一種回轉(zhuǎn)式清污機(jī)自動(dòng)化控制方式的設(shè)計(jì)應(yīng)用

一、概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，為滿(mǎn)足灌溉、調(diào)水、排澇、污水處理等需求，興建了大量泵站工程，泵站直接從河道取水，水中大量的水生植物、生活垃圾、塑料編織物、樹(shù)枝、死畜等漂浮物隨水流流向泵站。這些飄浮物如不及時(shí)清理，一旦進(jìn)入泵站，將造成泵站效率下降、電能大量損耗、設(shè)備運(yùn)行條件惡化，嚴(yán)重時(shí)將造成水泵損壞、泵站失效。因此，站前漂浮物成為泵站安全運(yùn)行一大隱患。近年來(lái)，有關(guān)單位在消化吸收國(guó)外清污機(jī)械先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制出適合我國(guó)國(guó)情的回轉(zhuǎn)式清污設(shè)備，并投入到工程應(yīng)用，一定程度上提高了漂浮物的打撈效率。

目前回轉(zhuǎn)式清污機(jī)已廣泛應(yīng)用在大中泵站，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅江蘇就在50多個(gè)泵站作了運(yùn)用，基本成為泵站標(biāo)準(zhǔn)配置的清污設(shè)備。經(jīng)對(duì)部分泵站使用情況調(diào)查，回轉(zhuǎn)式清污設(shè)備操作簡(jiǎn)單，清污效果好，特別是夏季水草爆發(fā)式增長(zhǎng)期間，清污效果較為明顯。

二、回轉(zhuǎn)式清污機(jī)

回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，又稱(chēng)齒耙鏈回轉(zhuǎn)式清污機(jī)或格柵回轉(zhuǎn)鏈?zhǔn)角逦蹤C(jī)，如圖1所示，是一種將攔污和清污相結(jié)合，能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械式垃圾清理設(shè)備，其結(jié)構(gòu)組成為攔污部分的機(jī)架柵體、動(dòng)力部分的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作部分的回轉(zhuǎn)牽引鏈及齒耙。

設(shè)備的工作方式：由攔污部分的機(jī)架柵體攔住水面上漂浮污物，動(dòng)力部分中的電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速裝置帶動(dòng)?xùn)彭敳恐虚g軸旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)附著在中間軸上的牽引鏈輪帶動(dòng)工作部分的牽引鏈，牽引鏈在柵體前后作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，固定牽引鏈的回轉(zhuǎn)齒耙將被柵體所攔住的污物撈出水面至柵體頂部，當(dāng)齒耙到達(dá)到頂部后翻轉(zhuǎn)，污物在自身重力作用下落到柵體后部的皮帶輸送機(jī)上，最終通過(guò)皮帶輸送機(jī)將污物直接帶送至站側(cè)集污斗內(nèi)或運(yùn)輸車(chē)內(nèi)。

三、設(shè)備控制的現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于清污設(shè)備的自動(dòng)化控制研究主要集中在抓斗類(lèi)的清污機(jī)，如丁鑫偉通過(guò)對(duì)緬甸KUN電站清污機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的介紹，論述了清污機(jī)設(shè)備電氣控制要求和清污機(jī)的運(yùn)行方式，采取PLC多功能編程工具結(jié)合位置編碼器給定的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)清污機(jī)構(gòu)的自動(dòng)循環(huán)控制和自動(dòng)定時(shí)控制。水利部杭州機(jī)械研究所研制了一套自動(dòng)定位清污控制系統(tǒng)，具備手動(dòng)、自動(dòng)兩用功能，并帶有位置記憶和遞進(jìn)功能，并通過(guò)人機(jī)界面系統(tǒng)，使整個(gè)清污機(jī)電控系統(tǒng)具有智能化的優(yōu)良性能。

但是在回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的操控方面，自動(dòng)化程度并不高，設(shè)備運(yùn)行啟停往往需要人工在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操控。雖然有部分工程配有水位傳感器或者載荷限制器，對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟停的自動(dòng)控制，但是經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)效果并不好。因攔污柵柵體本身為過(guò)水設(shè)備，當(dāng)無(wú)污物堆積時(shí)，柵體前后水位落差并不明顯；而要觸發(fā)水位傳感器動(dòng)作，則污物堆積已堵塞于柵體之前，此時(shí)啟動(dòng)設(shè)備，瞬間過(guò)載負(fù)荷有時(shí)會(huì)大過(guò)設(shè)備承載，輕則引發(fā)保護(hù)進(jìn)行動(dòng)作，設(shè)備停機(jī)，重則保護(hù)來(lái)不及動(dòng)作，設(shè)備發(fā)生損壞需要檢修。載荷限制器也有類(lèi)似問(wèn)題，當(dāng)耙齒上所傳遞過(guò)來(lái)的負(fù)荷大于設(shè)定值，設(shè)備觸發(fā)停機(jī)信號(hào)，但是設(shè)備停機(jī)時(shí)河道內(nèi)污物依然在聚集并最終堵塞柵體。此時(shí)排除污物堵塞，恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行的辦法只能是人工進(jìn)行預(yù)清除，打撈部分污物并分散堵塞的污物，整體工作量大且效率低。

四、根據(jù)污物自動(dòng)控制清污機(jī)啟停

若需要實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行，必須增加一種檢測(cè)設(shè)備，可以根據(jù)污物的情況進(jìn)行設(shè)備的自動(dòng)啟停。

經(jīng)過(guò)綜合比較，采用一種光電控制系統(tǒng)作為設(shè)備的主控設(shè)備，其核心部件為一種超長(zhǎng)探測(cè)距離的漫反射光電開(kāi)關(guān)，通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。光電傳感器通常由三部分構(gòu)成，分別為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。

將光電開(kāi)關(guān)裝在直徑300mm的不銹鋼浮球內(nèi)，浮體側(cè)面開(kāi)一視窗作為光電開(kāi)關(guān)的照射窗口，底部有配重（可調(diào)整）保持浮球穩(wěn)定。浮球在垂直于光電開(kāi)關(guān)發(fā)射光的直徑兩側(cè)有兩個(gè)5mm寬的導(dǎo)向槽。在柵體的側(cè)面設(shè)有上下支撐架，兩撐架之間平行拉兩根間距320mm，直徑2.5mm的不銹鋼鋼絲作為浮球的導(dǎo)軌，使浮球能自由、順暢地上下浮動(dòng)，既能保證漫反射光電開(kāi)關(guān)的照射方向始終對(duì)準(zhǔn)柵體前方區(qū)域，又確保了浮體高度可隨水位高低變化，始終保持漫反射光電開(kāi)關(guān)的照射為水線(xiàn)之上。

關(guān)電開(kāi)關(guān)的線(xiàn)纜通過(guò)浮球頂部引出，在上支撐架處設(shè)有恒力收纜設(shè)備，可通過(guò)平衡彈簧自動(dòng)收放線(xiàn)纜，保證了浮體隨水位上下浮動(dòng)時(shí)線(xiàn)纜的正常松緊度，見(jiàn)圖2。

圖1 回轉(zhuǎn)式清污機(jī)圖

線(xiàn)纜最終接入設(shè)置在控制柜的清污機(jī)集中控制儀，它是相對(duì)獨(dú)立同時(shí)又有模擬量信號(hào)輸出以便組網(wǎng)的智能型水位測(cè)控裝置。該儀器采用了嵌入式微電腦控制技術(shù)，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定可靠，精度高，抗干擾能力強(qiáng)。儀表采用多功能16位CPU進(jìn)行運(yùn)算和控制，儀器硬件設(shè)有看門(mén)狗自復(fù)位電路，軟硬件采用多種抗干擾措施，能可靠地工作在各種工業(yè)環(huán)境中。儀表可設(shè)置各種參數(shù)，具有閃存存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)各種預(yù)置參數(shù)，并能掉電永久保存。

圖2 漫反射光電開(kāi)關(guān)工作示意圖

設(shè)備的工作機(jī)理（圖3）：開(kāi)關(guān)發(fā)射紅外線(xiàn)光束，照射到目標(biāo)（也就是柵前污物）時(shí)產(chǎn)生漫反射，當(dāng)有足夠的組合光返回接收器的光接收二極管時(shí)，接收器的驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)始動(dòng)作，輸出信號(hào)至清污機(jī)集中控制儀進(jìn)行邏輯處理。清污機(jī)集中控制儀在接收到開(kāi)關(guān)量信號(hào)后，先進(jìn)行濾波處理，防止因干擾等造成的誤動(dòng)作。如：若信號(hào)有間隔斷續(xù)，說(shuō)明污物外形尺寸不大并隨水波上下浮動(dòng)，或者僅僅是雨滴反射的部分光信號(hào)。只有在一定時(shí)間內(nèi)（可設(shè)定）始終有信號(hào)的出入，控制儀才開(kāi)始輸出下一步操作信號(hào)，進(jìn)入控制回路啟動(dòng)清污機(jī)開(kāi)機(jī)進(jìn)行撈污。當(dāng)污物撈取干凈，水面沒(méi)有聚集物后，關(guān)電接收器無(wú)信號(hào)輸出，控制儀控制設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行30s后（保證耙齒上的污物繼續(xù)隨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)被完全打撈上岸）自動(dòng)停止運(yùn)行，這樣既能保證柵前污物被及時(shí)清除，也無(wú)需讓清污機(jī)始終處于工作狀態(tài)，節(jié)約了設(shè)備的能耗，同時(shí)縮短了設(shè)備的無(wú)效工作時(shí)間，相應(yīng)延長(zhǎng)了設(shè)備的總體使用壽命。

圖3 漫反射光電開(kāi)關(guān)工作原理圖

另在清污機(jī)柵后設(shè)有超聲波水位儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)柵后水位，一并送到“清污機(jī)集中控制儀”處理，對(duì)比根據(jù)上游水文站測(cè)定的水位數(shù)據(jù)（自動(dòng)輸入），當(dāng)兩個(gè)水位的差值大于一定數(shù)值（可設(shè)定），控制儀輸出繼電器信號(hào)，進(jìn)入控制柜的回路，啟動(dòng)清污機(jī)。該項(xiàng)措施作為備用電氣回路控制清污機(jī)的啟停。

五、結(jié)語(yǔ)

回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，可極大提高清污機(jī)的工作效率。通過(guò)自動(dòng)識(shí)別污物，自動(dòng)啟停清污機(jī)，減少了污物的集聚和柵條阻力，提高了回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的自動(dòng)化水平，智能化的增加避免了清污設(shè)備空轉(zhuǎn)發(fā)生，能耗減少，相應(yīng)也延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命■