【摘 要】通过磁致伸缩线性位移传感器及DP通讯技术的研究，探索线性位移传感器在多泥沙水电站门机水下液压抓梁系统中的应用，建立一套便于操作人员全行程监视门机抓梁在水下就位及穿脱销情况的可视系统，保证门机安全可靠运行。
【关键词】磁致伸缩线性位移传感器；DP通讯技术；可视系统
前言：
梨园水电站位于云南省丽江市玉龙县（右岸）与迪庆州香格里拉县（左岸）交界的金沙江中游河段，是以发电为主，兼顾防洪等综合利用的水利水电枢纽工程。该河段汛期（6～10月）平均悬移质输沙率2076kg/s，沙量2744万t，汛期沙量占全年的97.3%，汛期平均流量2520m3/s，汛期含沙量0.823kg/m3，属于多泥沙流域水电站，环境条件较为恶劣。
梨园水电站共4台机组，额定发电出力为600MW/台，设8孔8扇尾水检修闸门，启闭设备为2×1250kN的尾水单向门机，总起升高度为60m，轨上起升高度11.5m，起升机构配置液压自动抓梁1套，用于水下提起尾水检修闸门。液压自动抓梁选用目前较为常用的普通传感器，该类传感器工作不稳定且容易损坏，操作人员仅能通过司机室指示灯或电流表指针的细微变化来判断抓梁水下就位及穿脱销情况。而当水下起吊闸门时，抓梁入水深度超过40米，需承受水压、水下紊乱水流冲击及多泥沙的恶劣环境，操作人员无法直观判断抓梁水下就位及穿脱销情况，而且此类传感器还存在误报信号的可能，进而导致操作人员判断错误，造成闸门无法正常吊出的安全事故。本文提出的磁致伸缩线性位移传感器及DP通讯技术的应用可以很好的解决上述问题。
一、磁致伸缩线性位移传感器
磁致伸缩线性位移传感器由两部分组成：一部分是套有活动磁铁的测量杆；另一部分是位于测量杆上端的测量电路。磁致伸缩位移传感器主要包括以下幾部分：波导丝、保护管套、移动磁铁、电路板部分。测量管是整个传感器的核心传感部分，这一部分又包括：偏置磁铁、波导丝、保护管套、末端衰减阻尼装置、非接触磁环、转换器输出。
当其工作时，由电子仓内电子电路产生一起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场，当这个磁场与磁环或浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确测出被测的位移和液位。该产品主要应用于要求测量精度高、使用环境较恶劣的位移和液位测量系统中。具有精度高、重复性好、稳定可靠、非接触式测量、寿命长、安装方便、环境适应性强等特点。它的输出信号是一个真正的绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，因此不必像其它液位传感器一样需要定期重标和维护。也正是因为它的输出信号为绝对值，所以即使电源中断重新接通也不会对数据接收构成问题，更无须重新归回零位。
此类传感器主要技术性能为：
（1）、耐水压：20个大气压；（2）、量程：0-1000mm；（3）、分辨率：0.1mm；（4）、系统综合误差：小于1mm；（5）、位移传感器输出信号：4-20mA；（6）、位移传感器供电电源：DC24V；（7）、位移信号显示记录仪表供电电源：AC220V。
由此可见，此类传感器能够很好地满足多泥沙水电站门机水下液压抓梁系统的使用需求。
二、PROFIBUS—DP通讯技术
Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案，广泛适用于制造业自动化、工业自动化和电力等其他领域的自动化。
DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。
传输技术：RS-485双绞线.双线电缆或光缆。波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。
通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送。
设备类型：第一类DP主站（DPM1）是中央可编程控制器，如PLC.PC等。第二类DP主站（DPM2）是编程器.组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备.驱动器.HMI.阀门等）。
Profibus-DP 的协议结构由物理层，现场数据链路层（ FDL），直接数据链路映像层（DDLM）还有一个用户层构成。DP 只采用了 FDL 和 FMAl/2（Fieldbus Management Layer1/ 2）的服务。用户接口层为用户层提供了一个向下的接口，DDLM 层主要就是给用户层或用户接口层和 FDL 提供一个接口。Profibus-DP 中除了主站和从站之间的数据交换，还可以实现主站之间的通信，即 2 类主站和 1 类主站之间的诊断信息的传输。
1 类主站和从站的通信可以通过用户接口来实现，主要是进行数据交换，它们之间实现以下功能：
读DP从站的诊断信息
循环的用户数据交换模
参数化与组态检查
提交控制命令
2 类主站和从站之间主要是监控关系，实现如下功能：
读DP从站的组态
读输入/输出值
对DP从站分配地址
通过主站与主站、主站与从站之间的通信连接，Profibus-DP通信可以满足门机现场数据传输及开关量故障诊断监视，保障可视系统安全可靠运行。
三、系统设计
考虑现场实际情况，操作人员可在司机室通过控制面板对门机抓梁就位、穿脱销到位情况进行实时监控，同时对门机夹轨器、安全制动器、工作制动器、各电源空开、行走起升速度等开关量信号进行检查，快速诊断故障点，所以对系统设计如下：
采用一个一类主站（DPM1）即CPU、一个二类主站（DPM2）即控制面板、相应的DI/DO/AI模块作为从站的系统设计。
该系统可保证操作人员通过控制面板实时全行程监视抓梁水下就位、穿脱销到位情况，同时对门机系统各开关量进行监控，快速诊断故障点，保证门机可靠运行。
四、设备配置
该套系统经梨园水电站尾水门机安装试验后，实验效果良好，门机运行正常，穿脱销可全行程监测，故障诊断快速有效，保证了门机的可靠运行。该套系统主要包含：PLC（电源模块、CPU、DI/DO模块、AI模块）、水密控线盒、穿脱销同步位移传感器、下降就位同步位移传感器、水密插头插座、防水耐承吊电缆、控制面板（6AV2124-0GC01-0AX0）、DP通讯线。
五、结语
门机作为特种设备，其安全运行关系重大，梨园电站地处金沙江中游，全年大部分时间江水泥沙含量较大，运行环境恶劣，该套系统的应用将着力解决门机在水下起吊闸门时操作人员无法准确直观判断抓梁就位、穿脱销到位这一现实问题，为日后其他同类型门机改造或设备合同谈判时明确设备类型提供参考。
【参考文献】
[1]唐志辉.基于Profibus-DP智能通信模块设计及研发[D].湖南大学硕士学位论文，2008.
[2]郑小倩、黄明琪. 基于Profibus-DP通信研究与发现[A].计算机测量与控制，2017.15（5）：695-697.
[3] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用[ M].北京：清华大学出版社，1999.