合適的清污設(shè)備控制方式分析

劉新泉 劉雪芹

（江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇南京 210029）

0 引言

南水北調(diào)東線工程興建泵站主要任務(wù)是向北方調(diào)水，從長江下游抽引江水，利用京杭大運河及與其平行的河道逐級通過泵站提水北送；城市防洪工程興建泵站主要是引水和排澇，城市有澇水時通過泵站向外河排澇，需要改善城市水環(huán)境時通過泵站向內(nèi)河引水。隨著城市工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，無論是運河還是城市河道，水系中各種污物越來越多，給泵站的運行帶來種種隱患，不僅使水頭損失加大，機組效率降低，而且影響泵站安全運行。為確保水道的暢通、防洪防汛以及水環(huán)境治理，必須及時清除河道污物。過去大多數(shù)泵站采用固定式攔污格柵，當污物在格柵前堆積到一定數(shù)量后進行人工打撈，每次工作都需要花費大量的人力、物力和財力，且工作效率低、勞動強度大，還有一定的危險性，因此，有必要設(shè)置機械式清污設(shè)備替代人工勞動。

1 清污設(shè)備

清污設(shè)備分幾種類型，如抓斗式清污機和回轉(zhuǎn)齒耙式清污機等，泵站根據(jù)污物的種類組成可選擇設(shè)置不同類型的清污設(shè)備。目前，泵站大多采用回轉(zhuǎn)齒耙式清污機，即在進水口攔污柵前設(shè)置回轉(zhuǎn)式清污機，安裝皮帶輸送機，清污機先將污物打撈上來，再通過皮帶輸送機送至集污倉，在集污倉將污物打包后用車運走，整個過程可實現(xiàn)自動化運轉(zhuǎn)。清污機的驅(qū)動裝置處設(shè)置有剪切式安全銷，當超載或發(fā)生意外時，剪切銷可瞬時切斷，以保護設(shè)備不被損壞。

2 控制方式

清污設(shè)備的控制方式大體上分為三種：第一種是就地操作，這是早期的控制方式，既簡單又方便，操作人員在現(xiàn)場通過戶外控制箱上的按鈕即可對清污設(shè)備進行操作。第二種是集中控制，現(xiàn)場控制箱仍保留，在室內(nèi)設(shè)集中控制臺（屏），操作人員可以在室內(nèi)對所有清污設(shè)備進行操作，改善了操作人員的工作條件，以上兩種方式都是常規(guī)的手動控制。第三種是自動控制，即利用傳感器和可編程控制器自動控制清污設(shè)備的運行，操作人員可以在控制室通過計算機對清污設(shè)備進行遠控操作。

隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展和普及，泵站自動化已成為水利工程的一個亮點，對清污設(shè)備的控制實現(xiàn)了自動閉環(huán)運行和人工遠控操作功能。根據(jù)泵站不同控制要求，清污機可以通過設(shè)定時間進行控制，設(shè)定相應(yīng)的開停次數(shù)及循環(huán)時間；也可以通過水位進行控制，根據(jù)格柵前后水位差控制設(shè)備運行。一般設(shè)計思路：將PLC安裝于現(xiàn)場控制箱內(nèi)，通過通訊方式與控制室上位機聯(lián)網(wǎng)，這樣可省去很多控制信號線。清污設(shè)備電氣主回路采用常規(guī)控制設(shè)備，如斷路器、接觸器和熱繼電器等，其控制回路與手動控制回路基本相似，僅在手動操作按鈕上并接和串接PLC 的遠控接點，同時設(shè)有“現(xiàn)地/遠方”轉(zhuǎn)換開關(guān)，保證現(xiàn)地優(yōu)先操作的基本功能。清污機格柵前后設(shè)有水位傳感器或壓差傳感器，信號送至PLC，當達到設(shè)定水位差時，PLC 發(fā)出指令使清污機自動投入運行，水位差小于設(shè)定值時則停機；皮帶輸送機的皮帶下方設(shè)有壓敏傳感器，當荷重達到設(shè)定值時，皮帶輸送機自動投入運行，小于設(shè)定值時則停機；也可以通過設(shè)定時間的方法進行控制，即在清污機工作一段時間后自動開啟皮帶輸送機，清污機停機一段時間后自動停止皮帶輸送機。PLC 配置電源、CPU 和以太網(wǎng)通信接口，以及開關(guān)量輸入輸出和模擬量模塊，接受傳感器模擬量信號和設(shè)備開關(guān)量反饋信號，對PLC 進行編程發(fā)出控制指令，并將設(shè)備的運行狀態(tài)信號傳輸給控制室上位機實時顯示。

3 問題發(fā)現(xiàn)

在控制系統(tǒng)建成后進入設(shè)備調(diào)試階段，可模擬一個信號輸入PLC 使清污設(shè)備工作，只要編程正確、信號準確、接線無誤，均能實現(xiàn)清污設(shè)備的自動控制。但往往泵站投入正常運行后，清污設(shè)備的控制運行效果并不理想，有時甚至適得其反。比如：格柵前污物明顯不多清污機卻在工作，或者污物很多清污機卻不打撈，皮帶上堆積了不少污物輸送機并不運轉(zhuǎn)，此時智能化、自動化失效，最終還需工作人員在上位機手動發(fā)出命令來控制操作運行。

分析其原因，還是由于自動化程度要求高而引起的。首先，自動控制必須依賴各種傳感器，在格柵前后的隔墩中預埋管道，安裝傳感器，因受水質(zhì)影響，傳感器工作一段時間后探頭表面結(jié)垢嚴重，感壓膜片靈敏度下降，影響了測量精度，故造成拒動現(xiàn)象；若采用非接觸器傳感器，如安裝超聲波或雷達水位計，精度是提高了，但代價也大，且現(xiàn)場很難找到合適的位置安裝，污物掉落也會損壞水位計。其次，傳感器有使用壽命，從目前許多泵站清污設(shè)備安裝的傳感器使用情況看，實際運行一兩年大多開始失效，傳感器本身質(zhì)量是一個影響因素，更重要的是工作環(huán)境比較惡劣。如：在皮帶下安裝有壓敏傳感器，由于污物沒有完全脫落，皮帶上有殘留物以及污漬，時間一長會滲漏聚集在傳感器表面，人工無法清理干凈，最后導致傳感器失靈。

4 解決方法

最原始的方法也是最可靠的方法。早期清污設(shè)備的控制是在現(xiàn)場進行操作，運行人員一邊操作一邊觀察清污設(shè)備的運行情況，能確保清污機正常有效工作?，F(xiàn)在依然可以采用這種方法，只不過將人工觀察改成了用高清攝像機監(jiān)視。泵站一般都建有視頻系統(tǒng)，可以考慮安裝攝像機來監(jiān)視清污設(shè)備的運行，只要安裝位置合適，格柵前的污物便一覽無余，再由人工判斷后在上位機發(fā)出指令使清污設(shè)備投入運行，這種方法簡單有效，投資也省。當然，還需要在格柵前后安裝壓差傳感器，以觀察清污效果，滿足自動化控制的要求。

5 探討

目前，泵站自動化控制已經(jīng)成為泵站控制運行的一種手段，但并不是選用設(shè)備越先進，自動化程度越高，就越符合泵站控制運行要求，泵站運行最終考核的是安全可靠和經(jīng)濟實用。因此，需要合理配置自動化儀器和設(shè)備，使泵站運行管理水平提高一個層次，以適應(yīng)水利現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，同時還要講究實用性，做到經(jīng)久耐用才會更受歡迎。