘首邊墩的空箱內，閥門啟閉機布置在二層機房內，每個閘首一側的閘門和閥門啟閉機共用一臺泵站，泵站內部閥件采用 PARKER 公司產品。閘、閥門電機為 ABB 三相變頻電機，功率分別為 15、11kW。 閘、閥門油泵均為 PARKER 恒壓變量柱塞泵，排量分別為 32ml/r 和 46ml/r。 閘、閥門油缸均帶博爾森磁致伸縮位移傳感器，油缸內徑為 250mm， 活塞桿外徑為 180mm， 最大行程為 4200mm （工作行程：閘門為 4100mm；閥門為 4000mm）。MTS 位移傳感器為 RFM4270MD601A01 型，其長度為 4270mm，供電電壓為 24VDC， 輸出信號為 4～20mA 模擬量，接口形式為 6 針航空插頭（公母配套）。

1.2 啟閉機控制系統

根據直推式液壓機型、人字閘門運行方式以及輸水系統灌、泄水要求，閘、閥門啟閉機以變速方式運行。啟閉機控制系統由上位機及 2 套施耐德 PLC 組成，實現對上、下閘首 閘，閥門等機械設備的控制。每套 PLC 系統由一個主站和一 個遠程站組成，其中主站采用 Schneider TSX Quantum 系列 PLC， 遠程站采用 Schneider TSX Quantum 系列 RIO， 兩者通 過專用電纜相連。控制系統的網絡結構如圖 1 所示。

在閘門啟閉機液壓控制系統中，由 ATV71HD15N4 變頻器控制電機頻率改變電機和油泵的轉速來實現無級變速，頻率范圍為 18～50Hz。在啟閉機啟、閉過程中，變頻器先以低頻 18Hz 運行，并通過位移傳感器實時檢測油缸活塞桿運行位置；在閘門運行到某位置（總行程的 10%，可調整）后，便開始逐步升至工頻運行；待閘門運行到另一設定位置（總行程 90%，可調整）后，再由高頻逐步降至低頻運行直至終點。正常情況下，閘門啟、閉時間控制在 3min 以內。在運行過程中，博爾森磁致伸縮位移傳感器實時檢測油缸活塞桿行程情況，并通過組態軟件在工控機上顯示，以方便操作人員觀測閘門運行狀況。

在閥門啟閉機液壓控制系統中，由 ATV71HD15N4 變頻器控制電機頻率改變電機和油泵的轉速來實現無級變速。閥門開啟時，電機先以 0.7m/min 的速度（頻率為 21Hz）運行 1min；隨后 2min，運行速度從 0.7m/min 緩升至 1.5m/min；再以 1.5m/min 速度運行到位。強制關閉閥門時，電機以 1.84m/min（可調）的速度運行。閥門平水關閉時，采用差動回路。通過油缸內安裝的博爾森磁致伸縮位移傳感器，操作員可隨時觀察閥門運行情況。

2 故障現象

2023 年 6 月，在下游左岸閘門啟閉過程中，其變頻器一直低頻（18Hz）運行，閘門運行較慢，導致左、右岸閘門運行不同步，每次開關時差近 3min（正常開關門需 3min，現在約需 6min），嚴重影響船閘的運行速度。同時，左、右岸閘門運行不同步，閘門關閉到位時極易產生錯位，導致閘門在漲落水過程中抖動，給船閘運行帶來重大安全隱患。因此，有必要查明故障原因并予以排除，使閘門盡快恢復正常運行。

3 故障分析及確認

導致變頻器在工作過程中頻率不變的故障原因有兩個：變頻器本身故障；變頻器未收到變頻信號。

為查明變頻器是否有故障，首先對變頻器的各項參數進行檢查，并與其它三臺變頻器進行比較，結果未發現異常，因此變頻器設置沒有問題。接著，對變頻器的接線進行檢查，未發現線路有中斷、松動、短路現象；對變頻器各接線端子信號進行檢測，信號正常。根據以上檢查結果初步判斷變頻器正常。為了驗證這一判斷，將上下游左、 右岸的變頻器進行調換，左岸故障仍存在，故可以確定變頻器不存在故障，導致變頻器在工作過程中頻率不變的原因應是變頻器未收到變頻信號。

由于變頻器變頻觸發信號來自博爾森磁致伸縮位移傳感器的行程檢測，因此在閘門運行過程中對傳感器的輸出信號進行檢測，結果顯示無信號輸出。檢查磁致伸縮位移傳感器接線，未發現接線有破損、斷線及短路等現象，24VDC 供電電源信號正常，但無 4～20mA 模擬量輸出。在線調閱 PLC 控制程序，發現在閘門運行過程中檢測不到閘門開度信號，因而無法產生變頻信號。查看工作站計算機上的組態畫面，發現下左閘門運行中的開度模擬顯示尺度 不變，只在閘門開關到位后才跳變。綜上可推定磁致伸縮位移傳感器存在故障。為驗證這一判斷，調換下左、下右閘門油缸中的磁致伸縮傳感器進行測試，下左閘門恢復正常運行，而下右閘門出現了上述故障現象。至此，已可確定故障由磁致伸縮位移傳感器損壞引發。

4 故障處理

博爾森磁致伸縮傳感器損壞，需對其進行更換，但是磁致伸縮傳感器無備件且訂貨周期非常長。為保證在訂貨期間閘門的運行安全，先后采取了兩種臨時處理方法。

方法一：通過調整變頻器的運行頻率，實現兩側閘門運行同步。經過多次調整和測試，將左岸閘門變頻器低頻設置為 30Hz。實際運行情況表明，左岸閘門的恒速運行時間與右岸閘門的變速運行時間基本一致，保證了左、右 岸閘門的同步運行；但是開、關過程中，左岸閘門以勻速方式運行，開關到位時速度也不降，對液壓系統沖擊較大，且左、右閘門關到位時易產生撞擊，不利于設備的運行安全。

方法二：通過調整 PLC 系統控制程序，實現兩側閘門的同步運行。由于 PLC 程序中各閘門變頻器的變頻觸 發信號均為本閘門油缸中磁致伸縮位移傳感器的位置信號（開度），因此考慮在程序中利用右岸閘門油缸中磁致伸縮位移傳感器的位置信號來實現對左岸閘門變頻器的控制。由于同一閘首的左、右岸閘門正常時均是同時啟閉，因此利用一側的閘門位置信號可實現對兩側閘 門運行的控制。基于此，對 PLC 中的控制程序進行了局部調整，利用右岸閘門油缸中磁致伸縮位移傳感器的位置信號同時觸發左、右岸變頻器，并將左岸閘門變頻器的低頻和高頻設置與右岸一致。調整后，下游兩扇閘門變頻器工作正常，閘門運行平穩，且實現了閘門的同步運行。

5 結束語

雖然博爾森磁致伸縮位移傳感器不是船閘電氣控制系統的核心元器件，但其性能的好壞直接關系到系統的運行安全。因此，隨著磁致伸縮位移傳感器在船閘中應用數量的增多，應不斷加強對此類傳感器結構、工作原理 的學習，以確保船閘電氣控制系統的正常工作。

審核編輯 黃宇