一種回轉式清污機自動化控制方式的設計應用

一、概述

隨著我國經濟建設快速發展，為滿足灌溉、調水、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、樹枝、死畜等漂浮物隨水流流向泵站。這些飄浮物如不及時清理，一旦進入泵站，將造成泵站效率下降、電能大量損耗、設備運行條件惡化，嚴重時將造成水泵損壞、泵站失效。因此，站前漂浮物成為泵站安全運行一大隱患。近年來，有關單位在消化吸收國外清污機械先進技術的基礎上，研制出適合我國國情的回轉式清污設備，并投入到工程應用，一定程度上提高了漂浮物的打撈效率。

目前回轉式清污機已廣泛應用在大中泵站，據不完全統計，僅江蘇就在50多個泵站作了運用，基本成為泵站標準配置的清污設備。經對部分泵站使用情況調查，回轉式清污設備操作簡單，清污效果好，特別是夏季水草爆發式增長期間，清污效果較為明顯。

二、回轉式清污機

回轉式清污機，又稱齒耙鏈回轉式清污機或格柵回轉鏈式清污機，如圖1所示，是一種將攔污和清污相結合，能夠連續運轉的機械式垃圾清理設備，其結構組成為攔污部分的機架柵體、動力部分的傳動機構和工作部分的回轉牽引鏈及齒耙。

設備的工作方式：由攔污部分的機架柵體攔住水面上漂浮污物，動力部分中的電動機通過減速裝置帶動柵頂部中間軸旋轉，再通過附著在中間軸上的牽引鏈輪帶動工作部分的牽引鏈，牽引鏈在柵體前后作回轉運動，固定牽引鏈的回轉齒耙將被柵體所攔住的污物撈出水面至柵體頂部，當齒耙到達到頂部后翻轉，污物在自身重力作用下落到柵體后部的皮帶輸送機上，最終通過皮帶輸送機將污物直接帶送至站側集污斗內或運輸車內。

三、設備控制的現狀

目前國內關于清污設備的自動化控制研究主要集中在抓斗類的清污機，如丁鑫偉通過對緬甸KUN電站清污機的結構特點的介紹，論述了清污機設備電氣控制要求和清污機的運行方式，采取PLC多功能編程工具結合位置編碼器給定的數據，實現清污機構的自動循環控制和自動定時控制。水利部杭州機械研究所研制了一套自動定位清污控制系統，具備手動、自動兩用功能，并帶有位置記憶和遞進功能，并通過人機界面系統，使整個清污機電控系統具有智能化的優良性能。

但是在回轉式清污機的操控方面，自動化程度并不高，設備運行啟停往往需要人工在現場進行操控。雖然有部分工程配有水位傳感器或者載荷限制器，對設備進行啟停的自動控制，但是經過實際應用發現效果并不好。因攔污柵柵體本身為過水設備，當無污物堆積時，柵體前后水位落差并不明顯；而要觸發水位傳感器動作，則污物堆積已堵塞于柵體之前，此時啟動設備，瞬間過載負荷有時會大過設備承載，輕則引發保護進行動作，設備停機，重則保護來不及動作，設備發生損壞需要檢修。載荷限制器也有類似問題，當耙齒上所傳遞過來的負荷大于設定值，設備觸發停機信號，但是設備停機時河道內污物依然在聚集并最終堵塞柵體。此時排除污物堵塞，恢復設備運行的辦法只能是人工進行預清除，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、根據污物自動控制清污機啟停

若需要實現回轉式清污機的自動化運行，必須增加一種檢測設備，可以根據污物的情況進行設備的自動啟停。

經過綜合比較，采用一種光電控制系統作為設備的主控設備，其核心部件為一種超長探測距離的漫反射光電開關，通過把光強度的變化轉換成電信號的變化，從而實現系統的控制。光電傳感器通常由三部分構成，分別為：發送器、接收器和檢測電路。

將光電開關裝在直徑300mm的不銹鋼浮球內，浮體側面開一視窗作為光電開關的照射窗口，底部有配重（可調整）保持浮球穩定。浮球在垂直于光電開關發射光的直徑兩側有兩個5mm寬的導向槽。在柵體的側面設有上下支撐架，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軌，使浮球能自由、順暢地上下浮動，既能保證漫反射光電開關的照射方向始終對準柵體前方區域，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關的照射為水線之上。

關電開關的線纜通過浮球頂部引出，在上支撐架處設有恒力收纜設備，可通過平衡彈簧自動收放線纜，保證了浮體隨水位上下浮動時線纜的正常松緊度，見圖2。

圖1 回轉式清污機圖

線纜最終接入設置在控制柜的清污機集中控制儀，它是相對獨立同時又有模擬量信號輸出以便組網的智能型水位測控裝置。該儀器采用了嵌入式微電腦控制技術，功能強大，性能穩定可靠，精度高，抗干擾能力強。儀表采用多功能16位CPU進行運算和控制，儀器硬件設有看門狗自復位電路，軟硬件采用多種抗干擾措施，能可靠地工作在各種工業環境中。儀表可設置各種參數，具有閃存存儲器，可存儲各種預置參數，并能掉電永久保存。

圖2 漫反射光電開關工作示意圖

設備的工作機理（圖3）：開關發射紅外線光束，照射到目標（也就是柵前污物）時產生漫反射，當有足夠的組合光返回接收器的光接收二極管時，接收器的驅動繼電器開始動作，輸出信號至清污機集中控制儀進行邏輯處理。清污機集中控制儀在接收到開關量信號后，先進行濾波處理，防止因干擾等造成的誤動作。如：若信號有間隔斷續，說明污物外形尺寸不大并隨水波上下浮動，或者僅僅是雨滴反射的部分光信號。只有在一定時間內（可設定）始終有信號的出入，控制儀才開始輸出下一步操作信號，進入控制回路啟動清污機開機進行撈污。當污物撈取干凈，水面沒有聚集物后，關電接收器無信號輸出，控制儀控制設備繼續運行30s后（保證耙齒上的污物繼續隨設備運轉被完全打撈上岸）自動停止運行，這樣既能保證柵前污物被及時清除，也無需讓清污機始終處于工作狀態，節約了設備的能耗，同時縮短了設備的無效工作時間，相應延長了設備的總體使用壽命。

圖3 漫反射光電開關工作原理圖

另在清污機柵后設有超聲波水位儀，實時檢測柵后水位，一并送到“清污機集中控制儀”處理，對比根據上游水文站測定的水位數據（自動輸入），當兩個水位的差值大于一定數值（可設定），控制儀輸出繼電器信號，進入控制柜的回路，啟動清污機。該項措施作為備用電氣回路控制清污機的啟停。

五、結語

回轉式清污機的自動控制裝置結構簡單、控制方便，可極大提高清污機的工作效率。通過自動識別污物，自動啟停清污機，減少了污物的集聚和柵條阻力，提高了回轉式清污機的自動化水平，智能化的增加避免了清污設備空轉發生，能耗減少，相應也延長了設備的使用壽命■