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[摘 要 ]为减少河道废物对机组的出力影响，提升水电站发电效率，同时杜绝采用人工清污方式产生的安全隐患，确保清污过程的可靠性，提出完善双传式清污机设计工作的建议。介绍该系统的主要构成、工作原理，提供一组经典的试验数据。通过分析研究后，认为双超声波液位传感器的安装过程简单，检查结果的精准性处于较高水平，配合使用PLC能明显提升清污机运作过程的可靠性，延长其使用年限，创造出更多的效益。
[关键词]PLC;清污机;自动化控制;水位差
[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）06–00–02
[Abstract]In order to reduce the impact of river waste on the output of the unit， improve the power generation efficiency of hydropower stations， and at the same time eliminate the hidden safety hazards caused by the use of manual cleaning methods， and ensure the reliability of the cleaning process， a proposal to improve the design of the dual-pass cleaning machine is proposed. The article introduces the main composition and working principle of the system， and provides a set of very classic test data. After analysis and research， it is believed that the installation process of the dual ultrasonic liquid level sensor is simple， and the accuracy of the inspection results is at a high level. The use of PLC can significantly improve the reliability of the operation process of the cleaning machine， extend its service life， and create more Benefits.
[Keywords]PLC; cleaning machine; automatic control; water level difference
清污機是消除发电厂进水前池、泵站等其他水工建筑物附着在拦污栅上的树技、枯叶、杂草、城市垃圾、浮冰等常见装置之一，其功能以清除地表水中的杂物为主，减少发电站水头损失，提升水的流速进而确保发电机组、泵组等设备运行过程的安全、稳定、高效。近年，国内工业产业快速发展，与之相比的是白色污染程度不断加剧，特别是在汛期，地表水内悬浮杂物成倍增加，很可能堵塞拦污栅的网孔，以致拦污棚前后形成较大的水位差，影响水工建筑物正常功能的发挥，严重时造成设备停运。本课题介绍了一款PLC构成的清污机自动控制系统，其最大的特点是能实现对水位差及PLC的双重调控，进而保障系统运行安全性。
1 系统主要构成与工作原理
本系统投用阶段，先利用2个测深传感器依次测得栅前、栅后水位信号，利用输入电路滤波、隔离放大以后测算出差值，获得拦污栅前后的水位差信号，标定该信号后将其送进PLC内，通过触摸屏以厘米为单位清晰地呈现出栅前、栅后的真实水位差，为值班人员监测工作开展过程提供可靠信息。并且，还对比分析了该水位差值和启动、停止、越限设定值，这样便能顺利地生成一组完整的启动、停止、越限报警信号，由PLC控制清污机自动启停。一旦设备运行阶段突发故障问题，则会强制停止清污，并且会对外传送出声光报警信号，呈现出对应设备的故障类型。如果没有故障异常，则按照清污机设定的作业流程自动控制设备。真实水位差若抵达启动设定值时，就先开启皮带输送机，间隔适宜时间后，开启清污机耙斗电机。等到清污机运作一个完整的循环以后，控制系统智能检测当下水位差是否低于停止值，如果在停止值之下，则需要按照设定程序将清污机停在预置位，这样便顺利地落实一次清洗任务。如果大于停止值，那么系统会再运作一个循环，随后控制系统再次检测当下水位差，直至水位差达到停止值之下，才停止该次清污。PLC还能实现定时控制，等同于水位差在较长时间内无法抵达启动阀值时，那么系统按照定时控制程序设定各清污设备的启、停动作时间对清污机进行自动控制，这是其发挥定时控制功能的重要基础。
2 系统的主要性能指标与试验
水位差显示范畴、精度分别是±150 cm、±0.1 cm;系统自身控制的精准性±0.2 cm;测量盲区小于40 cm，工作温度-20～+60 ℃。
表1是一组测试系统检查及控制精准度的经典试验数据记录情况，具体是把2只超声波液位计安装在高度5 m的水渠中，标定好液位计量程，而后把栅后液位计每间隔5 cm遮挡1次，并精准地记录下实际呈现情况，连续遮挡10次以后再降到原位。
现实操作中，启动值20.00 cm、停止值15.00 cm、越线报警值35.00 cm，分析表1内的数据，不难看出检测值和真实水位差之间形成了良好的线性关系，测算得水位差值和真实水位差值两者的最大误差被控制在±0.2 ㎝，启、停及越限报警动作点位和其对应的设定值尚不完全靠近，对其成因进行分析，主要是由于各个比较电路均统一应用了滞环量为1 cm的滞环比较器。故而，当水位差提高时，实际动作点位是“设定值+1 cm”;当水位差降低时，动作点是“设定值-1 cm”，采用以上设置方法的目的主要实际减少水浪对系统形成的干扰程度。 3 清污机电气控制系统分析
3.1 总体要求
清污机选用了交流传动系统，参照实际运行工况要求及电动机种类、容量、通电频次等诸多条件设定，电气设计应符合DL/T5167和GB3811内设定的有关标准要求。建议电气元件选择进口或合资企业制造出的优质产品，PLC选择施耐德、西门子等知名品牌。以上所有电气元件都应耐极端最低气温-11.3 ℃、相对湿度85%及冷表层结露的作业环境条件。
柜体由国内知名厂家引进，柜体自身带有底座，采用螺栓固定，柜体的规格尺寸要和电气元件布置所需空间相匹配，为操控及监视创造便利条件。柜体自身的结构是封闭式，前后依次设置铰链密封门，启动、闭合过程灵敏，开启角≥90°，柜门要实现安全接地。柜中应布置接地铜母线，接地铜排规格要在5 mm×40 mm之上，且要带有接地端子，同样要实现可靠接地。灯与插座的电源都是单相交流220 V，建议应用屏蔽方法，减少电磁干扰及局部设备损坏等情况，这样电气控制系统在设定的环境条件下更能安全、有效运作。在实践中，要求保护等级均要在IEC标准IP43之上。
3.2 介绍清污机的电气方案
供电、主电控、PLC控制及安全保护系统等是电气系统的主要构成。其中，主电控内置了起升传动控制、输送带行走传动系统、耙斗控制系统。电气系统应用当下我国流行的方案，即“觸摸屏+PCL+电气传动”。其中，触摸屏是人机交换单元，操作运维人员用其监视系统设备的运行状态及对相应故障进行分析诊断;PLC是整个机组的逻辑控制中心;电气传动对设备各个机构运行过程能提供较大的驱动力。
PLC作为本系统的控制核心，清污机全部控制均是由该系统完成的。为了能使清污机系统布线形式更具简洁性，确保电气性能的安稳性，推荐使用由SIEMENS公司生产的S7-200系PLC产品，利用串行或以太网通信接口与变频器、上位机、云平台等设备连接，这是实现数据通信的重要基础。SIEMENS公司的S7-200PLC自身具备如下性能特征：模块化小型PLC，能较好地满足中小规模的性能要求;各性能模块对自动化控制任务执行过程均表现出较强的适应性;分布式结构简单、实用且应用过程十分灵活;当执行的控制任务量增加时，能够实现自由扩展;大范畴的集成功能有助于增强其使用功能。
3.3 安全保护功能
保护在动作发出以后，要确保设备的安全性，规避出现卡滞等险况。
紧急切断开关，控制箱上布置断电按钮，这样在突发工况下，技术人员能十分快捷地断离系统总动力与控制电源。以上过程的控制按钮信号会统一传送至PLC设备中，实现智能监视与动作记录功能。
实现超载限制保护，主要是把超载限制器安置在转动机构上，在检测到实际载荷抵达额定起重量的90%时，便会对外传送出预警信号;当载荷抵达105%时，则会延时停机;若载荷是额定起重量的1.1倍时，则要快速断离总动力电源，发出禁止操作的报警信号;若荷载不足额定起重量的10%之内，则要快速断离总动力电源，此时发出的报警信号告知值班人员系统出现了欠载。
4 清污机自控系统的主要功能
（1）将厘米设定为单位，持续呈现出栅前、栅后水位差值。
（2）具备传统人工手动/智能化两种作业形式。在传统手动作业形式中，可以采用调控面板上的启动、停止按钮，有针对性地启、停清污系统内置的传送带、耙斗等各个装置。在采用智能化作业方式时，可以依照水位差及定时时间设定情况同步调控清污系统，可以结合控制面板上的定时选择开关选择适宜的定时时间，，在选择的时间间隔中，如果水位差始终没有抵达到预设的启动值，那么PLC就会定时开启清污系统，运转一定时间以后（默认值：10 min），按照一定顺序停止。
（3）当检测到水位差越限时，则会启动声光报警功能。通常来说，启动设定值始终是在停止设定值之上的，而低于越限设定值。当实际水位差抵达到启动设定值时，就会开启清污机进入到清污工序，在这样的工况下，栅前、栅后的水位差通常会跌落，但如果出现没有减小反却增加至越限设定值时，那么就会传送出声光报警信号，借此方式警示值班人员系统运行阶段发生了异常状况。在具体实践中，可以采用面板上的静音按钮消解声报警信号。
（4）具备设备故障自检功能。如果系统运行阶段突发旋转链条卡顿、链条从原位上疏松、电机过力矩及热过载时，则均会对外传送出相应的故障声光报警信号，整个清污系统同步停止，在故障消解以后，复位钮进行复位操作以后才可以运转。
（5）智能呈现出清污系统各个内置设备的实时运作状态，并且可以将该状态及对应的故障和信号传输至远处。
5 结束语
由PLC构成的清污机控制系统有控制精准度高、动作精准、运行状态稳定性优良、操作过程简单等优势。安装超声波液位计，能进一步提升该系统安装操作的便捷性，可以用其取代人工手动控制的方式，当下已用在国内数家水电站、泵站，具备十分广袤的应用前景。
参考文献
[1] 苏阳，孙路，陈伯渠.自动化系统在南水北调台儿庄泵站中的应用[J].机电信息，2020，78（21）：50-51.
[2] 田盈辉.拦污栅与清污机集成系统设计及应用[J].珠江水运，2019，74（14）：79-81.
[3] 黄程.基于PLC自控式清污机改造与实践的思考[J].水电站机电技术，2019，42（3）：82-84，93.
[4] 汪建军，李俊峰，张守杰，等.板框式旋转滤网清污性能分析及提升研究[J].中国电力，2019，52（2）：165-171.
[5] 赵黎，纪召军，宋雪臣，等.回转式清污机自动检测控制系统的研究与设计[J].机械工程与自动化，2018，43（5）：186-187.
[6] 高喜洲.抓斗式格栅清污机在交口抽渭灌区泵站中的应用[J].陕西水利，2015，12（6）：39-40.
[7] 王跃飞.YPQ2×100kN液压式清污机电气控制系统设计[J].起重运输机械，2015，7（10）：22-24.
[关键词]PLC;清污机;自动化控制;水位差
[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）06–00–02
[Abstract]In order to reduce the impact of river waste on the output of the unit， improve the power generation efficiency of hydropower stations， and at the same time eliminate the hidden safety hazards caused by the use of manual cleaning methods， and ensure the reliability of the cleaning process， a proposal to improve the design of the dual-pass cleaning machine is proposed. The article introduces the main composition and working principle of the system， and provides a set of very classic test data. After analysis and research， it is believed that the installation process of the dual ultrasonic liquid level sensor is simple， and the accuracy of the inspection results is at a high level. The use of PLC can significantly improve the reliability of the operation process of the cleaning machine， extend its service life， and create more Benefits.
[Keywords]PLC; cleaning machine; automatic control; water level difference
清污機是消除发电厂进水前池、泵站等其他水工建筑物附着在拦污栅上的树技、枯叶、杂草、城市垃圾、浮冰等常见装置之一，其功能以清除地表水中的杂物为主，减少发电站水头损失，提升水的流速进而确保发电机组、泵组等设备运行过程的安全、稳定、高效。近年，国内工业产业快速发展，与之相比的是白色污染程度不断加剧，特别是在汛期，地表水内悬浮杂物成倍增加，很可能堵塞拦污栅的网孔，以致拦污棚前后形成较大的水位差，影响水工建筑物正常功能的发挥，严重时造成设备停运。本课题介绍了一款PLC构成的清污机自动控制系统，其最大的特点是能实现对水位差及PLC的双重调控，进而保障系统运行安全性。
1 系统主要构成与工作原理
本系统投用阶段，先利用2个测深传感器依次测得栅前、栅后水位信号，利用输入电路滤波、隔离放大以后测算出差值，获得拦污栅前后的水位差信号，标定该信号后将其送进PLC内，通过触摸屏以厘米为单位清晰地呈现出栅前、栅后的真实水位差，为值班人员监测工作开展过程提供可靠信息。并且，还对比分析了该水位差值和启动、停止、越限设定值，这样便能顺利地生成一组完整的启动、停止、越限报警信号，由PLC控制清污机自动启停。一旦设备运行阶段突发故障问题，则会强制停止清污，并且会对外传送出声光报警信号，呈现出对应设备的故障类型。如果没有故障异常，则按照清污机设定的作业流程自动控制设备。真实水位差若抵达启动设定值时，就先开启皮带输送机，间隔适宜时间后，开启清污机耙斗电机。等到清污机运作一个完整的循环以后，控制系统智能检测当下水位差是否低于停止值，如果在停止值之下，则需要按照设定程序将清污机停在预置位，这样便顺利地落实一次清洗任务。如果大于停止值，那么系统会再运作一个循环，随后控制系统再次检测当下水位差，直至水位差达到停止值之下，才停止该次清污。PLC还能实现定时控制，等同于水位差在较长时间内无法抵达启动阀值时，那么系统按照定时控制程序设定各清污设备的启、停动作时间对清污机进行自动控制，这是其发挥定时控制功能的重要基础。
2 系统的主要性能指标与试验
水位差显示范畴、精度分别是±150 cm、±0.1 cm;系统自身控制的精准性±0.2 cm;测量盲区小于40 cm，工作温度-20～+60 ℃。
表1是一组测试系统检查及控制精准度的经典试验数据记录情况，具体是把2只超声波液位计安装在高度5 m的水渠中，标定好液位计量程，而后把栅后液位计每间隔5 cm遮挡1次，并精准地记录下实际呈现情况，连续遮挡10次以后再降到原位。
现实操作中，启动值20.00 cm、停止值15.00 cm、越线报警值35.00 cm，分析表1内的数据，不难看出检测值和真实水位差之间形成了良好的线性关系，测算得水位差值和真实水位差值两者的最大误差被控制在±0.2 ㎝，启、停及越限报警动作点位和其对应的设定值尚不完全靠近，对其成因进行分析，主要是由于各个比较电路均统一应用了滞环量为1 cm的滞环比较器。故而，当水位差提高时，实际动作点位是“设定值+1 cm”;当水位差降低时，动作点是“设定值-1 cm”，采用以上设置方法的目的主要实际减少水浪对系统形成的干扰程度。 3 清污机电气控制系统分析
3.1 总体要求
清污机选用了交流传动系统，参照实际运行工况要求及电动机种类、容量、通电频次等诸多条件设定，电气设计应符合DL/T5167和GB3811内设定的有关标准要求。建议电气元件选择进口或合资企业制造出的优质产品，PLC选择施耐德、西门子等知名品牌。以上所有电气元件都应耐极端最低气温-11.3 ℃、相对湿度85%及冷表层结露的作业环境条件。
柜体由国内知名厂家引进，柜体自身带有底座，采用螺栓固定，柜体的规格尺寸要和电气元件布置所需空间相匹配，为操控及监视创造便利条件。柜体自身的结构是封闭式，前后依次设置铰链密封门，启动、闭合过程灵敏，开启角≥90°，柜门要实现安全接地。柜中应布置接地铜母线，接地铜排规格要在5 mm×40 mm之上，且要带有接地端子，同样要实现可靠接地。灯与插座的电源都是单相交流220 V，建议应用屏蔽方法，减少电磁干扰及局部设备损坏等情况，这样电气控制系统在设定的环境条件下更能安全、有效运作。在实践中，要求保护等级均要在IEC标准IP43之上。
3.2 介绍清污机的电气方案
供电、主电控、PLC控制及安全保护系统等是电气系统的主要构成。其中，主电控内置了起升传动控制、输送带行走传动系统、耙斗控制系统。电气系统应用当下我国流行的方案，即“觸摸屏+PCL+电气传动”。其中，触摸屏是人机交换单元，操作运维人员用其监视系统设备的运行状态及对相应故障进行分析诊断;PLC是整个机组的逻辑控制中心;电气传动对设备各个机构运行过程能提供较大的驱动力。
PLC作为本系统的控制核心，清污机全部控制均是由该系统完成的。为了能使清污机系统布线形式更具简洁性，确保电气性能的安稳性，推荐使用由SIEMENS公司生产的S7-200系PLC产品，利用串行或以太网通信接口与变频器、上位机、云平台等设备连接，这是实现数据通信的重要基础。SIEMENS公司的S7-200PLC自身具备如下性能特征：模块化小型PLC，能较好地满足中小规模的性能要求;各性能模块对自动化控制任务执行过程均表现出较强的适应性;分布式结构简单、实用且应用过程十分灵活;当执行的控制任务量增加时，能够实现自由扩展;大范畴的集成功能有助于增强其使用功能。
3.3 安全保护功能
保护在动作发出以后，要确保设备的安全性，规避出现卡滞等险况。
紧急切断开关，控制箱上布置断电按钮，这样在突发工况下，技术人员能十分快捷地断离系统总动力与控制电源。以上过程的控制按钮信号会统一传送至PLC设备中，实现智能监视与动作记录功能。
实现超载限制保护，主要是把超载限制器安置在转动机构上，在检测到实际载荷抵达额定起重量的90%时，便会对外传送出预警信号;当载荷抵达105%时，则会延时停机;若载荷是额定起重量的1.1倍时，则要快速断离总动力电源，发出禁止操作的报警信号;若荷载不足额定起重量的10%之内，则要快速断离总动力电源，此时发出的报警信号告知值班人员系统出现了欠载。
4 清污机自控系统的主要功能
（1）将厘米设定为单位，持续呈现出栅前、栅后水位差值。
（2）具备传统人工手动/智能化两种作业形式。在传统手动作业形式中，可以采用调控面板上的启动、停止按钮，有针对性地启、停清污系统内置的传送带、耙斗等各个装置。在采用智能化作业方式时，可以依照水位差及定时时间设定情况同步调控清污系统，可以结合控制面板上的定时选择开关选择适宜的定时时间，，在选择的时间间隔中，如果水位差始终没有抵达到预设的启动值，那么PLC就会定时开启清污系统，运转一定时间以后（默认值：10 min），按照一定顺序停止。
（3）当检测到水位差越限时，则会启动声光报警功能。通常来说，启动设定值始终是在停止设定值之上的，而低于越限设定值。当实际水位差抵达到启动设定值时，就会开启清污机进入到清污工序，在这样的工况下，栅前、栅后的水位差通常会跌落，但如果出现没有减小反却增加至越限设定值时，那么就会传送出声光报警信号，借此方式警示值班人员系统运行阶段发生了异常状况。在具体实践中，可以采用面板上的静音按钮消解声报警信号。
（4）具备设备故障自检功能。如果系统运行阶段突发旋转链条卡顿、链条从原位上疏松、电机过力矩及热过载时，则均会对外传送出相应的故障声光报警信号，整个清污系统同步停止，在故障消解以后，复位钮进行复位操作以后才可以运转。
（5）智能呈现出清污系统各个内置设备的实时运作状态，并且可以将该状态及对应的故障和信号传输至远处。
5 结束语
由PLC构成的清污机控制系统有控制精准度高、动作精准、运行状态稳定性优良、操作过程简单等优势。安装超声波液位计，能进一步提升该系统安装操作的便捷性，可以用其取代人工手动控制的方式，当下已用在国内数家水电站、泵站，具备十分广袤的应用前景。
参考文献
[1] 苏阳，孙路，陈伯渠.自动化系统在南水北调台儿庄泵站中的应用[J].机电信息，2020，78（21）：50-51.
[2] 田盈辉.拦污栅与清污机集成系统设计及应用[J].珠江水运，2019，74（14）：79-81.
[3] 黄程.基于PLC自控式清污机改造与实践的思考[J].水电站机电技术，2019，42（3）：82-84，93.
[4] 汪建军，李俊峰，张守杰，等.板框式旋转滤网清污性能分析及提升研究[J].中国电力，2019，52（2）：165-171.
[5] 赵黎，纪召军，宋雪臣，等.回转式清污机自动检测控制系统的研究与设计[J].机械工程与自动化，2018，43（5）：186-187.
[6] 高喜洲.抓斗式格栅清污机在交口抽渭灌区泵站中的应用[J].陕西水利，2015，12（6）：39-40.
[7] 王跃飞.YPQ2×100kN液压式清污机电气控制系统设计[J].起重运输机械，2015，7（10）：22-24.