治霾降塵設(shè)備的智能化

王銘朋，馬紅奎

（山東華力機(jī)電有限公司研發(fā)事業(yè)部，山東 汶上 272500）

治霾降塵設(shè)備的智能化

王銘朋，馬紅奎

（山東華力機(jī)電有限公司研發(fā)事業(yè)部，山東 汶上 272500）

根據(jù)自動(dòng)控制理論，分析研究了工業(yè)型治霾降塵設(shè)備（噴霧機(jī)）的工作原理，指出實(shí)現(xiàn)治霾降塵設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化具有廣闊的發(fā)展前景，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化控制提供了解決方案。

治霾降塵；噴霧機(jī)；變頻調(diào)速；PLC控制；人機(jī)界面

近幾年來，隨著煤炭行業(yè)和高粉塵工業(yè)的不斷發(fā)展，霧霾天氣日益加重，國家對(duì)治理霧霾日益重視，治霾降塵設(shè)備（工業(yè)級(jí)噴霧機(jī)）應(yīng)運(yùn)而生。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使自動(dòng)控制理論在治霾降塵設(shè)備中的應(yīng)用得到了有力的支持，能大大改善該工程設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性以及實(shí)用性。

1 噴霧機(jī)的工作原理

其工作原理是采用高壓水泵供水，經(jīng)過霧化裝置將水產(chǎn)生顆粒較大的水霧；然后由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生高速氣流將水霧送出去，再利用伯努利原理，將顆粒較大的水霧通過高速的氣流，進(jìn)一步撕裂成更細(xì)小更輕的水霧，并輸送出去。

由于水霧顆粒小，能與飄起的粉塵、揚(yáng)塵等塵埃，迅速接觸，形成一種潮濕狀體并凝聚在一起，達(dá)到一定的重量后沉降下來，達(dá)到降塵除霾的目的。

2 智能化控制前景

由于工業(yè)級(jí)噴霧機(jī)屬于國內(nèi)的新型產(chǎn)品，且市場(chǎng)需求量大，使噴霧機(jī)研發(fā)周期較短，大部分生產(chǎn)企業(yè)僅局限于對(duì)噴霧機(jī)噴射距離、噪聲處理、霧化效果等為主要研發(fā)方向，從而導(dǎo)致目前市場(chǎng)上正在大批量使用的噴霧機(jī)僅能使用遙控器或操作按鈕箱進(jìn)行啟動(dòng)/停止和上下左右簡(jiǎn)單操作，功能比較單一；風(fēng)機(jī)射程及噴霧水量不可調(diào)，所謂的精量噴霧受到了使用場(chǎng)所很大的影響；簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)雖然制造成本較低，但無法適應(yīng)各種工作環(huán)境且無法進(jìn)行后期的升級(jí)改造，使其的廣泛性受到了很大的制約。

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)工作環(huán)境有了很高的要求，而噴霧機(jī)的使用場(chǎng)所均為高污染、高粉塵，操作者現(xiàn)場(chǎng)操作難免會(huì)受到環(huán)境的影響。這就要求我們充分利用科學(xué)技術(shù)的力量，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴霧機(jī)的定量定時(shí)噴霧、遠(yuǎn)程監(jiān)控，不需要操作者現(xiàn)場(chǎng)控制，僅需要操作者在監(jiān)控室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)環(huán)境粉塵濃度進(jìn)行自動(dòng)噴灑作業(yè)，從而達(dá)到精量噴霧，大幅度節(jié)約人力、物力、財(cái)力，使噴霧機(jī)真正做到環(huán)保。

3 噴霧機(jī)的智能化控制

針對(duì)目前噴霧機(jī)存在的諸多不足之處，根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)控制理論，采用可編程控制器（PLC）、人機(jī)界面、變頻器等控制元件，經(jīng)過整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，滿足風(fēng)機(jī)、水泵、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、上下液壓電機(jī)等執(zhí)行元件的動(dòng)作要求，實(shí)現(xiàn)其智能化控制，提供了一種網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、更大限度的節(jié)能降耗抑塵降霾風(fēng)送式噴霧機(jī)的解決方案，見圖1。

圖1

3.1 變頻調(diào)速

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

式中：

n——轉(zhuǎn)速；

f0——頻率；

P——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；

s——轉(zhuǎn)差率。

由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式可知，當(dāng)保持極對(duì)數(shù)P不變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨頻率的變化而變化，因此通過連續(xù)的改變電源頻率，就可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。該種調(diào)速方式具有調(diào)速范圍廣（0～600Hz）、平穩(wěn)啟動(dòng)（減少電機(jī)啟動(dòng)瞬間的大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊）、自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升等特點(diǎn)。

噴霧機(jī)主要負(fù)載類型為風(fēng)機(jī)和水泵，傳統(tǒng)的調(diào)速方法是機(jī)械的調(diào)節(jié)閥門或出入口擋板即給風(fēng)量和給水量，造成大量的能源消耗，而采用變頻調(diào)速來控制流量的大小則有效的避免這種浪費(fèi)。可選用市面上質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的普通型U/f控制變頻器或?qū)Ｓ玫娘L(fēng)機(jī)、水泵類變頻器。風(fēng)機(jī)和水泵采用變頻器進(jìn)行變頻啟動(dòng)、無級(jí)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，從而控制噴霧機(jī)的射程及噴水量，達(dá)到了節(jié)約用電、節(jié)約用水、節(jié)能減排的目的，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（programmable logic controller）是將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)相融合，專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用控制器，是計(jì)算機(jī)化的高科技產(chǎn)品。其采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

PLC作為噴霧機(jī)的控制核心元件，通過PLC對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、上下液壓電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等四大執(zhí)行元件進(jìn)行集中控制，滿足復(fù)雜的邏輯控制要求，可進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，適應(yīng)各種工作環(huán)境以及滿足后期的升級(jí)改造。

其具有以下鮮明的特點(diǎn)：

（1）強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算控制能力。通過風(fēng)量傳感器、流量傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)控制變頻器運(yùn)行轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)噴霧風(fēng)量及水量，以達(dá)到最優(yōu)效果；配套編碼器讀取左右電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，結(jié)合齒輪變速比精確換算出噴霧機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)噴霧；通過邏輯編程，可實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)的自動(dòng)復(fù)位（便于運(yùn)輸）、自動(dòng)泄水（便于冬季保養(yǎng)）等各項(xiàng)功能。

（2）硬件配套齊全，適應(yīng)性強(qiáng)。PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，根據(jù)噴霧機(jī)實(shí)際使用情況及各項(xiàng)功能要求，可選配各種硬件裝置（電源模塊、I/O模塊、通訊模塊、模擬量輸入/輸出模塊），以提高經(jīng)濟(jì)性及可擴(kuò)展性。

（3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，接線大為減少，降低故障率，同時(shí)使控制柜更加的緊湊，便于安裝。

PLC具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可用于各種工業(yè)場(chǎng)所，適應(yīng)范圍廣。

（4）維修簡(jiǎn)單方便。噴霧機(jī)通過PLC進(jìn)行控制，使整個(gè)電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，器件大大簡(jiǎn)化，極大地降低的由于接線而產(chǎn)生的故障率。而且PLC具有完善的自診斷功能，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，PLC可自行判斷并反饋故障信息，以便與更快的排出故障恢復(fù)工作。

3.3 人機(jī)界面

人機(jī)界面（Human Machine Interaction，簡(jiǎn)稱HMI）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。人機(jī)界面通過串口或網(wǎng)絡(luò)通訊與可編程序控制器（PLC）、變頻器、多功能變送器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備進(jìn)行連接，利用組態(tài)界面進(jìn)行顯示和操作，方便用戶全面系統(tǒng)的監(jiān)控噴霧機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互。

人機(jī)界面在噴霧機(jī)上的應(yīng)用能達(dá)到以下功能：

（1）畫面顯示功能。通過與PLC、變頻器、多功能變送器等控制元件遠(yuǎn)程通訊，可實(shí)時(shí)顯示電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)、電能、轉(zhuǎn)速、頻率、流量、風(fēng)壓、運(yùn)行時(shí)間、可編程控制器I/O狀態(tài)等及各項(xiàng)保護(hù)報(bào)警，方便客戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)噴霧機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

（2）畫面操作功能。操作者可以通過人機(jī)界面上的操作鍵實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)的啟動(dòng)/停止運(yùn)行、左右旋轉(zhuǎn)、上下擺動(dòng)；可設(shè)定風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)風(fēng)量和水量的大小；還可設(shè)定自動(dòng)模式下的運(yùn)行時(shí)間等以滿足各種工況需求。

（3）數(shù)據(jù)采樣功能。可以設(shè)定采樣周期，記錄指定的數(shù)據(jù)寄存器的當(dāng)前值，通過設(shè)定采樣的條件，將收集到的數(shù)據(jù)以清單或圖表的形式顯示或打印這些數(shù)值，做好事件記錄。

（4）擴(kuò)展功能。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)+的時(shí)代到來，云服務(wù)系統(tǒng)在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。可擴(kuò)展加裝云服務(wù)系統(tǒng)，客戶可下載手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，隨時(shí)隨地對(duì)噴霧機(jī)進(jìn)行監(jiān)控；

（5）其他功能。具有設(shè)定時(shí)間開關(guān)、數(shù)據(jù)傳送、打印輸出、動(dòng)作模式設(shè)定、權(quán)限設(shè)定等多項(xiàng)功能。

4 結(jié)語

隨著科技的不斷進(jìn)步，為工業(yè)級(jí)噴霧機(jī)的智能化改造提供了強(qiáng)有力的保障。該類型噴霧機(jī)采用了目前非常成熟的控制技術(shù)，且相關(guān)控制元件都得到了廣泛的應(yīng)用，智能化改造成本較低，具有使用方便、節(jié)能降耗、節(jié)約用水、節(jié)約用電的優(yōu)點(diǎn)。

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[2] 馬小亮.高性能變頻調(diào)速及其典型控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2010.19-24.

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