西门子LOGO!在阶梯式格栅改造中的应用

[摘要] 介绍格栅的工作原理和以LOGO！为控制核心的格栅自动控制系统。通过控制措施的改进解决运行中存在的问题，提高了自动化程度和可靠性，是一种经济实用控制方案。

关键词 阶梯式格栅；LOGO！；液位控制系统

1.项目简介

淮北市污水处理厂是国家“三河”、“三湖”水污染治理重点项目。细格栅系统采用德国EGNER阶梯式格栅和瑞士E+H超声波测量系统。其控制柜使用继电器系统，线路复杂触点多，经过长期运行电子计时计数器等关键部件频繁出现故障。加之水流扰动导致超声波液位计测量信号失真，只得改用手动方式。运行时间长、磨损大；操作人员劳动强度大而且易出事故；更重要的是除渣效果不好，影响整个生产工艺的控制。通过不断消化吸收，采用西门子LOGO！对细格栅电气控制系统进行改造。

2.工艺流程介绍

格栅是污水处理工艺流程重要的机械设备，用来拦截分离污水中的粗大悬浮物和固体垃圾，以达到保护后续设备、减轻后续工序负荷的目的。阶梯式格栅通过设置于格栅上部的驱动装置，带动分布于格栅机架两边的偏心轮和连杆机构，使一组阶梯形栅片相对于另一组固定阶梯形栅片作回转运动，将水中漂浮渣物截留在栅面上，并将渣物从水中逐步上推至栅片顶端排出，实现拦污清渣目的。下图为格栅动作示意图，其中虚线为动栅片组，实线为静栅片组。

整个细格栅系统由两台阶梯式格栅、一台螺旋输送器、一台栅渣压实机、两套超声波液位测量装置组成。所有设备均可以使用手动和自动控制方式。自动方式采用时间和液位差两种方式控制。格栅液位差控制时，栅前液位随着栅渣沉积不断升高形成液位差，通过安装在格栅前后超声波探头来测量液位，传输到PLC或上位机通过设定不同的差值范围来控制格栅运行。下图为格栅液位控制原理示意图。螺旋输送器和栅渣压实机与格栅联动运行，实现栅渣的清理和外运。

3.方案确定及软硬件的开发

格栅系统改造分成硬件和软件两个部分进行。

硬件部分：根据格栅系统具体情况和控制要求，控制回路以LOGO！为主控单元进行重新设计。LOGO ！是西门子公司生产的具有输入输出功能可编程的逻辑控制模块。根据工作环境和输入输出点的要求，选用LOGO！ RC230主模块和LOGO ！ DM8 230R扩展模块，共计16个输入点和12个输出点，220VAC电压作为输入信号，继电器输出可采用220VAC和24VDC电压。

软件部分：根据输入输出端子的定义和控制系统的流程，使用编程软件LOGO！SOFT V5.0编制功能块程序，经过调试仿真运行成功后通过电缆下载到LOGO！模块中。从以下几个部分对控制程序进行说明。项目中的数字量模拟量I/O分配如下表所示。

⑴ 初始化部分：

格栅系统上电启动LOGO！，通过启动标志块M8在第一个扫描周期为控制程序置位，无故障时系统进入初始状态等待运行。

⑵ 格栅自动部分：

首先解决超声波液位差计信号失真。根据现场实际情况，在超声波液位计FMU862中设定新的控制参数，通过改变通道2工作模式使液位差控制成为可能；时间控制通过软件很容易可以解决。整个良好的运行系统由时间、液位双重控制。

上图为格栅自动控制示意图，当格栅选择自动（I1信号有效），使能异步脉冲触发器B008，按时间运行，脉冲持续时间Th控制格栅运行长短，（经验值Th=4N-2 N需上升台阶数、动栅片旋转360度为一个周期用时4秒），脉冲持续时间TL控制格栅运行间隔，根据实际情况自行设定（经验值3h）。格栅停止由定位信号I4控制，I4由格栅电机接触器的常开触开和定位用接近开关的常闭触点串联而成，I4为“1”表示格栅处于运行状态、I04为“0”表示格栅处于停止状态在初始位置，动静栅条保持平齐。使用E+H超声波测量仪FMU862提供液位差，设置了两个级别的信号，当液位的差值大于低设定值触发FMU862内部继电器1，使得I02为1格栅由B004控制作短时间隔运动，预设B005延时到达后液位差还存在格栅连续运行，直到液位差信号降到设定值以下。当出现异常情况液位差信号达到高位设定值时（即I15为1）直接启动两个格栅，并发出报警信号。

⑶ 输送器、压实机自动部分：

输送器和压实机由格栅动栅片上升台阶数来控制。下面为自动控制示意图。即检测格栅的定位运行（I4、I6）信号上升沿的个数，通过设定B14、B16接通阙值来启动输送器、压实机。当计数值大于等于设定的接通阙值时启动断开延时功能块控制输送器压实机运行。这种控制方式输送器和压实机不需要每次都随格栅运行，可以大大减少其运行次数提高运行效率，达到合理使用效果。

⑷ 故障、报警部分：

故障、复位通过RS锁存继电器完成。故障信号用常开触点输入，出现故障相应触点失电，机器停止运行并发出报警，自动运行时为防止出现事故设置了互锁，例如自动运行时输送器的故障会使格栅停止运行。

为了提高系统的可靠性设置了报警功能，一是运行超时报警，格栅接近开关失效时格栅定位信号I4、I6始终为“1”格栅无法停止，可以接通延时功能块监测I4、I6，达到设定的延时发出报警并停止格栅。二是设置不运行报警，有控制信号要启动格栅时（如液位信号I2、I3），而格栅却没有响应运行，同样可以设定延时报警。

4.应用体会

格栅控制由传统继电器控制系统改造成可编程控制的软件系统，提高了设备灵活性、可靠性、稳定性。而且设置了多种故障报警功能，出现故障格栅能够自行处理防止更大事故发生。实现了真正意义的自动控制，达到格栅最优控制目标。整个格栅系统的运行时间大大缩短。改造完成后格栅日运行时间不足5分钟。节省了大量生产费用，降低了设备的磨损，减少了维护保养，延长了使用年限，提高了生产效率。

液位自动控制实现了阶梯式格栅筛滤作用。格栅每次运行时间很短，只是将截留的漂浮物抬升几个台阶，这样从上到下格栅的截留物依次减少，下部的截留物稀疏的攀附格栅上形成一道滤网，对水中细微的漂浮物有更好的去除作用，更有利于后续工艺控制目标的实现。

格栅改造完成后，从近两年运行情况来看故障率大大降低、可靠性大大提高，达到格栅最优控制的要求，完全能够满足工艺运行的要求。

参 考 文 献

[1] EGNER公司. ESR阶梯式格栅运行维护指导

[2] Endress+Hauser公司. FMU860...862超声波测量系统安装使用说明书

[3] SIEMENS自动化与驱动集团. LOGO！手册版本

[4] 赵惠忠等. 深入浅出西门子LOGO！[M]. 北京航空航天出版， 2004，9.

[5] 陈永信. 格栅设计的几点体会 中国建筑工程网.

[7] 张大群. 污水处理机械设备设计与应用. 化学工业出版社

作者简介：陈峰（1976-）男，汉，安徽濉溪人，淮北市排水有限责任公司，工程师，本科学历，电气自动化方向。

刘浩（1981-）男，汉，安徽淮北人，淮北市排水有限责任公司，技术员，专科学历，电气自动化方向。