潘建森：江蘇省通用機(jī)電研究所

潘建森（1957－）

    男，江蘇無錫人，高級工程師，主要研究機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)線的機(jī)電一體化控制，包括自動控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計、編程、安裝、調(diào)試，新型電器元件的應(yīng)用等。

1  概述

江蘇省通用機(jī)電研究所生產(chǎn)的部分撈污、擠壓設(shè)備及自行設(shè)計的整套自動控制系統(tǒng)現(xiàn)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(yīng)用。該排灌站的主要功能就是將城外河道的水源引入城內(nèi)，為水利部門提供排灌，同時也擔(dān)當(dāng)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(yùn)行的水泵，輕者使其葉輪卡死；重者使其葉輪斷裂，導(dǎo)致電機(jī)燒壞事故的發(fā)生，對排灌站水泵的安全運(yùn)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(huán)境治理，必須采用格柵（帶有橫豎條的篩子）攔截污物，但是，當(dāng)污物在格柵前堆積到一定數(shù)量后，格柵前后的水位差就會迅速加大，導(dǎo)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(jìn)空氣而使葉輪等部件產(chǎn)生氣蝕，縮短水泵的使用壽命，所以應(yīng)及時清除柵前污物，該站采用的回轉(zhuǎn)式撈污機(jī)，可以均勻連續(xù)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(jìn)行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)設(shè)備全工作過程（抽水、清污、輸送、擠壓）的智能化控制，出現(xiàn)故障及時報警停機(jī)并自我診斷，確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這是筆者設(shè)計自控系統(tǒng)的思路和初衷。

排灌設(shè)備主要由4臺水泵、8臺撈污機(jī)、2臺輸送機(jī)（水平和傾斜輸送各1臺）、1臺污物擠壓機(jī)和自控系統(tǒng)組成，濕潤的污物經(jīng)設(shè)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(yùn)輸次數(shù)和節(jié)約運(yùn)輸成本；同時可避免運(yùn)輸途中的拋撒、滴漏所造成的二次污染，有利于環(huán)境保護(hù)。

2  控制原理

該自控系統(tǒng)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(jù)需要任選一種，四種控制方式實現(xiàn)互鎖。

2.1  水泵

在自動狀態(tài)下，水泵的開停由水位高度決定，當(dāng)超聲波傳感器測得的模擬量相當(dāng)于6m水位時，水泵電機(jī)按順序啟動，開始抽水；當(dāng)模擬量相當(dāng)于4.5m水位時，水泵全部停止抽水。自控系統(tǒng)根據(jù)水量的大小做出判斷，自動選擇開啟水泵的數(shù)量。

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

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

(3)  水泵1、2、3同時工作30分鐘后還未達(dá)到低水位（說明水量特大），系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)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(jī)

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

(2)  格柵前后水位差小于等于50mm時，撈污機(jī)全部停止工作。

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

2.3  輸送機(jī)

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

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

2.4  擠壓機(jī)

(1)  大推頭動作  箱內(nèi)污物達(dá)到預(yù)定高度（可調(diào)，調(diào)節(jié)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(jìn)（水平初壓）。

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

(3)  二循環(huán)或三循環(huán)動作  如果污物擠壓得較松散，可選用“二循環(huán)”或“三循環(huán)”，擠壓機(jī)對污物高壓后，主壓頭和大推頭復(fù)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(guān)同時動作，小推頭進(jìn)將污物推至污物車。

(6)  復(fù)位動作  小推頭進(jìn)限位開關(guān)動作，數(shù)秒鐘后，小推頭、主壓頭、小門、大推頭按順序復(fù)位。

(7)  擠壓機(jī)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(jī)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(hù)，當(dāng)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(jī)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(zhuǎn)式撈污機(jī)開停（撈取污物）→③油泵開停（液壓站工作）→④帶式輸送機(jī)開停（輸送污物）→⑤大推頭退、主壓頭上、小門關(guān)、小推頭退（復(fù)位）→⑥大推頭進(jìn)（水平初壓）→⑦主壓頭下（垂直高壓）→⑧小門開（放料）→⑨小推頭進(jìn)（出料至污物車）。

3  控制對象及任務(wù)

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(jī)、撈污機(jī)的8臺電機(jī)、輸送機(jī)的2臺電機(jī)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(yùn)行方式。

(2)  控制14臺電機(jī)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(jī)完成復(fù)位、水平初壓、垂直高壓、放料、出料等動作。

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

3.2  控制任務(wù)

(1)  實現(xiàn)手動方式控制，即手動獨(dú)立完成上述9個基本動作。

(2)  實現(xiàn)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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