摘要：結(jié)合國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司100萬噸鉀肥項(xiàng)目，介紹引入SLC500、GPS和系統(tǒng)自動(dòng)化控制的礦石采輸水采機(jī)設(shè)備，并對(duì)其系統(tǒng)構(gòu)成、主要功能、控制方案和相應(yīng)系統(tǒng)軟件作了說明，同時(shí)還介紹監(jiān)控系統(tǒng)軟件以及GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)控制采收航道的主要功能。
關(guān)鍵詞：SLC500 GPS 自動(dòng)化系統(tǒng) 無線通訊 以太網(wǎng) 組態(tài)軟件
1 引 言
國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司年產(chǎn)120萬噸鉀肥項(xiàng)目是國家“十一五”發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目在原有年產(chǎn)10萬噸的基礎(chǔ)上擴(kuò)大到年產(chǎn)120萬噸的規(guī)模。整個(gè)工藝包括原礦的采集、原礦的輸送和由原礦加工成產(chǎn)品的過程。原礦的采集是通過多條水采機(jī)組在鹽田中不斷的采掘，并將采掘到的礦料經(jīng)浮管送至碼頭增壓泵站；原礦的輸送就是將由水采機(jī)組采集到的原礦通過增壓泵站輸送，經(jīng)過數(shù)十公里輸送到加工廠；加工廠將源源不斷的原礦經(jīng)過過濾、結(jié)晶，并加入化學(xué)藥劑，經(jīng)過物理化學(xué)過程生產(chǎn)出成品硫酸鉀。
原礦的采集設(shè)備由水采機(jī)、浮管和錨機(jī)組成，實(shí)行定位逐行直線采收，采用GPS系統(tǒng)的差分方式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）進(jìn)行測(cè)量和定位控制。水采機(jī)、錨機(jī)與浮管連成一體，隨著水采機(jī)切割軌跡的移動(dòng)，錨機(jī)可以自動(dòng)移動(dòng)。大風(fēng)來臨時(shí)，根據(jù)風(fēng)向和水采機(jī)位置，錨機(jī)自動(dòng)移動(dòng)浮管。
水采機(jī)系統(tǒng)采用美國Rockwell Automation公司生產(chǎn)的SLC 500作為控制系統(tǒng)的解決方案。該系統(tǒng)是中小型、框架式、模塊化可編程控制器，它可以滿足中小規(guī)模自動(dòng)化應(yīng)用項(xiàng)目的要求，SLC 500系統(tǒng)功能強(qiáng)大、處理快速、性能可靠、提供多種內(nèi)存容量、框架供選擇，可支持豐富的指令集。
同時(shí)SLC 500還提供多種網(wǎng)絡(luò)通訊功能和豐富的I/O模塊，基于bbbbbbs XP的操作系統(tǒng)編程軟件使用方便、簡(jiǎn)單、糾錯(cuò)能力強(qiáng)，可以最大程度幫助開發(fā)人員節(jié)省時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。并與無線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)一起組成了一個(gè)先進(jìn)的工廠自動(dòng)化系統(tǒng)。
2系統(tǒng)構(gòu)成
礦石采收控制系統(tǒng)分為岸基站、水采機(jī)、錨機(jī)和錨頭增壓泵站控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)涉及到全系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，操作員不僅控制水采機(jī)的定向采收，錨機(jī)載安全區(qū)域自動(dòng)移動(dòng)，而且還兼顧著碼頭增壓泵站的設(shè)備起停以及整個(gè)系統(tǒng)要能互相通信聯(lián)系，各部分?jǐn)?shù)據(jù)要能互相傳輸。
為了滿足這些要求，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用無線通信網(wǎng)絡(luò)，圖1為水采機(jī)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖。
圖1 水采機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
水采機(jī)是系統(tǒng)的核心，其中包括二臺(tái)前操作員站，二臺(tái)后操作員站和一套由SLC5/05組成的可編程序控制器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)水采船的控制可分別進(jìn)行正向和反向行走操作及顯示系統(tǒng)的各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)，操作員站也可授權(quán)作為工程師站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的開發(fā)管理；錨機(jī)包括一個(gè)PanelView 1000操作監(jiān)控站、無線通信和一套由SLC5/05組成的可編程序控制器系統(tǒng)，操作員站和工程師站通過無線串口與錨機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)水采機(jī)對(duì)錨機(jī)控制；增壓泵站包括一個(gè)PanelView 550操作監(jiān)控站和一套由SLC5/05組成的可編程序控制器系統(tǒng)，通過無線以太網(wǎng)與碼頭增加壓泵站通信，二臺(tái)無線電臺(tái)采用的是DATA-LINC的無線電臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水采機(jī)對(duì)增壓泵站控制。水采機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)由碼頭增壓泵交換機(jī)通過光纜傳輸?shù)矫擕u車間中央控制室集中調(diào)度和監(jiān)視。
3 控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)
3.1水采機(jī)控制系統(tǒng)功能
水采機(jī)控制系統(tǒng)由操作站、PLC、無線電臺(tái)、一套GPS定位移動(dòng)站和六面智能MCC智能馬達(dá)控制中心組成。GPS定位系統(tǒng)通過BASIC模板與SLC5/05通信；每臺(tái)錨機(jī)也包括了一套GPS定位移動(dòng)站和四面智能MCC柜，錨機(jī)的GPS定位系統(tǒng)也通過BASIC模板與SLC5/05通信。
水采機(jī)的控制方案十分復(fù)雜，其中涉及到關(guān)鍵的控制功能如下：
（1）航道航線控制。通過GPS雙天線姿態(tài)控制，在船縱向中心線的頭和尾各置一個(gè)天線并通過數(shù)據(jù)換算計(jì)算出水采機(jī)所在經(jīng)、緯度和行駛方向。GPS數(shù)據(jù)通過RS232口送入PLC。水采機(jī)操作人員根據(jù)作業(yè)計(jì)劃書將要作業(yè)的航道或航行目的地通過人機(jī)界面輸入PLC，PLC將設(shè)定值與水采機(jī)當(dāng)前值進(jìn)行比較，做出判斷，指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作來滿足作業(yè)要求。
GPS天線安裝于水采機(jī)機(jī)體的中心連線上，主天線距前切割頭X米，從天線距后切割頭Y米。如圖2所示：
圖2 GPS雙天線姿態(tài)控制示意圖
采船GPS讀回的數(shù)值：經(jīng)度、緯度，兩點(diǎn)連線相對(duì)于正北夾角=α，則得出：O ， O′點(diǎn)坐標(biāo)，當(dāng)O點(diǎn)與所給航線偏差大于30m時(shí)，前后履帶調(diào)整為距離逼近狀態(tài)，以垂直方向快速切入航道。當(dāng)偏差進(jìn)入小于30m的范圍內(nèi)，前履帶進(jìn)行距離逼近，后履帶進(jìn)行角度校正 。進(jìn)入1m微調(diào)區(qū)后，前履帶微調(diào)距離，后履帶微調(diào)角度。進(jìn)入0.02m區(qū)域后，前后履帶都調(diào)整為逼近航線狀。圖3示出水采機(jī)航線及姿態(tài)控制程序框圖。
圖3 水采機(jī)航線及姿態(tài)控制程序框圖
（2）礦漿傳輸控制。按照操作員設(shè)定的流量要求，自動(dòng)開關(guān)進(jìn)出口閥，溢流閥，調(diào)節(jié)礦漿泵和增壓泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)理想的串級(jí)調(diào)節(jié)，做到防抽空，防喘振。并檢測(cè)礦漿管壓力，保護(hù)傳輸系統(tǒng)。
?。?）采收濃度控制。水采機(jī)行走速度與濃度成正比，在系統(tǒng)中采用PID自動(dòng)控制功能，改變水采機(jī)的行走速度來調(diào)節(jié)采收濃度，滿足工藝對(duì)濃度為35%的設(shè)定要求。圖4為采收濃度控制程序框圖。
圖4 采收濃度控制程序框圖
?。?）水采機(jī)機(jī)體的自動(dòng)水平控制。采用液壓自平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)和水平儀干預(yù)性控制來調(diào)節(jié)油缸伸縮控制機(jī)體水平；水采機(jī)機(jī)體靠浮力平衡于水面，正常情況下，行走機(jī)構(gòu)靠重力依附于鹽田底面爬行。液壓自平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)整四條履帶接地比壓保持一致，使油缸的柔性可在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)其伸縮長(zhǎng)度。保證機(jī)體水平；池板的不平及下壓力的不平衡會(huì)導(dǎo)致船體傾斜。本設(shè)計(jì)又采用水平儀干預(yù)性控制，在液壓控制不能自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)體水平時(shí)，根據(jù)水平儀數(shù)據(jù)可判斷船體不平衡的方向，調(diào)整相應(yīng)履帶的下壓力。圖5為水采機(jī)水平控制程序框圖。
圖5 水采機(jī)水平控制程序框圖
（5）水采機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向換行采用反向更換切割頭方式自動(dòng)轉(zhuǎn)向換入新航道，水采機(jī)采收到達(dá)鹽田岸邊后，正向切割頭不停止工作的情況下，快速原路線反向后退80m，然后慢速轉(zhuǎn)換到另一新的航道，進(jìn)行正向采收轉(zhuǎn)向行走，繼續(xù)到達(dá)岸邊后，水采機(jī)已正向進(jìn)入新的航道中，停止水采機(jī)前行和正向切割頭旋轉(zhuǎn)，啟動(dòng)反向切割頭，進(jìn)行新的航道反向繼續(xù)采收行走。圖 6為水采機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向換行控制程序框圖。
圖6 水采機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向換行控制程序框圖
3.2錨機(jī)控制系統(tǒng)
錨機(jī)設(shè)備由PLC、無線數(shù)傳電臺(tái)、GPS移動(dòng)站和MCC智能控制中心組成。通過無線串行通訊，實(shí)現(xiàn)水采機(jī)對(duì)錨機(jī)的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視功能。包括錨機(jī)起動(dòng)、行走、停止、水平、轉(zhuǎn)向、履帶提升降落等控制；操作員有時(shí)也要上船去操作，系統(tǒng)中采用PanelView1000實(shí)現(xiàn)這一功能。主要組態(tài)畫面有儀表顯示畫面、電機(jī)啟停畫面、履帶提起畫面、船體行走畫面等。設(shè)定錨機(jī)運(yùn)行區(qū)域，可自動(dòng)控制錨船與水采機(jī)、碼頭的距離，來避免浮管的纏繞和拉斷，使浮管處于最佳工作位置。
通過無線以太網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)水采機(jī)對(duì)碼頭增壓泵遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視功能。包括碼頭增壓泵、水封泵以及破碎機(jī)的起?？刂?、控制閥的開關(guān)控制以及閥門的開度信號(hào)、流量、壓力以及軸承溫度顯示等；采用PanelView550來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作功能。
4軟件
水采機(jī)前后操作員站工控機(jī)安裝RSLogix500梯形圖編程軟件，RSView32人機(jī)接口(MMI)監(jiān)控軟件。而RSView32采用RSLinx通訊驅(qū)動(dòng)程序，將RSLogix500的梯形圖邏輯程序和RSView32人機(jī)接口(MMI)監(jiān)控軟件同時(shí)連接于中央處理器。
RSLogix500是一種靈活易于操作的編輯器，包括：梯形圖、功能塊、結(jié)構(gòu)文本和順序流程圖。有高效、專用指令集，優(yōu)越的圖形化診斷能力和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)柱狀圖顯示，這一切使得RSLogix500讓應(yīng)用開發(fā)更快速、簡(jiǎn)潔、直觀。
RSIinx是一套完整的通訊服務(wù)器軟件，它提供現(xiàn)場(chǎng)層／設(shè)備與Rockwell Automation公司應(yīng)用軟件的連接，還提供通用的開放接口，用于與第三方人機(jī)界面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和分析軟件包、客戶應(yīng)用程序軟件進(jìn)行通訊。 ‘
RSView32是基于Microsoft bbbbbbs NT和bbbbbbs 9X平臺(tái)設(shè)計(jì)的，其組態(tài)軟件畫面顯示功能豐富，能與多種通信協(xié)議互連，適應(yīng)各類測(cè)控硬件設(shè)備。RSView32向下可以通過RSLinx、OPC驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)采集硬件通信；向上通過TCP／IP協(xié)議、以太網(wǎng)與高層管理網(wǎng)互聯(lián)。
5結(jié)束語
礦石采收水采機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，其系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行安全可靠性高。采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)能進(jìn)行逐行直線采收，使之避免漏采和重復(fù)采收，達(dá)到增效降耗的目的。運(yùn)用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)異地操作設(shè)備和監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)的功能，做到了減人增效的目的。引用了自動(dòng)換行功能，減少了轉(zhuǎn)向換行的時(shí)間，增加采收產(chǎn)量，促成經(jīng)濟(jì)效益的提高。以太網(wǎng)的引入以及PLC(SLC500)與RSView32組態(tài)軟件的結(jié)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動(dòng)監(jiān)控，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)踐證明，這樣的控制系統(tǒng)對(duì)礦石采收作業(yè)是安全、可靠和經(jīng)濟(jì)適用的，具有一定的推薦價(jià)值。
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作者簡(jiǎn)介
王喜良 工程師，畢業(yè)于新疆大學(xué)信息工程專業(yè)，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司年產(chǎn)120萬噸鉀肥項(xiàng)目水采機(jī)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)建造負(fù)責(zé)人之一。現(xiàn)從事公司自動(dòng)化控制的工作。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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