PLC在漂浮式水采船中的應(yīng)用

PLC在漂浮式水采船中的應(yīng)用

青海鹽湖集團(tuán)年產(chǎn)100萬(wàn)噸KCI，該項(xiàng)目的采礦設(shè)備由8條漂浮式水采船組成。采船的一半重量由鹵水的浮力支撐，另一半重量由4條液壓驅(qū)動(dòng)的履帶支撐并推動(dòng)采船向前行駛。8條采船分別在14個(gè)長(zhǎng)1.25km,寬2.5km的深水鹽田采收光鹵石礦。深水鹽田，水深約1.5m，在鹽田底部沉積有鹵水蒸發(fā)而形成的40cm厚的固態(tài)光鹵石礦。采船的采礦工藝流程為：采船前端的雙螺旋集料器將光鹵石礦收集到初級(jí)泵的入口，初級(jí)泵將礦槳（光鹵石和鹵水的混合物）吸到船載的礦槳罐，然后增壓泵將礦槳罐里的濃度為35%的光鹵石礦槳通過(guò)浮管輸送到加工車間。

水采船的PLC采用美國(guó)AB公司的Controllogix5000,利用美國(guó)TRIMBLE公司的MS-860 GPS導(dǎo)航。此套控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了采船的自動(dòng)導(dǎo)航，以及流量、濃度等的自動(dòng)控制，提高了采收率，實(shí)現(xiàn)了光鹵石采收作s業(yè)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用了ROCKWELL的以態(tài)網(wǎng)、控制網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)。上層管理網(wǎng)根據(jù)以態(tài)網(wǎng)協(xié)議構(gòu)建。因8條船分布在4Okm2的光鹵石池中進(jìn)行采礦作業(yè)，與中心碼頭距離遠(yuǎn)，且流動(dòng)性大，故8條船采用data-linc公司的SRM6300無(wú)線以太網(wǎng)模塊構(gòu)成無(wú)線以太網(wǎng)，與中心碼頭通訊，實(shí)現(xiàn)中心碼頭對(duì)8條船的監(jiān)控和生產(chǎn)管理。在每條船上還裝有通過(guò)以太網(wǎng)與PLC聯(lián)接的上位監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采船上的操作人員對(duì)采船的操作。采船自動(dòng)化程度較高，整船只需一人操作。采船前倉(cāng)的PLC和后倉(cāng)的遠(yuǎn)程PLC機(jī)架通過(guò)1756-CNB控制網(wǎng)模塊橋接起來(lái)。底層設(shè)備通過(guò)設(shè)備網(wǎng)聯(lián)接，包括有初級(jí)泵變頻器，增壓泵變頻器，液壓泵軟啟動(dòng)器，鹵水泵電機(jī)啟動(dòng)器，淡水泵電機(jī)啟動(dòng)器，前、中、后排污泵電機(jī)啟動(dòng)器等。

水采船PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

2 系統(tǒng)硬件配置

系統(tǒng)中的PLC為AB公司Contrologix5000, CPU為L(zhǎng)55M13處理器，內(nèi)存擴(kuò)展為1.5M。采用13槽機(jī)架，除裝有模擬量，數(shù)字量I/O模塊外，還有以太網(wǎng)模塊，設(shè)備網(wǎng)模塊及與GPS進(jìn)行通訊的MVI56-GSC模塊。船載GPS，還有控制網(wǎng)模塊及遠(yuǎn)程機(jī)架。

在中心碼頭配置有一臺(tái)PLC，它不僅負(fù)責(zé)控制中心碼頭的6臺(tái)二級(jí)加壓泵，而且接收8條采船發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)管理及工藝控制。中心泵站PLC和船載PLC用無(wú)線以太網(wǎng)數(shù)據(jù)電臺(tái)組成無(wú)線以太網(wǎng)。采船前倉(cāng)配置一臺(tái)PLC，后倉(cāng)配置一個(gè)13槽的遠(yuǎn)程機(jī)架，通過(guò)控制網(wǎng)模塊將本地PLC和遠(yuǎn)程機(jī)架橋接起來(lái)。由于采船長(zhǎng)達(dá)40m，配置遠(yuǎn)程機(jī)架將后倉(cāng)的一些模擬量，數(shù)字量的輸入輸出及設(shè)備網(wǎng)的接線接到后倉(cāng)遠(yuǎn)程機(jī)架，可以減少接線的長(zhǎng)度和信號(hào)干擾。

船載PLC采集有關(guān)模擬量、數(shù)字量。每船包括84路開(kāi)關(guān)量輸入，36路開(kāi)關(guān)量的輸出，39路模擬量的輸入，33路模擬量輸出。這些模擬量及數(shù)字量輸入信號(hào)主要來(lái)自于流量計(jì)、密度計(jì)、液位儀表及液壓差壓開(kāi)關(guān)，輸出信號(hào)主要用于控制3臺(tái)液壓泵及履帶的轉(zhuǎn)向，提升及設(shè)備的保護(hù)等。它通過(guò)設(shè)備網(wǎng)控制初級(jí)泵、增壓泵、液壓泵、鹵水泵、電氣室空調(diào)等。利用prosoft公司的MVI56-GSC通訊模塊和GPS通訊，獲取采船的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)PLC的背板將數(shù)據(jù)傳到PLC，控制采船的履帶轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使采船自動(dòng)按航道作業(yè)，做到了采船不漏采，也不重采，提高了采船的采收率和效率。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

網(wǎng)絡(luò)組態(tài)利用Rockwell Software公司的RSlinxProfessional，RSnetWorx for DeviceNet和RsnetWorxfor CotrolNet軟件完成以太網(wǎng)、控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)的組態(tài)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接各種智能設(shè)備，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和信息共享。

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

編程軟件采用Rockwell Software軟件公司開(kāi)發(fā)的面向logix平臺(tái)的Rslogix5000軟件。PLC程序以功能塊圖為主，梯形圖為輔，實(shí)現(xiàn)了采船系統(tǒng)的自動(dòng)導(dǎo)航、流量控制、濃度控制等。

3.2.1 GPS自動(dòng)導(dǎo)航

GPS自動(dòng)導(dǎo)航原理流程圖如圖2。當(dāng)采船切割頭中心點(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)，以垂直方向切入航道。當(dāng)偏差在小于30m的范圍內(nèi)時(shí)，前履帶進(jìn)行距離逼近，則后履帶進(jìn)行角度校正。進(jìn)入lm微調(diào)區(qū)后，前后履都調(diào)整為逼近航線。

3.2.2船體水平保持控制

控制思想：采船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。

采船行駛時(shí)，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。由于鹽田底面的高低不平和鹽田光鹵石礦對(duì)行走履帶的羈絆、凹陷，需要對(duì)行走機(jī)構(gòu)施加下壓力。池板的不平及下壓力的不平衡會(huì)導(dǎo)致船廠體傾斜。本設(shè)計(jì)采用可姿態(tài)控制的GPS，根據(jù)GPS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，保證船體的平衡。

3.2.3濃度控制

控制思想：若切割頭不參與濃度控制，船的航速將與濃度成正比，但由于鹽池成礦程度不同，簡(jiǎn)單的比例控制不能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。由于密度計(jì)的安裝位置離礦漿入口比較近，整個(gè)系統(tǒng)可視為一個(gè)反應(yīng)比較快的過(guò)程，因此整個(gè)系統(tǒng)的PID參數(shù)的設(shè)定成為系統(tǒng)控制好壞的關(guān)鍵。

3.3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件采用Rockwell software軟件公司的RSview32軟件，它包括人機(jī)界面開(kāi)發(fā)軟件和運(yùn)行軟件。提供創(chuàng)建和運(yùn)行高效監(jiān)視和管理控制應(yīng)用程序所需的工具。RSview32還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，可與Allen-Bradey公司各種類型的PLC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在Rsview32中設(shè)置好Channel類型和Node節(jié)點(diǎn)號(hào)后，Rsview32便可與以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)采船現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)與控制。

采船上的監(jiān)控系統(tǒng)畫面主要由采船總貌圖、導(dǎo)航圖、工藝參數(shù)圖、液壓設(shè)備圖、變頻驅(qū)動(dòng)圖、行走履帶懸掛圖、統(tǒng)計(jì)報(bào)表圖及報(bào)警圖組成。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)自2003年8月投運(yùn)以來(lái)，顯示狀況良好，控制功能正常。PLC系統(tǒng)的投產(chǎn)，提高了深水鹽田采收作業(yè)的自動(dòng)化程度，大大減輕了采船操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，提高了鹽田的采收率，保證了加工車間的供礦質(zhì)量。