一種智能清污機系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及智能控制系統(tǒng)，尤其涉及一種智能清污機系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]清污機是水電站的一個機械設備。清污機的作用是清理攔污柵上的污物，攔污柵是布置在水電站進水口處用于攔阻可能進入引水道的雜物，如樹枝、雜木、水草、生活垃圾等，以保護水輪機、閘門及管道等設備的正常運行。大量雜物堆積在攔污柵上會壓壞攔污柵并造成水頭嚴重損失，浪費水能，減少發(fā)電量。目前水電站清理方法有人工清污、機械清污及提柵清污。其中人工清污工作極其繁重，效率低下，提柵清污又必然迫使水輪機組停機，影響發(fā)電。清污最好的方法是在進水口處攔污柵前設置清污機，既能有效的清除粘附于攔污柵上的雜物及懸浮在攔污柵處的漂浮物，又能對水輪機等設備的持續(xù)正常運轉起到重要的作用。
[0003]清污機在水電站的應用非常廣泛，常用的清污機械裝置為抓斗形式，有液壓和機械兩種形式。
[0004]液壓抓斗的液壓栗站系統(tǒng)安裝在抓斗上，隨抓斗入水下工作，液壓系統(tǒng)供電電纜采用電纜卷筒收放與抓斗運行保持同步。液壓抓斗在初始狀態(tài)打開抓斗，下降到清污位置時，液壓栗站工作，推桿動作使抓斗閉合抓取污物。液壓抓斗在抓取污物時由液壓推桿加力，抓斗污物效果比較好，但是供電電纜和栗站都要入水工作，經(jīng)常出現(xiàn)電纜斷芯和栗站密封滲水等問題，影響清污機的工作。
[0005]機械抓斗采用支持鋼絲繩和開閉鋼絲繩控制抓斗的開閉動作。其中一種機械式抓斗的支持鋼絲繩和開閉鋼絲繩在同一個鋼絲繩卷筒上，在清污機上設置電液推桿牽拉開閉鋼絲繩控制抓斗的打開和閉合。這種形式抓斗打開的大小程度由電動推桿的行程決定，在運行過程中如果遇到大的污物卡阻，會使開閉鋼絲繩松弛，影響運行，而且電液推桿易出現(xiàn)持住力不足和油路漏油等問題，影響清污機的工作。另一種機械式抓斗是在清污機上設置兩個鋼絲繩卷筒，每組卷筒引出兩根鋼絲繩，其中兩根成一組分別生根在抓斗平衡架兩端作支持用，即為支持鋼絲繩；另一組鋼絲繩經(jīng)過上橫梁的滑輪與下橫梁的滑輪，組成滑輪組，起開閉斗部作用，即為開閉鋼絲繩。工作開始時，支持鋼絲繩將抓斗起吊在適當位置上，然后放下開閉鋼絲繩，這時靠下橫梁的自重迫使斗部以下橫梁大軸為中心將斗部打開，當斗部開到兩耳板的碰塊相撞時，即斗部打開到最大極限。開斗時，上橫梁滑輪和下橫梁滑輪中心距加大，然后支持鋼絲繩落下，將已打開的抓斗，落在要抓取的污物上面，再收繞開閉鋼絲繩，將上橫梁滑輪與下橫梁滑輪的中心距恢復到原來的位置，這樣就完成了抓取物料過程。在閉合的斗部里已裝滿了物料，最后提升開閉鋼絲繩，整個抓斗亦被吊起，經(jīng)行車移動到所需卸料場地上，開斗卸下所抓取的物料。這種形式的機械抓斗故障率比較低，檢修方便，但是對支持鋼絲繩和開閉鋼絲繩的動作精度要求比較高，對電氣控制系統(tǒng)的響應速度、故障處理功能要求比較高，同時對抓斗的結構形式要求比較高。而且要提高清污機的工作效率，最好是增加小車運行，使清污機能在水流方向運動，方面泄污。小車運行機構可采用自行小車和繩索牽引小車。目前采用自行小車方式較多，小車機構采用獨立的驅動機構，但是自行小車方式的小車自重較大，慣性比較大，對清污機的結構形式和運行速度的限制較大，不利于提尚清污機的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種基于總線的智能清污機系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術存在的問題。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種智能清污機系統(tǒng)，包括:
清污機，包括用于進行清污操作的機械抓斗和獲取清污機位置的讀碼器；
變頻器單元，包括變頻器和與變頻器單元相連的電機，變頻器單元通過電機控制機械抓斗的運動；
人機界面單元，與PLC控制系統(tǒng)相連，包括顯示單元和輸入單元；
抓斗運行單元，與PLC控制系統(tǒng)進行通信，包括對機械抓斗使用四卷筒差動控制系統(tǒng)控制的起升機構和開閉機構，還包括用于檢測機械抓斗的限位信息的總線接口多圈絕對值編碼器和壓力傳感器；
PLC控制系統(tǒng)，與抓斗運行單元、人機界面單元和變頻器單元進行通信，包括主從控制的PLC控制單元和PLC DP通訊模塊、PLC模擬量輸入模塊；所述PLC控制單元通過PR0FIBUSDP總線經(jīng)PLC DP通訊模塊與抓斗運行單元進行通信或者PLC控制單元經(jīng)PLC模擬量輸入輸出模塊與抓斗運行單元進行通信，同時PLC控制單元通過PROFIBUS DP總線接收人機界面單元的指令信號或者輸出數(shù)據(jù)到人機界面單元，通過PROFIBUS DP總線與變頻器單元進行通信，控制機械抓斗的運動。
[0008]所述機械抓斗上設置與變頻器單元的電機相連的帶動機械抓斗運動的兩個起升卷筒、兩個開閉卷筒、牽引小車，所述變頻器單元包括小車電機和與小車電機相連的小車變頻器、大車電機和與大車電機相連的大車變頻器、起升電機和與起升電機相連的起升變頻器、開閉電機和與開閉電機相連的開閉變頻器；大車、起升卷筒、開閉卷筒、牽引小車均由變頻器單元的相應變頻器驅動相應的電機帶動運動，進而帶動清污機和機械抓斗運動。
[0009]所述人機界面單元中還設置有進行異常報警的報警模塊。
[0010]所述多圈絕對值編碼器為帶PROFIBUS DP總線接口并且?guī)в洃浌δ艿亩嗳^對值編碼器，所述壓力傳感器為帶PROFIBUS DP總線接口的壓阻式壓力傳感器。
[0011]一種智能清污機系統(tǒng)控制方法，包括:
PLC控制單元的主站通過讀碼器獲取清污機當前的位置，并通過調(diào)節(jié)變頻器單元的變頻器和電機使清污機運行到合適的清污位置；
PLC控制單元的從站通過PLC DP通訊模塊或者PLC模擬量輸入模塊采集機械抓斗的起升機構和開閉機構的限位信號，將限位信號傳遞給PLC控制單元的主站；所述限位信號是指通過多圈絕對值編碼器獲取的兩個支持鋼絲繩的位置信號、兩個開閉鋼絲繩的位置信號和通過壓力傳感器獲取的支持鋼絲繩、開閉鋼絲繩的壓力信號；
PLC控制單元的主站獲取限位信號后，對限位信號的數(shù)據(jù)進行計算，獲取機械抓斗的位置和機械抓斗的開閉狀態(tài)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳遞給人機界面單元顯示，并接收通過人機界面單元輸入的控制指令信號，將控制指令信號傳遞給變頻器和電機，變頻器和電機通過四卷筒差動控制的方法控制起升機構和開閉機構的運動帶動機械抓斗到清污位置進行清污操作；
所述PLC控制單元的主站通過讀碼器獲取清污機當前的位置后，判斷清污機是否在需要清污的位置，如果位置錯誤，則通過大車變頻器驅動大車電機驅動清污機到相應的清污位置；如果清污機運行至清污位置，那么PLC控制單元控制支持鋼絲繩卷筒動和開閉鋼絲繩卷筒動作使機械抓斗運行至指定的清污高度，或者壓力傳感器的信號輸出欠載信號時機械抓斗停止起升動作，然后開閉鋼絲繩動作，抓斗閉合抓取污物，抓斗閉合到位后支持鋼絲繩卷筒和開機械抓斗上設置的兩個起升卷筒和兩個開閉卷筒，通過各自的繩索通過四卷筒電氣差動控制方式帶動抓斗運動，PLC控制單元將四卷筒電氣差動控制的控制邏輯通過PROFIBUS DP總線傳遞給變頻器單元，起升卷筒、開閉卷筒和小車分別由變頻器單元的起升變頻器、開閉變頻器、小車變頻器采用能耗制動或者回饋制動的方式驅動各自的電機帶動小車運動，協(xié)調(diào)控制抓斗的起升、抓斗的開閉、小車的運行。
[0012]人機界面單元接收PLC控制單元實時傳遞的機械抓斗各檢測控制信號數(shù)據(jù)，將實時的數(shù)據(jù)與預存的正常數(shù)據(jù)進行比較，判斷當前數(shù)據(jù)是否超限或者異常，當接收到的數(shù)據(jù)超限或異常時，在人機界面單元的報警記錄表中報警，同時開啟聲光報警，不超限且不異常則關閉聲光報警；當檢測裝置或者變頻器或者電機發(fā)生故障導致PLC控制單元接收不到數(shù)據(jù)時，在人機界面單元中報警記錄表中顯示并進行聲光報警。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
(1)通過總線技術將PLC、變頻器、上位機和高精度檢測元件集成應用到清污機的控制系統(tǒng)，提高清污機的自動控制系統(tǒng)性能與控制精度，從而保證清污機的多功能智能化運行，操作簡捷方便、功能實用；
(2)將位置編碼系統(tǒng)技術應用到清污機的大車運行定位監(jiān)測，通過總線位置信號傳送至