黃 程

（五強(qiáng)溪水電廠，湖南 懷化419636）

清污機(jī)在水力發(fā)電行業(yè)中用于清除進(jìn)水中沉結(jié)于進(jìn)水口攔污柵上的水渣，以減輕攔污柵壓差及進(jìn)水壓力，從而增大機(jī)組發(fā)電效率。五強(qiáng)溪水電站因進(jìn)水口攔污柵壓差常年維持在14kPa的較高水平，造成發(fā)電機(jī)組始終無(wú)法處于最優(yōu)發(fā)電狀態(tài)，在耗水相同的情況下，機(jī)組負(fù)荷較理想負(fù)荷減少30MW左右。為此，五強(qiáng)溪電廠進(jìn)行進(jìn)水口清污機(jī)改造，其核心控制系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-200系列可編程控制器，輔以接近開(kāi)關(guān)和油壓差計(jì)裝置進(jìn)行信號(hào)采集。清污機(jī)安裝后，經(jīng)過(guò)近1年的實(shí)踐證明，PLC控制較為安全可靠，滿(mǎn)足了清污機(jī)自動(dòng)化的要求，攔污柵壓差降至7kPa左右，機(jī)組發(fā)電效率大幅提高，累計(jì)增發(fā)電量超6000萬(wàn)kW·h。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介及工藝過(guò)程

清污機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、差動(dòng)機(jī)構(gòu)、卸渣機(jī)構(gòu)、清污抓斗、導(dǎo)軌、柵體框架、維修平臺(tái)及電控裝置組成。這種機(jī)型每臺(tái)有2根鋼絲繩索，纏繞在同一根卷筒上，其中兩側(cè)鋼絲繩牽引抓斗沿導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，由2臺(tái)5.5kW升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)。抓斗的上下限位、鋼絲繩松繩和斷繩、開(kāi)閉耙到位均設(shè)有成對(duì)的接近開(kāi)關(guān)，與PI C控制器一起實(shí)現(xiàn)自動(dòng)除渣的動(dòng)作，即抓斗下行一開(kāi)耙一閉耙一上行一卸渣一運(yùn)行計(jì)時(shí)一停機(jī)計(jì)時(shí)一下行。

2 清污機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)與結(jié)構(gòu)

2.1 主要技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表1）

表1 清污機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.2 主要結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖 1）

圖1 清污機(jī)結(jié)構(gòu)

3 清污機(jī)的主要工作程序

3.1 清污機(jī)工作全過(guò)程的工作程序

（1）壩頂門(mén)機(jī)的大車(chē)運(yùn)行到需要清污的孔口。

（2）在清污工位上進(jìn)行清污。

（3）運(yùn)行到新的清污孔口重復(fù)上述的動(dòng)作。

注：以上工作程序的轉(zhuǎn)換由手動(dòng)操作進(jìn)行。

3.2 在需要清污的攔污柵上清污的工作程序

在需要清污的孔口上清污的工作程序?yàn)椋?/p>

（1）耙斗（打開(kāi)狀態(tài)）下降至需要清污的深度。

（2）轉(zhuǎn)耙向下滑移至極限。

（3）耙斗關(guān)閉。

（4）轉(zhuǎn)耙向上滑移至初始狀態(tài)（耙斗閉合狀態(tài)）。

（5）耙斗起升至上極限位。

（6）耙斗隨小車(chē)運(yùn)行至副小車(chē)的下游極限。

（7）耙斗打開(kāi)卸污。

（8）重復(fù)上述動(dòng)作進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)或移動(dòng)到下一個(gè)需要清污的孔口。

注：上述工作的操作可手動(dòng)完成也可以半自動(dòng)完成。

4 PLC控制過(guò)程

4.1 電氣控制

清污機(jī)用交流380V三相四線制電源，從門(mén)機(jī)供電點(diǎn)用電纜將電能引至控制柜，再經(jīng)過(guò)總交流接觸器KM0分配給各機(jī)構(gòu)?？偨涣鹘佑|器KM0可用按鈕操作其通斷，以投入或切斷饋至各機(jī)構(gòu)的電源。交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)，起升用2臺(tái)YZP型變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

清污機(jī)在門(mén)機(jī)行走梁上設(shè)司機(jī)室，司機(jī)室內(nèi)設(shè)有聯(lián)動(dòng)操作臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)聯(lián)動(dòng)臺(tái)），聯(lián)動(dòng)臺(tái)裝有門(mén)機(jī)大車(chē)運(yùn)行、副小車(chē)運(yùn)行、清污機(jī)起升、清污開(kāi)閉斗運(yùn)行、翻板運(yùn)行的操作機(jī)構(gòu)，并裝有清污機(jī)荷載儀、開(kāi)度儀，用于起升荷載和清污起升行程的監(jiān)視和控制。

對(duì)于清污起升機(jī)構(gòu)，其荷載保護(hù)分別設(shè)有欠載以及 110%荷載聲、光報(bào)警并自動(dòng)停止運(yùn)行。

4.2 起升控制原理

起升機(jī)構(gòu)采用了目前流行的變頻技術(shù)，由變頻器驅(qū)動(dòng)變頻電動(dòng)機(jī)工作，變頻器本身就具有欠壓、過(guò)流、缺相、誤操作等各項(xiàng)保護(hù)功能，使起重機(jī)的故障率大為降低。同時(shí)，具有1：10的調(diào)速功能?？刂苹芈凡捎每删幊炭刂破鱌LC進(jìn)行控制，并設(shè)有過(guò)流保護(hù)，超載和欠載保護(hù)，限位保護(hù)和位置控制及聯(lián)鎖保護(hù)。載荷和起升高度均在儀表上顯示。高度儀接點(diǎn)和載荷控制接點(diǎn)接在PLC控制回路中。變頻器的啟動(dòng)、運(yùn)行信號(hào)、故障報(bào)警信號(hào)均通過(guò)其控制端子連接至PLC響應(yīng)輸入輸出模塊上，由PLC系統(tǒng)接受和控制。起升變頻器通過(guò)脈沖編碼器BM1實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。脈沖編碼器BM1將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為兩列互差90°的HTL脈沖，送入變頻器以完成速度閉環(huán)信號(hào)反饋，同時(shí)2臺(tái)電機(jī)進(jìn)行主從控制，從而保證電機(jī)同步，避免了2臺(tái)電機(jī)變頻控制后出現(xiàn)干涉現(xiàn)象的發(fā)生。

4.3 開(kāi)閉斗及滑移機(jī)構(gòu)

清污機(jī)設(shè)有開(kāi)閉斗及滑移機(jī)構(gòu)，其操作可通過(guò)聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的手柄進(jìn)行。

4.4 翻板機(jī)構(gòu)

清污機(jī)設(shè)有翻板機(jī)構(gòu)，其操作通過(guò)聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的旋鈕進(jìn)行。

4.5 門(mén)機(jī)大車(chē)行走機(jī)構(gòu)

門(mén)機(jī)的大車(chē)行走可通過(guò)清污機(jī)司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)進(jìn)行操作，同時(shí)與門(mén)機(jī)原聯(lián)動(dòng)臺(tái)進(jìn)行互鎖。

4.6 門(mén)機(jī)小車(chē)行走機(jī)構(gòu)

門(mén)機(jī)的小車(chē)行走可通過(guò)清污機(jī)司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)進(jìn)行操作，同時(shí)與門(mén)機(jī)原聯(lián)動(dòng)臺(tái)進(jìn)行互鎖。

5 聯(lián)鎖及保護(hù)

5.1 聯(lián)鎖

各機(jī)構(gòu)之間均設(shè)有互鎖，在同一時(shí)刻，二者中只能有一個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)行。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)間設(shè)有電氣聯(lián)鎖。各機(jī)構(gòu)均有零位連鎖，當(dāng)閉合電源時(shí)，各機(jī)構(gòu)的操作手柄應(yīng)處于零位，控制方能進(jìn)行。

5.2 保護(hù)

清污機(jī)按GB3811《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、SL41《水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，設(shè)有短路保護(hù)和過(guò)流保護(hù)，失壓保護(hù)和零位保護(hù)，限位及行程保護(hù)，通道口和機(jī)房安全開(kāi)關(guān)，以及能切斷總電源的緊急開(kāi)關(guān)等。

6 PLC控制特點(diǎn)與功能

6.1 根據(jù)工藝運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)了一系列準(zhǔn)確的清撈動(dòng)作

由于清污機(jī)是間斷運(yùn)行的，因此可通過(guò)PLC內(nèi)部計(jì)時(shí)器，嚴(yán)格控制清污機(jī)的運(yùn)行時(shí)間、停機(jī)時(shí)間和卸渣時(shí)間，所有輸出信號(hào)均可送至中央控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，方便值班人員夜間操作。

6.2 松繩保護(hù)

在抓斗上行、下行過(guò)程中，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，出現(xiàn)松繩但耙沒(méi)下放到位的現(xiàn)象，這是一種非正常狀態(tài)（耙未到達(dá)池底）。為此在清污機(jī)PLC內(nèi)部設(shè)置了一計(jì)數(shù)器CO記下松繩次數(shù)，即記錄指定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)這種狀態(tài)的次數(shù)，如達(dá)到設(shè)定值，則常開(kāi)點(diǎn)CO閉合，M104工作，輸出報(bào)警信號(hào)并控制相應(yīng)輸出繼電器，提請(qǐng)操作人員查看現(xiàn)場(chǎng)，采取措施排除障礙物。

6.3 開(kāi)、閉耙保護(hù)

當(dāng)抓斗開(kāi)耙、閉耙過(guò)程中出現(xiàn)障礙時(shí)，開(kāi)耙、閉耙到位開(kāi)關(guān)不能按時(shí)接通，此時(shí)PI C設(shè)置了T1、T2，限時(shí)7s若不能完成開(kāi)耙、閉耙動(dòng)作，則輸出故障信號(hào)，并控制相應(yīng)繼電器輸出，保證了清污機(jī)的安全運(yùn)行。

6.4 根據(jù)液位差靈活控制運(yùn)行

當(dāng)攔截殘?jiān)鼣?shù)量較多時(shí)，清污機(jī)前、后液位出現(xiàn)較大的高度差，此時(shí)即使在停機(jī)狀態(tài)也必須開(kāi)機(jī)，因此在自動(dòng)工作狀態(tài)，清污機(jī)運(yùn)行還受液位差控制器及定時(shí)時(shí)間的控制。

7 電氣控制元器件

按設(shè)計(jì)要求，電氣控制元器件選用國(guó)際著名公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，和國(guó)家定點(diǎn)廠商的可靠產(chǎn)品。主要電氣件選用施耐德公司產(chǎn)品，變頻器采用日本安川G7系列，PLC采用西門(mén)子S7-200系列，一般電氣輔助元件選用我國(guó)起重行業(yè)的定點(diǎn)廠可靠產(chǎn)品。

8 問(wèn)題及難點(diǎn)

8.1 攔污柵及其孔口和清污機(jī)的配合問(wèn)題

由于五強(qiáng)溪水電站共計(jì)有40孔攔污柵，并且攔污柵原來(lái)沒(méi)有考慮用抓斗清污的問(wèn)題，所以對(duì)攔污柵的實(shí)際現(xiàn)狀應(yīng)當(dāng)摸清，建議清污抓斗使用前派潛水員對(duì)攔污柵進(jìn)行全面的排查，對(duì)可能存在問(wèn)題的攔污柵進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)影響清污抓斗運(yùn)行的地方應(yīng)進(jìn)行處理后再進(jìn)行清污的工作。

同時(shí)，對(duì)電站攔污柵進(jìn)水口的現(xiàn)狀，也需要事先進(jìn)行檢查和測(cè)量，例如，攔污柵孔口的實(shí)際寬度，孔口表面的平整狀況，有無(wú)伸出的鋼筋頭等，否則可能會(huì)影響清污抓斗的正常運(yùn)行，甚至?xí)斐墒鹿实陌l(fā)生。

8.2 清污機(jī)適用的范圍和其清污的能力是有限的

受條件所限，清污機(jī)對(duì)有些工況可能清污效果并不理想。例如，攔污柵孔口處的橫向流速較大時(shí)，由于清污抓斗定位的方式不像帶清污抓斗導(dǎo)槽的清污抓斗，將清污抓斗牢牢的限制在清污抓斗的導(dǎo)槽中，所以如有較大的橫向流速，會(huì)引起清污抓斗的轉(zhuǎn)動(dòng)，降低其清污效果，甚至無(wú)法清污，此時(shí)應(yīng)減小發(fā)電機(jī)組的開(kāi)度，限制攔污柵的過(guò)柵流速，才可以進(jìn)行清污的工作。

8.3 特殊的污物還需要特殊的處理

清污機(jī)可較好的解決電站的清污問(wèn)題，但該清污機(jī)對(duì)一些特殊的污物和特殊的工況依然可能無(wú)法處理，例如對(duì)插入攔污柵中的樹(shù)干，這種清污機(jī)就無(wú)法清除，還需要采取其他的清污措施。

9 解決方法

（1）五強(qiáng)溪電站電控中心位于門(mén)機(jī)頂部，夏季溫度較高，而PLC要求環(huán)境溫度在0～55℃，安裝時(shí)不能將其放在發(fā)熱量大的元器件下面， 四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。如果周?chē)h(huán)境超過(guò)55℃，則應(yīng)安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。

（2）為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接上專(zhuān)用地線，接地點(diǎn)應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備（如電機(jī)）的接地點(diǎn)分開(kāi)，若達(dá)不到這種要求，則必須做到與其他設(shè)備公共接地，禁止與其他設(shè)備串聯(lián)接地。

（3）對(duì)電源的要求。PLC供電電源為50Hz、220（1±10%）V交流電。對(duì)于電源線來(lái)的干擾，應(yīng)安裝1臺(tái)帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，然后再接入PLC。若現(xiàn)場(chǎng)電源質(zhì)量滿(mǎn)足不了上述要求，則需設(shè)置一個(gè)精度較高的穩(wěn)壓電源。

4PLC在使用中會(huì)因外界干擾、后備電池電量耗盡和硬件等因素丟失其內(nèi)部程序。一旦發(fā)生此類(lèi)情況，若不能及時(shí)將原程序重新裝入，則將造成設(shè)備的全面癱瘓，這就需要做好程序的備份。

10 結(jié)束語(yǔ)

PLC應(yīng)用于水電站清污機(jī)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了清污抓斗下行、開(kāi)耙、閉耙、提升、卸渣5個(gè)機(jī)械動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間運(yùn)行，直至限制各個(gè)動(dòng)作的接近開(kāi)關(guān)接到信號(hào)為止。運(yùn)行實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)繼電器控制相比，PLC控制節(jié)省了大量時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器、步進(jìn)控制開(kāi)關(guān)等設(shè)備，提高了自動(dòng)控制的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)保障了被控設(shè)備的運(yùn)行安全，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。