Nh− đã phân tích trong mục 1.2, chúng ta thấy rằng trong hầu hết các hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công sử dụng trong n−ớc hiện nay th−ờng dùng hệ thống thuỷ lực cho điều khiển nâng hạ các cửa van cung. Còn hệ thống điều khiển nâng hạ các cửa van phẳng cho cửa nhận n−ớc có thể dùng cả hai ph−ơng pháp điều khiển bằng thuỷ lực và điều khiển bằng tời điện hay cầu trục chân dê. Tuy nhiên để có thể chế tạo đ−ợc các hệ thống điều khiển có thể đáp ứng cho cả hệ thống các van cung và các van phẳng, ng−ời ta dùng hệ thống điều khiển thuỷ lực vì nó đáp ứng đ−ợc các tiêu chuẩn, yêu cầu điều khiển hệ cơ khí thuỷ công và có thể chế tạo thành dạng chuẩn hoá thiết bị cơ khí thuỷ công do các đơn vị trong n−ớc chế tạo. Vì vậy trong phần này chúng ta sẽ quan tâm đến các hệ thống điều khiển nâng hạ cửa van cung và cửa van phẳng dùng hệ thống điều khiển thuỷ lực.
Tr−ớc hết, để làm rõ chức năng của thiết bị điều khiển trạm tại chỗ, chúng ta xét sơ đồ tổng thể của hệ thống điện, thuỷ lực và các thiết bị cơ khí cho hệ thống điều khiển cửa van nh− trên H 2.1. Trong đó: trạm điều khiển tại chỗ sẽ nhận nguồn động lực từ tủ phân phối đặt tại phòng điều khiển nhóm (điều khiển từ xa) trên đập để cấp nguồn điện cho các bơm dầu, các động cơ chốt treo, động cơ bơm lọc dầu và hệ thống điều khiển trạm tại chỗ. Các động cơ bơm dầu đ−ợc khởi động hoặc dừng bởi các tín hiệu điều khiển của ng−ời vận hành hay của hệ thống tự động PLC, cung cấp dầu áp lực cho hệ thống các van phân phối dầu đến các xi lanh thuỷ lực. Các xi lanh thuỷ lực này đ−ợc kết nối cơ khí để nâng hoặc hạ cửa van theo yêu cầu điều khiển. Ngoài ra tại tất cả các công đoạn, đều có các tín hiệu đo l−ờng, cảnh báo gửi về trạm điều khiển tại chỗ và từ xa để đảm bảo an toàn vận hành hệ thống.
Nh− ở H 2.1, thì ngoài trạm điều khiển tại chỗ đ−ợc mô tả chi tiết nh− trên H 2.2, thì hệ thống còn có các khối chức năng sau:
Hình 2.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống điện, thuỷ lực hệ thống nâng hạ cửa van trạm điều khiển tại chỗ - hệ thống cơ khí thuỷ công
- Khối “Bồn dầu & Bơm dầu” thông th−ờng sẽ bao gồm 01 bồn chứa dầu và 02 bơm dầu trong đó 01 bơm hoạt động còn 01 bơm trong trạng thái dự phòng. Để đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn, tin cậy, đối với bồn dầu luôn đ−ợc trang bị các thiết bị báo mức dầu và đo nhiệt độ dầu trong bồn. Đối với các bơm dầu, sẽ có các tín hiệu trạng thái của từng bơm, tình trạng dòng, áp khi vận hành, áp suất đầu ra áp lực, đôi khi động cơ bơm dầu còn đ−ợc trang bị cảm biến đo nhiệt độ của động cơ.
- Khối “Van thuỷ lực & Xi lanh thuỷ lực”: Bình th−ờng hệ thống van thuỷ lực chia ra thành 02 cặp van cơ bản là van nâng và van hạ, ngoài ra còn có van không tải, khi hệ thống không vận hành, thì van không tải luôn luôn mở cho dầu áp lực trả về bồn chứa. Khi một trong hai cặp van nâng và hạ hoạt động, thì van không tải đóng lại, ngăn không cho dầu áp lực trở về bồn để tăng áp và đ−a sang xi lanh thuỷ lực tạo lực nâng hay hạ xi lanh. Xi lanh thuỷ lực là loại làm việc hai chiều. Nếu áp lực dầu phía d−ới cao, nó sẽ tạo ra lực nâng xi lanh cùng cửa van cung. Khi áp lực phía trên và phía d−ới van cân bằng thì nó sẽ dừng lại để giữ cửa ở vị trí làm việc. Do đặc điểm của dầu thuỷ lực không chịu nén, nên khi l−ợng dầu trong xi lanh cố định, thì cửa không thể hạ xuống đ−ợc. Các thiết bị đo l−ờng cơ bản trong khối này bao gồm các công tắc trạng thái của các van, các công tắc áp suất đ−ờng dầu, các công tắc giới hạn của xi lanh. Trong một số tr−ờng hợp khi sử dụng bộ đo góc quay của ổ trục xi lanh, thì còn có tín hiệu t−ơng tự trả về góc mở của cửa van cung. Ngoài ra trong kết cấu của khối này có thể còn có thêm môđun đồng bộ giữa hai xi lanh khi chiều rộng cửa van lớn hơn 10 mét.
- Khối van cung hoặc van phẳng: là phần kết cấu cơ khí chặn n−ớc chính. Việc dịch chuyển lên hay xuống của nó đ−ợc xi lanh thuỷ lực tác động để kéo hay hạ làm đóng hay mở cửa van. Phần thiết bị đo l−ờng của nó chủ yếu là đo l−ờng vị trí, các công tắc giới hạn mức mở cửa. Ngoài ra khi dùng thiết bị mã hoá (encoder) để giám sát độ mở cửa van, thì kết cấu cơ khí của nó sẽ cho phép gắn thêm thiết bị quay này vào hệ thống dịch chuyển của cửa van.
- Khối “Chốt treo & Bơm lọc dầu”: Là khối phụ, chốt treo th−ờng có một động cơ dẫn động có đảo chiều, gắn với hộp số để đóng và nhả chốt cơ khí khi cửa van
dừng một thời gian dài tại hạn vị trên của cửa. Thông th−ờng mỗi một cửa van có 02 chốt cơ khí. Còn thiết bị bơm lọc dầu bao gồm một bơm lọc và một màng lọc, tác dụng của nó nhằm loại bỏ những tạp chất trong dầu do quá trình vận hành và bụi bẩn tạo ra, đảm bảo cho hệ thống thuỷ lực vận hành an toàn. Các tín hiệu đo l−ờng của khối này bao gồm những công tắc trạng thái của bơm và của bộ lọc, tình trạng của van lọc và trạng thái của các chốt treo cơ khí.
Sơ đồ khối chức năng của trạm điều khiển tại chỗ đ−ợc thể hiện trên H 2.2. Trong đó chúng ta có thể mô tả các khối chức năng của nó nh− sau:
- Khối thiết bị đóng cắt và bảo vệ nguồn động lực: gồm các thiết bị nh− áp tô mát, công tắc tơ, rơle nhiệt, ... cấp nguồn cho các động cơ, các thiết bị điều khiển ... trong hệ thống và đảm bảo các chức năng bảo vệ ngắn mạch, quá tải, quá áp ... của các thiết bị. Khối này sẽ nhận các tín hiệu điều khiển từ các ng−ời vận hành qua các công tắc vận hành và từ thiết bị điều khiển PLC qua hệ thống các rơle điều khiển.
- Khối các công tắc vận hành: bao gồm các nút ấn, đèn tín hiệu, các đồng hồ hiển thị trạng thái của cả hệ thống. Nó có chức năng nhận các tín hiệu của ng−ời vận hành cho điều khiển hệ thống và chức năng giao diện ng−ời-máy.
- Khối PLC và hệ thống điều khiển bao gồm các bộ PLC, ch−ơng trình điều khiển và các rơle điều khiển dùng cho việc giao tiếp, kết nối với các thiết bị điều khiển, nhận các giá trị đo l−ờng và các tín hiệu điều khiển của ng−ời vận hành. Khối này có chức năng điều khiển tự động hệ thống theo ch−ơng trình đặt sẵn, bảo vệ và cảnh báo, giao tiếp truyền thông với hệ thống điều khiển từ xa (điều khiển nhóm).
- Khối cầu đấu có chức năng là các điểm nối động lực và điều khiển đến các phần nguồn, hệ thống thuỷ lực, phần điều khiển và phần trạm từ xa.
- Khối thuỷ lực và phần cửa van đã đ−ợc mô tả chi tiết nh− ở trên.