合适的清污设备控制方式分析

2015-04-18刘新泉刘雪芹

江苏水利 2015年12期

刘新泉刘雪芹

（江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏南京 210029）

0 引言

南水北调东线工程兴建泵站主要任务是向北方调水，从长江下游抽引江水，利用京杭大运河及与其平行的河道逐级通过泵站提水北送；城市防洪工程兴建泵站主要是引水和排涝，城市有涝水时通过泵站向外河排涝，需要改善城市水环境时通过泵站向内河引水。随着城市工业的发展和人民生活水平的提高，无论是运河还是城市河道，水系中各种污物越来越多，给泵站的运行带来种种隐患，不仅使水头损失加大，机组效率降低，而且影响泵站安全运行。为确保水道的畅通、防洪防汛以及水环境治理，必须及时清除河道污物。过去大多数泵站采用固定式拦污格栅，当污物在格栅前堆积到一定数量后进行人工打捞，每次工作都需要花费大量的人力、物力和财力，且工作效率低、劳动强度大，还有一定的危险性，因此，有必要设置机械式清污设备替代人工劳动。

1 清污设备

清污设备分几种类型，如抓斗式清污机和回转齿耙式清污机等，泵站根据污物的种类组成可选择设置不同类型的清污设备。目前，泵站大多采用回转齿耙式清污机，即在进水口拦污栅前设置回转式清污机，安装皮带输送机，清污机先将污物打捞上来，再通过皮带输送机送至集污仓，在集污仓将污物打包后用车运走，整个过程可实现自动化运转。清污机的驱动装置处设置有剪切式安全销，当超载或发生意外时，剪切销可瞬时切断，以保护设备不被损坏。

2 控制方式

清污设备的控制方式大体上分为三种：第一种是就地操作，这是早期的控制方式，既简单又方便，操作人员在现场通过户外控制箱上的按钮即可对清污设备进行操作。第二种是集中控制，现场控制箱仍保留，在室内设集中控制台（屏），操作人员可以在室内对所有清污设备进行操作，改善了操作人员的工作条件，以上两种方式都是常规的手动控制。第三种是自动控制，即利用传感器和可编程控制器自动控制清污设备的运行，操作人员可以在控制室通过计算机对清污设备进行远控操作。

随着计算机控制技术的发展和普及，泵站自动化已成为水利工程的一个亮点，对清污设备的控制实现了自动闭环运行和人工远控操作功能。根据泵站不同控制要求，清污机可以通过设定时间进行控制，设定相应的开停次数及循环时间；也可以通过水位进行控制，根据格栅前后水位差控制设备运行。一般设计思路：将PLC安装于现场控制箱内，通过通讯方式与控制室上位机联网，这样可省去很多控制信号线。清污设备电气主回路采用常规控制设备，如断路器、接触器和热继电器等，其控制回路与手动控制回路基本相似，仅在手动操作按钮上并接和串接PLC 的远控接点，同时设有“现地/远方”转换开关，保证现地优先操作的基本功能。清污机格栅前后设有水位传感器或压差传感器，信号送至PLC，当达到设定水位差时，PLC 发出指令使清污机自动投入运行，水位差小于设定值时则停机；皮带输送机的皮带下方设有压敏传感器，当荷重达到设定值时，皮带输送机自动投入运行，小于设定值时则停机；也可以通过设定时间的方法进行控制，即在清污机工作一段时间后自动开启皮带输送机，清污机停机一段时间后自动停止皮带输送机。PLC 配置电源、CPU 和以太网通信接口，以及开关量输入输出和模拟量模块，接受传感器模拟量信号和设备开关量反馈信号，对PLC 进行编程发出控制指令，并将设备的运行状态信号传输给控制室上位机实时显示。

3 问题发现

在控制系统建成后进入设备调试阶段，可模拟一个信号输入PLC 使清污设备工作，只要编程正确、信号准确、接线无误，均能实现清污设备的自动控制。但往往泵站投入正常运行后，清污设备的控制运行效果并不理想，有时甚至适得其反。比如：格栅前污物明显不多清污机却在工作，或者污物很多清污机却不打捞，皮带上堆积了不少污物输送机并不运转，此时智能化、自动化失效，最终还需工作人员在上位机手动发出命令来控制操作运行。

分析其原因，还是由于自动化程度要求高而引起的。首先，自动控制必须依赖各种传感器，在格栅前后的隔墩中预埋管道，安装传感器，因受水质影响，传感器工作一段时间后探头表面结垢严重，感压膜片灵敏度下降，影响了测量精度，故造成拒动现象；若采用非接触器传感器，如安装超声波或雷达水位计，精度是提高了，但代价也大，且现场很难找到合适的位置安装，污物掉落也会损坏水位计。其次，传感器有使用寿命，从目前许多泵站清污设备安装的传感器使用情况看，实际运行一两年大多开始失效，传感器本身质量是一个影响因素，更重要的是工作环境比较恶劣。如：在皮带下安装有压敏传感器，由于污物没有完全脱落，皮带上有残留物以及污渍，时间一长会渗漏聚集在传感器表面，人工无法清理干净，最后导致传感器失灵。

4 解决方法

最原始的方法也是最可靠的方法。早期清污设备的控制是在现场进行操作，运行人员一边操作一边观察清污设备的运行情况，能确保清污机正常有效工作。现在依然可以采用这种方法，只不过将人工观察改成了用高清摄像机监视。泵站一般都建有视频系统，可以考虑安装摄像机来监视清污设备的运行，只要安装位置合适，格栅前的污物便一览无余，再由人工判断后在上位机发出指令使清污设备投入运行，这种方法简单有效，投资也省。当然，还需要在格栅前后安装压差传感器，以观察清污效果，满足自动化控制的要求。