潘建森：江苏省通用机电研究所

潘建森（1957－）

    男，江苏无锡人，高级工程师，主要研究机械设备或生产线的机电一体化控制，包括自动控制系统的PLC设计、编程、安装、调试，新型电器元件的应用等。

1  概述

江苏省通用机电研究所生产的部分捞污、挤压设备及自行设计的整套自动控制系统现安装于江苏省南京市的一个水利排灌站，同时正在寻求能够在市政部门的泵站得到应用。该排灌站的主要功能就是将城外河道的水源引入城内，为水利部门提供排灌，同时也担当着抗洪排涝的重任。该站的河面宽度约35m，河道上漂流的污物众多，杂物如果吸入正在运行的水泵，轻者使其叶轮卡死；重者使其叶轮断裂，导致电机烧坏事故的发生，对排灌站水泵的安全运行带来了种种隐患。为了确保水道的畅通、防洪防汛以及水环境治理，必须采用格栅（带有横竖条的筛子）拦截污物，但是，当污物在格栅前堆积到一定数量后，格栅前后的水位差就会迅速加大，导致水泵抽水困难、功耗增大，同时格栅后的水位快速降低，这时水泵容易抽进空气而使叶轮等部件产生气蚀，缩短水泵的使用寿命，所以应及时清除栅前污物，该站采用的回转式捞污机，可以均匀连续地从河道里捞取污物，以便于后道工序的挤压。

对排灌站的8个并列格栅和4台水泵进行统一管理，实现设备全工作过程（抽水、清污、输送、挤压）的智能化控制，出现故障及时报警停机并自我诊断，确保其正常运转，这是笔者设计自控系统的思路和初衷。

排灌设备主要由4台水泵、8台捞污机、2台输送机（水平和倾斜输送各1台）、1台污物挤压机和自控系统组成，湿润的污物经设备处理后，变成干燥的块状垃圾，既可减少该站的污物存放场地（在城市尤为重要），又能增加车辆装载量，减少运输次数和节约运输成本；同时可避免运输途中的抛撒、滴漏所造成的二次污染，有利于环境保护。

2  控制原理

该自控系统分手动、半自动、全自动间歇和全自动水位差等四种方式，操作人员可根据需要任选一种，四种控制方式实现互锁。

2.1  水泵

在自动状态下，水泵的开停由水位高度决定，当超声波传感器测得的模拟量相当于6m水位时，水泵电机按顺序启动，开始抽水；当模拟量相当于4.5m水位时，水泵全部停止抽水。自控系统根据水量的大小做出判断，自动选择开启水泵的数量。

(1)  水泵1工作30分钟后还未达到模拟量相对应的低水位（说明水量较大），系统自动开启水泵2。

(2)  水泵1、2同时工作30分钟后还未达到低水位（说明水量很大），系统自动开启水泵3。

(3)  水泵1、2、3同时工作30分钟后还未达到低水位（说明水量特大），系统自动开启水泵4。

(4)  水泵1工作30分钟后还超过高水位（说明水量特大），系统自动开启水泵2、3、4。

(5)  水泵过载时，热继电器将切断主电路，整套设备停止工作，同时做出水泵电流过载的声、光报警。

2.2  捞污机

(1)  格栅前后两个超声波测得的模拟量相对应的水位之差大于等于300mm时（水泵在开启状态，否则就没有水位差），自控系统通过模拟量比较，按顺序启动捞污电机开始回转捞取污物。

(2)  格栅前后水位差小于等于50mm时，捞污机全部停止工作。

(3)  捞污机采用双重安全保护，捞污机过载时，热继电器或磁性开关动作，切断主电路，整套设备停止工作，并做出捞污机电流或机械过载的声、光报警。

2.3  输送机

(1)  捞污机启动数秒钟后，自控系统启动输送电机，水平然后再向上倾斜输送污物。

(2)  输送机过载时，热继电器将切断主电路，设备停止工作，同时做出输送机电流过载的声、光报警。

2.4  挤压机

(1)  大推头动作  箱内污物达到预定高度（可调，调节光电传感器的垂直角度），2个光电传感器同时反馈信号，大推头进（水平初压）。

(2)  主压头动作  大推头进限位开关动作，主压头下（垂直高压），下压8秒钟后，延时15秒钟进行第一次挤压污水；主压头继续下（垂直高压），下限位开关动作，主压头停留15秒钟进行第二次挤压污水。

(3)  二循环或三循环动作  如果污物挤压得较松散，可选用“二循环”或“三循环”，挤压机对污物高压后，主压头和大推头复位，再把第二批或第三批污物与第一批一起挤压。

(4)  小门动作  保压15秒钟后，小门开（放料），同时主压头上。

(5)  小推头动作  小门开限位和主压头上限位开关同时动作，小推头进将污物推至污物车。

(6)  复位动作  小推头进限位开关动作，数秒钟后，小推头、主压头、小门、大推头按顺序复位。

(7)  挤压机过载时，压力继电器或热继电器动作，切断主电路，并做出挤压机油压或电流过载的声、光报警。

(8)  液压站采用双重油压安全保护，当污物初压或高压过程中遇到硬物卡住，压力继电器动作，切断主电路，并做出挤压机油压过载的声、光报警；若其失灵，则溢流阀动作，避免液压部件受损。

2.5  基本动作

①水泵开停（抽水）→②回转式捞污机开停（捞取污物）→③油泵开停（液压站工作）→④带式输送机开停（输送污物）→⑤大推头退、主压头上、小门关、小推头退（复位）→⑥大推头进（水平初压）→⑦主压头下（垂直高压）→⑧小门开（放料）→⑨小推头进（出料至污物车）。

3  控制对象及任务

3.1  控制对象

采用西门子S7-200 PLC主要控制水泵的4台电机、捞污机的8台电机、输送机的2台电机的开停和液压站的4个油缸的双向动作。

其中包括：

(1)  控制手动、半自动、全自动间歇和全自动水位差等四种运行方式。

(2)  控制14台电机分别完成抽水、捞取污物、输送污物等动作。

(3)  控制液压站电机完成复位、水平初压、垂直高压、放料、出料等动作。

(4)  控制设备的运行技术安全。即控制各运行方式的互锁保护；控制垂直方向与水平方向动作的互锁保护；控制水泵、捞污机、输送机和油泵的电流过载保护；控制捞污机的机械过载保护；控制液压站的油压过载保护。

3.2  控制任务

(1)  实现手动方式控制，即手动独立完成上述9个基本动作。

(2)  实现半自动方式控制，即自动完成上述基本动作①至动作⑨。

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