一种智能清污机系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能控制系统，尤其涉及一种智能清污机系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]清污机是水电站的一个机械设备。清污机的作用是清理拦污栅上的污物，拦污栅是布置在水电站进水口处用于拦阻可能进入引水道的杂物，如树枝、杂木、水草、生活垃圾等，以保护水轮机、闸门及管道等设备的正常运行。大量杂物堆积在拦污栅上会压坏拦污栅并造成水头严重损失，浪费水能，减少发电量。目前水电站清理方法有人工清污、机械清污及提栅清污。其中人工清污工作极其繁重，效率低下，提栅清污又必然迫使水轮机组停机，影响发电。清污最好的方法是在进水口处拦污栅前设置清污机，既能有效的清除粘附于拦污栅上的杂物及悬浮在拦污栅处的漂浮物，又能对水轮机等设备的持续正常运转起到重要的作用。
[0003]清污机在水电站的应用非常广泛，常用的清污机械装置为抓斗形式，有液压和机械两种形式。
[0004]液压抓斗的液压栗站系统安装在抓斗上，随抓斗入水下工作，液压系统供电电缆采用电缆卷筒收放与抓斗运行保持同步。液压抓斗在初始状态打开抓斗，下降到清污位置时，液压栗站工作，推杆动作使抓斗闭合抓取污物。液压抓斗在抓取污物时由液压推杆加力，抓斗污物效果比较好，但是供电电缆和栗站都要入水工作，经常出现电缆断芯和栗站密封渗水等问题，影响清污机的工作。
[0005]机械抓斗采用支持钢丝绳和开闭钢丝绳控制抓斗的开闭动作。其中一种机械式抓斗的支持钢丝绳和开闭钢丝绳在同一个钢丝绳卷筒上，在清污机上设置电液推杆牵拉开闭钢丝绳控制抓斗的打开和闭合。这种形式抓斗打开的大小程度由电动推杆的行程决定，在运行过程中如果遇到大的污物卡阻，会使开闭钢丝绳松弛，影响运行，而且电液推杆易出现持住力不足和油路漏油等问题，影响清污机的工作。另一种机械式抓斗是在清污机上设置两个钢丝绳卷筒，每组卷筒引出两根钢丝绳，其中两根成一组分别生根在抓斗平衡架两端作支持用，即为支持钢丝绳；另一组钢丝绳经过上横梁的滑轮与下横梁的滑轮，组成滑轮组，起开闭斗部作用，即为开闭钢丝绳。工作开始时，支持钢丝绳将抓斗起吊在适当位置上，然后放下开闭钢丝绳，这时靠下横梁的自重迫使斗部以下横梁大轴为中心将斗部打开，当斗部开到两耳板的碰块相撞时，即斗部打开到最大极限。开斗时，上横梁滑轮和下横梁滑轮中心距加大，然后支持钢丝绳落下，将已打开的抓斗，落在要抓取的污物上面，再收绕开闭钢丝绳，将上横梁滑轮与下横梁滑轮的中心距恢复到原来的位置，这样就完成了抓取物料过程。在闭合的斗部里已装满了物料，最后提升开闭钢丝绳，整个抓斗亦被吊起，经行车移动到所需卸料场地上，开斗卸下所抓取的物料。这种形式的机械抓斗故障率比较低，检修方便，但是对支持钢丝绳和开闭钢丝绳的动作精度要求比较高，对电气控制系统的响应速度、故障处理功能要求比较高，同时对抓斗的结构形式要求比较高。而且要提高清污机的工作效率，最好是增加小车运行，使清污机能在水流方向运动，方面泄污。小车运行机构可采用自行小车和绳索牵引小车。目前采用自行小车方式较多，小车机构采用独立的驱动机构，但是自行小车方式的小车自重较大，惯性比较大，对清污机的结构形式和运行速度的限制较大，不利于提尚清污机的效率。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于提供一种基于总线的智能清污机系统及其控制方法，以解决现有技术存在的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种智能清污机系统，包括:
清污机，包括用于进行清污操作的机械抓斗和获取清污机位置的读码器；
变频器单元，包括变频器和与变频器单元相连的电机，变频器单元通过电机控制机械抓斗的运动；
人机界面单元，与PLC控制系统相连，包括显示单元和输入单元；
抓斗运行单元，与PLC控制系统进行通信，包括对机械抓斗使用四卷筒差动控制系统控制的起升机构和开闭机构，还包括用于检测机械抓斗的限位信息的总线接口多圈绝对值编码器和压力传感器；
PLC控制系统，与抓斗运行单元、人机界面单元和变频器单元进行通信，包括主从控制的PLC控制单元和PLC DP通讯模块、PLC模拟量输入模块；所述PLC控制单元通过PR0FIBUSDP总线经PLC DP通讯模块与抓斗运行单元进行通信或者PLC控制单元经PLC模拟量输入输出模块与抓斗运行单元进行通信，同时PLC控制单元通过PROFIBUS DP总线接收人机界面单元的指令信号或者输出数据到人机界面单元，通过PROFIBUS DP总线与变频器单元进行通信，控制机械抓斗的运动。
[0008]所述机械抓斗上设置与变频器单元的电机相连的带动机械抓斗运动的两个起升卷筒、两个开闭卷筒、牵引小车，所述变频器单元包括小车电机和与小车电机相连的小车变频器、大车电机和与大车电机相连的大车变频器、起升电机和与起升电机相连的起升变频器、开闭电机和与开闭电机相连的开闭变频器；大车、起升卷筒、开闭卷筒、牵引小车均由变频器单元的相应变频器驱动相应的电机带动运动，进而带动清污机和机械抓斗运动。
[0009]所述人机界面单元中还设置有进行异常报警的报警模块。
[0010]所述多圈绝对值编码器为带PROFIBUS DP总线接口并且带记忆功能的多圈绝对值编码器，所述压力传感器为带PROFIBUS DP总线接口的压阻式压力传感器。
[0011]一种智能清污机系统控制方法，包括:
PLC控制单元的主站通过读码器获取清污机当前的位置，并通过调节变频器单元的变频器和电机使清污机运行到合适的清污位置；
PLC控制单元的从站通过PLC DP通讯模块或者PLC模拟量输入模块采集机械抓斗的起升机构和开闭机构的限位信号，将限位信号传递给PLC控制单元的主站；所述限位信号是指通过多圈绝对值编码器获取的两个支持钢丝绳的位置信号、两个开闭钢丝绳的位置信号和通过压力传感器获取的支持钢丝绳、开闭钢丝绳的压力信号；
PLC控制单元的主站获取限位信号后，对限位信号的数据进行计算，获取机械抓斗的位置和机械抓斗的开闭状态数据，将数据传递给人机界面单元显示，并接收通过人机界面单元输入的控制指令信号，将控制指令信号传递给变频器和电机，变频器和电机通过四卷筒差动控制的方法控制起升机构和开闭机构的运动带动机械抓斗到清污位置进行清污操作；
所述PLC控制单元的主站通过读码器获取清污机当前的位置后，判断清污机是否在需要清污的位置，如果位置错误，则通过大车变频器驱动大车电机驱动清污机到相应的清污位置；如果清污机运行至清污位置，那么PLC控制单元控制支持钢丝绳卷筒动和开闭钢丝绳卷筒动作使机械抓斗运行至指定的清污高度，或者压力传感器的信号输出欠载信号时机械抓斗停止起升动作，然后开闭钢丝绳动作，抓斗闭合抓取污物，抓斗闭合到位后支持钢丝绳卷筒和开机械抓斗上设置的两个起升卷筒和两个开闭卷筒，通过各自的绳索通过四卷筒电气差动控制方式带动抓斗运动，PLC控制单元将四卷筒电气差动控制的控制逻辑通过PROFIBUS DP总线传递给变频器单元，起升卷筒、开闭卷筒和小车分别由变频器单元的起升变频器、开闭变频器、小车变频器采用能耗制动或者回馈制动的方式驱动各自的电机带动小车运动，协调控制抓斗的起升、抓斗的开闭、小车的运行。
[0012]人机界面单元接收PLC控制单元实时传递的机械抓斗各检测控制信号数据，将实时的数据与预存的正常数据进行比较，判断当前数据是否超限或者异常，当接收到的数据超限或异常时，在人机界面单元的报警记录表中报警，同时开启声光报警，不超限且不异常则关闭声光报警；当检测装置或者变频器或者电机发生故障导致PLC控制单元接收不到数据时，在人机界面单元中报警记录表中显示并进行声光报警。
[0013]本发明的有益效果:
(1)通过总线技术将PLC、变频器、上位机和高精度检测元件集成应用到清污机的控制系统，提高清污机的自动控制系统性能与控制精度，从而保证清污机的多功能智能化运行，操作简捷方便、功能实用；
(2)将位置编码系统技术应用到清污机的大车运行定位监测，通过总线位置信号传送至