基于PLC控制的港口煤堆場(chǎng)灑水噴槍系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)
摘 要 待裝船輸出的煤炭在港口煤場(chǎng)堆積如山，冬天隨風(fēng)揚(yáng)塵造成環(huán)境污染，夏天高溫會(huì)自燃。本文完成了秦皇島港口煤炭作業(yè)灑水除塵工程中PLC控制系統(tǒng)的理論研究、方案設(shè)計(jì)及工程實(shí)現(xiàn)，著重介紹了對(duì)灑水噴槍、變頻器和噴槍啟動(dòng)順序的控制。
關(guān)鍵詞 自動(dòng)控制；集散控制；PLC；
0 引言
秦皇島港是我國(guó)最大的煤炭水運(yùn)輸出港，但堆積在港口煤堆場(chǎng)上的煤炭隨風(fēng)揚(yáng)塵造成了環(huán)境污染。一般的治理方法是采用高壓噴槍定時(shí)對(duì)煤堆進(jìn)行灑水，既可防止煤塵的飛揚(yáng)又可在夏季時(shí)降低煤堆中間的溫度防止煤炭自燃。秦皇島港在冬季往往風(fēng)力較大容易揚(yáng)塵，因此需要對(duì)灑水系統(tǒng)的設(shè)備和控制方法進(jìn)行研究，以滿足港口生產(chǎn)過(guò)程中灑水除塵的需要。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)定位在中型集散控制系統(tǒng)[1]，主要包括操作站、PLC單元、以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP總線、變頻器、遠(yuǎn)程I/O等，其中PLC系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的控制中樞，共需控制116臺(tái)灑水噴槍和恒壓供水系統(tǒng)中的變頻器。
本文主要對(duì)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)部分進(jìn)行了研究。
2 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)
該P(yáng)LC系統(tǒng)采用了分布式I/O結(jié)構(gòu)，通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接[2]�，F(xiàn)場(chǎng)電控箱采用施耐德Momoentum I/O模塊，每一電控箱配置1臺(tái)Momoentum I/O模塊。監(jiān)控上位機(jī)主要設(shè)置的畫面有：操作畫面，實(shí)現(xiàn)各個(gè)監(jiān)控功能，完成到各個(gè)畫面間的切換；堆場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)畫面，可以有效地監(jiān)控PLC系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；泵房設(shè)備工作狀態(tài)畫面，可以監(jiān)控泵房?jī)?nèi)水泵的工作狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、流量狀態(tài)、水池水位狀態(tài)，及時(shí)對(duì)各種狀況進(jìn)行處理。
2.1灑水噴槍控制
灑水噴槍控制系統(tǒng)共有116臺(tái)噴槍，分為9條線排列，其中第1條線為12臺(tái)噴槍，2至9線為每條線13臺(tái)灑水噴槍。
在編程的過(guò)程中，考慮到大量噴槍的控制程序都是相同的，于是使用了CONCEPT軟件自編功能塊的方法，這樣可以節(jié)約大量的程序存儲(chǔ)空間，只需一個(gè)功能塊就能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有噴槍的控制[3]。
2.2變頻器控制
在該項(xiàng)目中泵房采用三臺(tái)變頻器控制4個(gè)高壓泵（其中一臺(tái)泵作為備用），用戶要求高壓泵可以隨意先啟動(dòng)其中的任何一臺(tái)，在使用過(guò)程中其余兩臺(tái)根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)啟動(dòng)或停止。由于控制的要求比較高，模式也較多，所以采用PLC控制才更加安全可靠[4]。
在控制程序編制與程序調(diào)試過(guò)程中，最初使用了跟蹤水管壓力的方法來(lái)對(duì)變頻器的啟動(dòng)與停止進(jìn)行控制。但在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，水管壓力的波動(dòng)并不能很好的反映出現(xiàn)場(chǎng)噴槍的出水情況，經(jīng)常出現(xiàn)變頻器來(lái)回頻繁的啟動(dòng)停止。經(jīng)過(guò)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，最終采用了跟蹤水管流量的方法來(lái)控制變頻器的停止。當(dāng)前壓力在設(shè)定壓力范圍之內(nèi)，則可以進(jìn)行正常自動(dòng)停止模式。當(dāng)目前的流量小于設(shè)定的流量，并且壓力也穩(wěn)定(穩(wěn)定時(shí)間可通過(guò)上位機(jī)設(shè)定)在正常范圍后，將自動(dòng)停止其中的一臺(tái)變頻器，依次類推可以同樣方法停止第二臺(tái)變頻器。最后一臺(tái)變頻器的停止則需要通過(guò)上位機(jī)手動(dòng)停止。
2.3灑水噴槍啟動(dòng)順序控制
在本系統(tǒng)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，噴槍的控制方式分為自動(dòng)、手動(dòng)、維修等三種方式，自動(dòng)控制方式由預(yù)先確定的程序邏輯自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組合和單點(diǎn)自動(dòng)循環(huán)噴灑功能；手動(dòng)控制方式在程序邏輯許可的情況下，實(shí)現(xiàn)操作人員在上位工控微機(jī)上用鼠標(biāo)操作噴灑功能；維修方式是指當(dāng)灑水噴槍站在調(diào)試或本身出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)維修人員通過(guò)子站控制箱對(duì)噴槍進(jìn)行的控制方式。因此，灑水噴槍控制共有3種模式，5種選擇如下：
①全自動(dòng)6槍單側(cè)模式。該模式中所有噴槍均參與循環(huán)，最多6臺(tái)單側(cè)噴槍同時(shí)噴灑，每次2臺(tái)單側(cè)噴槍同時(shí)啟動(dòng)，啟動(dòng)順序是：從BD1第 1號(hào)線開始，啟動(dòng)12、11號(hào)噴槍，延時(shí)20秒后，啟動(dòng)10、9號(hào)噴槍，延時(shí)20秒，啟動(dòng)8、7號(hào)噴槍，噴灑延時(shí)90秒后關(guān)閉12、11號(hào)噴槍并啟動(dòng)6、5號(hào)噴槍……依次循環(huán)直至到第9號(hào)線自動(dòng)停止，完成一次循環(huán)。
②全自動(dòng)12槍雙側(cè)模式。該模式中所有噴槍均參與循環(huán)，最多12臺(tái)雙側(cè)噴槍同時(shí)噴灑，每次4臺(tái)雙側(cè)噴槍同時(shí)啟動(dòng)，啟動(dòng)順序是：?jiǎn)?dòng)BD1第1號(hào)線12、11號(hào)噴槍和BQ1第13、12號(hào)噴槍噴灑，延時(shí)20秒后，啟動(dòng)后面相應(yīng)的噴槍，延時(shí)90秒后關(guān)閉最初啟動(dòng)的4把噴槍并啟動(dòng)后面相應(yīng)的噴槍，……依次循環(huán)直至到第9號(hào)線自動(dòng)停止，完成一次循環(huán)。
�、圩蛹詣�(dòng)6槍單側(cè)模式。該模式中參與循環(huán)的噴槍由用戶選定，循環(huán)過(guò)程與全自動(dòng)6槍模式相同。
�、茏蛹詣�(dòng)12槍雙側(cè)模式。該模式中參與循環(huán)的灑水噴槍由用戶選定，循環(huán)過(guò)程與全自動(dòng)12槍模式相同。
�、菔謩�(dòng)控制模式。該模式中，選擇1~9號(hào)線中任意噴槍，即可使之噴水。用戶用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下該噴槍后，啟動(dòng)該噴槍，再用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下該噴槍后，關(guān)閉該噴槍。
�、迒尉�選擇模式。在每條線前都有一個(gè)選擇按鈕，例：當(dāng)需要使用8線時(shí)，點(diǎn)擊8號(hào)線按鈕，綠色為選擇使用，紅色為選擇不用。
所有116桿灑水噴槍共分布在9條線上，根據(jù)需要可以進(jìn)行任意組合。在每條線啟動(dòng)模塊前設(shè)置一個(gè)允許啟動(dòng)的條件。根據(jù)上位機(jī)不同的條件選擇，將順序啟動(dòng)不同的噴槍線。例：六號(hào)線的啟動(dòng)：當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)噴灑狀態(tài)時(shí)，如果前5條線沒(méi)有被禁用的，則PLC系統(tǒng)將根據(jù)排列依次啟動(dòng)所有噴槍，至前5條線結(jié)束才啟動(dòng)第6條線；如果2、3、4、5不用，則在1號(hào)線結(jié)束后直接啟動(dòng)6號(hào)線，以此類推其他的各種組合啟動(dòng)順序。
3 結(jié)束語(yǔ)
在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，借鑒了國(guó)內(nèi)外一些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想，去粗存精，較好地解決了灑水系統(tǒng)的易操作性、易維護(hù)性等方面的問(wèn)題，在兼顧性價(jià)比指標(biāo)的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了最大限度的優(yōu)化。經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行使用，本系統(tǒng)安全方便、穩(wěn)定可靠、自動(dòng)化程度高，確保了港口生產(chǎn)的順利進(jìn)行，煤場(chǎng)除塵效果明顯改善，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了應(yīng)有的作用。
參考文獻(xiàn)：
1楊寧,趙玉剛.集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003,9:10~15
2毛哲.基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC通信.自動(dòng)化儀表,2004年10期
3 Schneider Company,Modicon Concept V2.1,2003,2:51~59
4孫毅,程曉榮.PLC接入技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)管理模式與功能設(shè)計(jì).河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004年05期
作者：劉燕燕（燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 河北·秦皇島 066004）
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