劉新泉 劉雪芹

（江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京 210029）

0 引言

南水北調(diào)東線工程興建泵站主要任務(wù)是向北方調(diào)水，從長江下游抽引江水，利用京杭大運(yùn)河及與其平行的河道逐級通過泵站提水北送；城市防洪工程興建泵站主要是引水和排澇，城市有澇水時(shí)通過泵站向外河排澇，需要改善城市水環(huán)境時(shí)通過泵站向內(nèi)河引水。隨著城市工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，無論是運(yùn)河還是城市河道，水系中各種污物越來越多，給泵站的運(yùn)行帶來種種隱患，不僅使水頭損失加大，機(jī)組效率降低，而且影響泵站安全運(yùn)行。為確保水道的暢通、防洪防汛以及水環(huán)境治理，必須及時(shí)清除河道污物。過去大多數(shù)泵站采用固定式攔污格柵，當(dāng)污物在格柵前堆積到一定數(shù)量后進(jìn)行人工打撈，每次工作都需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，且工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，還有一定的危險(xiǎn)性，因此，有必要設(shè)置機(jī)械式清污設(shè)備替代人工勞動(dòng)。

1 清污設(shè)備

清污設(shè)備分幾種類型，如抓斗式清污機(jī)和回轉(zhuǎn)齒耙式清污機(jī)等，泵站根據(jù)污物的種類組成可選擇設(shè)置不同類型的清污設(shè)備。目前，泵站大多采用回轉(zhuǎn)齒耙式清污機(jī)，即在進(jìn)水口攔污柵前設(shè)置回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，安裝皮帶輸送機(jī)，清污機(jī)先將污物打撈上來，再通過皮帶輸送機(jī)送至集污倉，在集污倉將污物打包后用車運(yùn)走，整個(gè)過程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。清污機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置處設(shè)置有剪切式安全銷，當(dāng)超載或發(fā)生意外時(shí)，剪切銷可瞬時(shí)切斷，以保護(hù)設(shè)備不被損壞。

2 控制方式

清污設(shè)備的控制方式大體上分為三種：第一種是就地操作，這是早期的控制方式，既簡單又方便，操作人員在現(xiàn)場通過戶外控制箱上的按鈕即可對清污設(shè)備進(jìn)行操作。第二種是集中控制，現(xiàn)場控制箱仍保留，在室內(nèi)設(shè)集中控制臺(tái)（屏），操作人員可以在室內(nèi)對所有清污設(shè)備進(jìn)行操作，改善了操作人員的工作條件，以上兩種方式都是常規(guī)的手動(dòng)控制。第三種是自動(dòng)控制，即利用傳感器和可編程控制器自動(dòng)控制清污設(shè)備的運(yùn)行，操作人員可以在控制室通過計(jì)算機(jī)對清污設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)控操作。

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和普及，泵站自動(dòng)化已成為水利工程的一個(gè)亮點(diǎn)，對清污設(shè)備的控制實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)閉環(huán)運(yùn)行和人工遠(yuǎn)控操作功能。根據(jù)泵站不同控制要求，清污機(jī)可以通過設(shè)定時(shí)間進(jìn)行控制，設(shè)定相應(yīng)的開停次數(shù)及循環(huán)時(shí)間；也可以通過水位進(jìn)行控制，根據(jù)格柵前后水位差控制設(shè)備運(yùn)行。一般設(shè)計(jì)思路：將PLC安裝于現(xiàn)場控制箱內(nèi)，通過通訊方式與控制室上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，這樣可省去很多控制信號線。清污設(shè)備電氣主回路采用常規(guī)控制設(shè)備，如斷路器、接觸器和熱繼電器等，其控制回路與手動(dòng)控制回路基本相似，僅在手動(dòng)操作按鈕上并接和串接PLC 的遠(yuǎn)控接點(diǎn)，同時(shí)設(shè)有“現(xiàn)地/遠(yuǎn)方”轉(zhuǎn)換開關(guān)，保證現(xiàn)地優(yōu)先操作的基本功能。清污機(jī)格柵前后設(shè)有水位傳感器或壓差傳感器，信號送至PLC，當(dāng)達(dá)到設(shè)定水位差時(shí)，PLC 發(fā)出指令使清污機(jī)自動(dòng)投入運(yùn)行，水位差小于設(shè)定值時(shí)則停機(jī)；皮帶輸送機(jī)的皮帶下方設(shè)有壓敏傳感器，當(dāng)荷重達(dá)到設(shè)定值時(shí)，皮帶輸送機(jī)自動(dòng)投入運(yùn)行，小于設(shè)定值時(shí)則停機(jī)；也可以通過設(shè)定時(shí)間的方法進(jìn)行控制，即在清污機(jī)工作一段時(shí)間后自動(dòng)開啟皮帶輸送機(jī)，清污機(jī)停機(jī)一段時(shí)間后自動(dòng)停止皮帶輸送機(jī)。PLC 配置電源、CPU 和以太網(wǎng)通信接口，以及開關(guān)量輸入輸出和模擬量模塊，接受傳感器模擬量信號和設(shè)備開關(guān)量反饋信號，對PLC 進(jìn)行編程發(fā)出控制指令，并將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號傳輸給控制室上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示。

3 問題發(fā)現(xiàn)

在控制系統(tǒng)建成后進(jìn)入設(shè)備調(diào)試階段，可模擬一個(gè)信號輸入PLC 使清污設(shè)備工作，只要編程正確、信號準(zhǔn)確、接線無誤，均能實(shí)現(xiàn)清污設(shè)備的自動(dòng)控制。但往往泵站投入正常運(yùn)行后，清污設(shè)備的控制運(yùn)行效果并不理想，有時(shí)甚至適得其反。比如：格柵前污物明顯不多清污機(jī)卻在工作，或者污物很多清污機(jī)卻不打撈，皮帶上堆積了不少污物輸送機(jī)并不運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)智能化、自動(dòng)化失效，最終還需工作人員在上位機(jī)手動(dòng)發(fā)出命令來控制操作運(yùn)行。

分析其原因，還是由于自動(dòng)化程度要求高而引起的。首先，自動(dòng)控制必須依賴各種傳感器，在格柵前后的隔墩中預(yù)埋管道，安裝傳感器，因受水質(zhì)影響，傳感器工作一段時(shí)間后探頭表面結(jié)垢嚴(yán)重，感壓膜片靈敏度下降，影響了測量精度，故造成拒動(dòng)現(xiàn)象；若采用非接觸器傳感器，如安裝超聲波或雷達(dá)水位計(jì)，精度是提高了，但代價(jià)也大，且現(xiàn)場很難找到合適的位置安裝，污物掉落也會(huì)損壞水位計(jì)。其次，傳感器有使用壽命，從目前許多泵站清污設(shè)備安裝的傳感器使用情況看，實(shí)際運(yùn)行一兩年大多開始失效，傳感器本身質(zhì)量是一個(gè)影響因素，更重要的是工作環(huán)境比較惡劣。如：在皮帶下安裝有壓敏傳感器，由于污物沒有完全脫落，皮帶上有殘留物以及污漬，時(shí)間一長會(huì)滲漏聚集在傳感器表面，人工無法清理干凈，最后導(dǎo)致傳感器失靈。

4 解決方法

最原始的方法也是最可靠的方法。早期清污設(shè)備的控制是在現(xiàn)場進(jìn)行操作，運(yùn)行人員一邊操作一邊觀察清污設(shè)備的運(yùn)行情況，能確保清污機(jī)正常有效工作。現(xiàn)在依然可以采用這種方法，只不過將人工觀察改成了用高清攝像機(jī)監(jiān)視。泵站一般都建有視頻系統(tǒng)，可以考慮安裝攝像機(jī)來監(jiān)視清污設(shè)備的運(yùn)行，只要安裝位置合適，格柵前的污物便一覽無余，再由人工判斷后在上位機(jī)發(fā)出指令使清污設(shè)備投入運(yùn)行，這種方法簡單有效，投資也省。當(dāng)然，還需要在格柵前后安裝壓差傳感器，以觀察清污效果，滿足自動(dòng)化控制的要求。

5 探討

目前，泵站自動(dòng)化控制已經(jīng)成為泵站控制運(yùn)行的一種手段，但并不是選用設(shè)備越先進(jìn)，自動(dòng)化程度越高，就越符合泵站控制運(yùn)行要求，泵站運(yùn)行最終考核的是安全可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)用。因此，需要合理配置自動(dòng)化儀器和設(shè)備，使泵站運(yùn)行管理水平提高一個(gè)層次，以適應(yīng)水利現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，同時(shí)還要講究實(shí)用性，做到經(jīng)久耐用才會(huì)更受歡迎。