摘 要：本文阐述了用西门子S7-200CN控制市政泵站清污设备的电气设计思路、针对实际问题所采取的措施，从而提高了清污设备运行的可靠性和自动化程度，同时拓宽了西门子S7-200CN在市政行业和水利行业的应用领域。
主题词：清污设备 PLC控制
1 泵站概述
 江苏省南京市大陡门泵站的主要任务就是将市民排放的生活污水通过水泵抽向城市外河，随着老百姓生活水平的逐步提高，随之而来的生活垃圾也相应增加，有相当一部分进入了河道或污水沟，水系中的污物越来越多，每当汛期来临，污物情况就更为复杂，软的有泡沫塑料、编织袋、尼龙袋等，硬的有玻璃瓶、易拉罐、废木料等，对各类泵站的安全运行带来种种隐患。为了确保水道的畅通、防洪防汛以及水环境治理，必须及时清除河道污物，但因清污工作面广量大，各地政府每年都要花费大量的人力、物力和财力。过去，大多数泵站采用固定式拦污格栅，当污物在格栅前堆积到一定数量后，由人工打捞起来，既工作效率低又劳动强度大，工作环境还有一定的危险性，鉴此，我公司研制了替代人工劳动的机械清污设备。
该泵站共有三个污水洞口，以平面格栅拦截水流中所夹带的污物，我们将清污设备安装轨道上，通过PLC控制其到达污水进口处(即工作工位)，采用可伸缩的耙斗将污物清捞起来并倾倒至污物车中，从而保证泵站设备安全运行。
2 控制原理
 该主机共有三个工作工位、一个停留工位（参见图1），控制系统分手动、自动和连动等三种方式，操作人员可根据需要任选一种，三种控制方式实现互锁。耙斗下降深度分四种，可根据水位高度加以选择。
首先，主机在工位0时，启动升降机构将耙斗提升至最高位，自控系统再将耙斗自动下降至原始位，此后可选择手动或自动或连动控制方式进行污物清捞：根据各工位的污物情况，驱动主机到达指定工位1或2或3，开合机构使耙斗开启，根据选定的耙斗下降深度，升降机构放松钢丝绳使耙斗下降至指定深度（即捞污深度），开合机构使耙斗闭合，贴近格栅表面，升降机构收紧钢丝绳提升耙斗捞取水面或水中污物，当耙斗升至挡污板上方时自动翻转并倒出污物，同时到达最高位，停留数秒钟后下降至原始位，耙斗自动复位，完成一个清捞工作循环。
3 基本动作
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4 控制对象及任务
4.1 控制对象
采用西门子S7-200CN主要控制清污设备上三台电机的正转、反转和制动。
其中包括：
4.1.1 控制手动、自动和连动等三种运行方式；
4.1.2 控制三台电机分别完成清污设备进退、耙斗开合、耙斗升降等动作；
4.1.3 控制进退、开合、升降两端极限位的限位保护；
4.1.4 控制清污设备的运行技术安全。即控制手动、自动进退与自动捞污间的互锁，捞污期间清污设备必须锁定在工位上，只有当耙斗处于原始位和闭合极限位时，手动或自动进退才能生效。
4.2 控制任务
4.2.1 实现手动控制，即手动独立完成上述8个基本动作；
4.2.2 实现自动控制，即自动完成上述基本动作2至动作6；
4.2.3 实现连动控制，即自动从工位0前进至指定工位，完成上述基本动作3至动作6。
5 控制系统硬件
控制系统采用了西门子S7-200CN可编程控制器，使控制系统结构紧凑，执行指令快捷，可靠性提高。因其编程软件基于Windows平台上，所以可用普通电脑在办公室编制程序。PLC在清污设备中的应用，使修改控制参数、扩展控制功能等变得非常简便，避免了分立电气元件抗震性能差、误动作多、定位精度不高等弊端。设计中该系统的控制点数为54点，其中输入点数38点，输出点数16点，拟选用的PLC的控制点数为60点(留有10%的备用量)。
实际选用的主要控制硬件有：
5.1 PLC选用中央处理单元CPU224(14入10出)、数字量扩展模块EM223一块(8入8出)和EM221二块(2×8入)，总输入点数38点，总输出点数18点，输入点数正好全部用完，考虑到成本问题，不再增加模块，如以后需再增加其它输入点，则将耙斗开合及设备进退改为点动，即可省下2个输入点，所以能够满足设计要求。
5.2 控制耙斗开合和升降两端极限位的限位元件选用行程开关；
5.3 控制耙斗捞污深度的元件选用光电计数器，用来计算牵引钢丝的长度；
5.4 控制清污设备进退两端极限位的限位和工位定位的元件选用霍尔开关；
5.5 控制进退、升降准确定位的元件选用磁性制动器。
6 程序框图
该控制系统的安全点是清污设备在工位前必须准确定位，否则耙斗不能准确进入污水洞口，非但不能捞取污物，反而会引起事故，为此设计在每个工位处采用三个霍尔开关，第一个霍尔开关控制清污设备前进时断电，第二个霍尔开关控制磁性制动器在工位处即时制动，第三个霍尔开关控制清污设备后退时断电，从而保证了清污设备的正常运行。
设备进退必须满足两个条件：耙斗停留在原始位和闭合极限位。以防止耙斗进入污水洞口后，设备进退而出现倾覆事故。
耙斗上升时，要求耙齿沿着格栅条移动，与格栅的间隙不宜过大，否则所捞污物容易漏掉；也不允许紧帖格栅或错位，以免耙斗上升受阻而发生事故，所以耙斗升降时采用点动的方式，以便调整或调试之用。
控制系统的程序框图见图2。
图2
7 结束语
清污设备在市政行业和水利行业具有广阔的发展前景，而PLC在该机自控系统中的成功应用，为下一步的实现智能化清污设备的控制奠定了基础。
如果将泵站的水泵和清污设备结合起来，根据格栅前后的水位差判定污物量，然后由超声波液位器或压差传感器自动反馈给PLC自控系统；或预设水泵和清污设备的间歇工作时间，就可做到各种设备分别控制，统一管理。
目前的清污设备正在朝多功能、自动化的方向发展，具有清捞、输送、粉碎、挤压和打包等多种功能，以避免污物在运输过程中的二次污染；市政泵站的发展趋势是控制远程化、管理无人化。如果由各种传感器、探头探测设备关键部位的参数变化，随时反馈至控制室，或通过控制室的监视器，操作人员直接干预设备的运行，并有PLC自动诊断故障，显示故障部位或原因，便可实现市政泵站和水利排灌站各种设备的智能化控制，这是我们目前正在进行的工作。 |
