潘建森：江蘇省通用機電研究所

潘建森（1957－）

    男，江蘇無錫人，高級工程師，主要研究機械設備或生產線的機電一體化控制，包括自動控制系統的PLC設計、編程、安裝、調試，新型電器元件的應用等。

1  概述

江蘇省通用機電研究所生產的部分撈污、擠壓設備及自行設計的整套自動控制系統現安裝于江蘇省南京市的一個水利排灌站，同時正在尋求能夠在市政部門的泵站得到應用。該排灌站的主要功能就是將城外河道的水源引入城內，為水利部門提供排灌，同時也擔當著抗洪排澇的重任。該站的河面寬度約35m，河道上漂流的污物眾多，雜物如果吸入正在運行的水泵，輕者使其葉輪卡死；重者使其葉輪斷裂，導致電機燒壞事故的發生，對排灌站水泵的安全運行帶來了種種隱患。為了確保水道的暢通、防洪防汛以及水環境治理，必須采用格柵（帶有橫豎條的篩子）攔截污物，但是，當污物在格柵前堆積到一定數量后，格柵前后的水位差就會迅速加大，導致水泵抽水困難、功耗增大，同時格柵后的水位快速降低，這時水泵容易抽進空氣而使葉輪等部件產生氣蝕，縮短水泵的使用壽命，所以應及時清除柵前污物，該站采用的回轉式撈污機，可以均勻連續地從河道里撈取污物，以便于后道工序的擠壓。

對排灌站的8個并列格柵和4臺水泵進行統一管理，實現設備全工作過程（抽水、清污、輸送、擠壓）的智能化控制，出現故障及時報警停機并自我診斷，確保其正常運轉，這是筆者設計自控系統的思路和初衷。

排灌設備主要由4臺水泵、8臺撈污機、2臺輸送機（水平和傾斜輸送各1臺）、1臺污物擠壓機和自控系統組成，濕潤的污物經設備處理后，變成干燥的塊狀垃圾，既可減少該站的污物存放場地（在城市尤為重要），又能增加車輛裝載量，減少運輸次數和節約運輸成本；同時可避免運輸途中的拋撒、滴漏所造成的二次污染，有利于環境保護。

2  控制原理

該自控系統分手動、半自動、全自動間歇和全自動水位差等四種方式，操作人員可根據需要任選一種，四種控制方式實現互鎖。

2.1  水泵

在自動狀態下，水泵的開停由水位高度決定，當超聲波傳感器測得的模擬量相當于6m水位時，水泵電機按順序啟動，開始抽水；當模擬量相當于4.5m水位時，水泵全部停止抽水。自控系統根據水量的大小做出判斷，自動選擇開啟水泵的數量。

(1)  水泵1工作30分鐘后還未達到模擬量相對應的低水位（說明水量較大），系統自動開啟水泵2。

(2)  水泵1、2同時工作30分鐘后還未達到低水位（說明水量很大），系統自動開啟水泵3。

(3)  水泵1、2、3同時工作30分鐘后還未達到低水位（說明水量特大），系統自動開啟水泵4。

(4)  水泵1工作30分鐘后還超過高水位（說明水量特大），系統自動開啟水泵2、3、4。

(5)  水泵過載時，熱繼電器將切斷主電路，整套設備停止工作，同時做出水泵電流過載的聲、光報警。

2.2  撈污機

(1)  格柵前后兩個超聲波測得的模擬量相對應的水位之差大于等于300mm時（水泵在開啟狀態，否則就沒有水位差），自控系統通過模擬量比較，按順序啟動撈污電機開始回轉撈取污物。

(2)  格柵前后水位差小于等于50mm時，撈污機全部停止工作。

(3)  撈污機采用雙重安全保護，撈污機過載時，熱繼電器或磁性開關動作，切斷主電路，整套設備停止工作，并做出撈污機電流或機械過載的聲、光報警。

2.3  輸送機

(1)  撈污機啟動數秒鐘后，自控系統啟動輸送電機，水平然后再向上傾斜輸送污物。

(2)  輸送機過載時，熱繼電器將切斷主電路，設備停止工作，同時做出輸送機電流過載的聲、光報警。

2.4  擠壓機

(1)  大推頭動作  箱內污物達到預定高度（可調，調節光電傳感器的垂直角度），2個光電傳感器同時反饋信號，大推頭進（水平初壓）。

(2)  主壓頭動作  大推頭進限位開關動作，主壓頭下（垂直高壓），下壓8秒鐘后，延時15秒鐘進行第一次擠壓污水；主壓頭繼續下（垂直高壓），下限位開關動作，主壓頭停留15秒鐘進行第二次擠壓污水。

(3)  二循環或三循環動作  如果污物擠壓得較松散，可選用“二循環”或“三循環”，擠壓機對污物高壓后，主壓頭和大推頭復位，再把第二批或第三批污物與第一批一起擠壓。

(4)  小門動作  保壓15秒鐘后，小門開（放料），同時主壓頭上。

(5)  小推頭動作  小門開限位和主壓頭上限位開關同時動作，小推頭進將污物推至污物車。

(6)  復位動作  小推頭進限位開關動作，數秒鐘后，小推頭、主壓頭、小門、大推頭按順序復位。

(7)  擠壓機過載時，壓力繼電器或熱繼電器動作，切斷主電路，并做出擠壓機油壓或電流過載的聲、光報警。

(8)  液壓站采用雙重油壓安全保護，當污物初壓或高壓過程中遇到硬物卡住，壓力繼電器動作，切斷主電路，并做出擠壓機油壓過載的聲、光報警；若其失靈，則溢流閥動作，避免液壓部件受損。

2.5  基本動作

①水泵開停（抽水）→②回轉式撈污機開停（撈取污物）→③油泵開停（液壓站工作）→④帶式輸送機開停（輸送污物）→⑤大推頭退、主壓頭上、小門關、小推頭退（復位）→⑥大推頭進（水平初壓）→⑦主壓頭下（垂直高壓）→⑧小門開（放料）→⑨小推頭進（出料至污物車）。

3  控制對象及任務

3.1  控制對象

采用西門子S7-200 PLC主要控制水泵的4臺電機、撈污機的8臺電機、輸送機的2臺電機的開停和液壓站的4個油缸的雙向動作。

其中包括：

(1)  控制手動、半自動、全自動間歇和全自動水位差等四種運行方式。

(2)  控制14臺電機分別完成抽水、撈取污物、輸送污物等動作。

(3)  控制液壓站電機完成復位、水平初壓、垂直高壓、放料、出料等動作。

(4)  控制設備的運行技術安全。即控制各運行方式的互鎖保護；控制垂直方向與水平方向動作的互鎖保護；控制水泵、撈污機、輸送機和油泵的電流過載保護；控制撈污機的機械過載保護；控制液壓站的油壓過載保護。

3.2  控制任務

(1)  實現手動方式控制，即手動獨立完成上述9個基本動作。

(2)  實現半自動方式控制，即自動完成上述基本動作①至動作⑨。

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