北海某煤炭礦石碼頭灑水噴淋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅佳佳　王利　蔣雯潔

摘要：文章介紹了北海某煤炭礦石碼頭灑水噴淋控制系統(tǒng)的組成設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)組成、功能、控制方式、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。該系統(tǒng)采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制，具有節(jié)省電纜、擴(kuò)展性好、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，堆場(chǎng)灑水降塵效果較好，能有效控制煤炭礦石碼頭粉塵污染。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：煤炭礦石碼頭;灑水噴淋;PLC控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U656.1+34

0 引言

煤炭礦石在碼頭露天堆場(chǎng)和裝卸運(yùn)輸過(guò)程中容易揚(yáng)塵，不但污染環(huán)境，也對(duì)作業(yè)人員身體健康造成影響，必須采取抑塵措施，對(duì)堆場(chǎng)進(jìn)行灑水噴淋。灑水噴淋控制系統(tǒng)控制方式有總線形式和硬接線形式。在專(zhuān)業(yè)煤炭礦石碼頭，總線形式比硬接線形式節(jié)省電纜、擴(kuò)展性好、傳輸距離遠(yuǎn)。本文介紹了總線方式的灑水噴淋控制系統(tǒng)。

1 灑水噴淋系統(tǒng)簡(jiǎn)介

北海某煤炭礦石碼頭在煤炭、礦石堆場(chǎng)四周設(shè)置灑水噴槍?zhuān)媒?jīng)散貨污水處理站處理達(dá)標(biāo)出水對(duì)散貨堆場(chǎng)進(jìn)行灑水抑塵，減少散貨因風(fēng)力產(chǎn)生的起塵量。一般每天灑水2～3次，保持堆垛表面含水率在6%以上;同時(shí)，裝卸過(guò)程中盡量降低落料高度。噴槍采用內(nèi)螺紋連接，每個(gè)噴槍用一個(gè)電磁閥控制，為方便檢修電磁閥，在電磁閥前安裝一個(gè)手動(dòng)閘閥。每個(gè)噴槍配現(xiàn)地操作箱，防護(hù)等級(jí)為IP65。噴槍的啟停通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換，共設(shè)有兩種操作方式：噴槍側(cè)控制、遠(yuǎn)程控制。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)位于噴槍現(xiàn)地操作箱中。

本項(xiàng)目堆場(chǎng)灑水噴淋系統(tǒng)的用水由回用水泵供給，回用水泵由變頻器控制，可以調(diào)整管道壓力。噴淋系統(tǒng)有分組噴淋、同時(shí)噴淋、單點(diǎn)噴淋等幾種模式，因同時(shí)工作的噴槍數(shù)量不同，管道中壓力也不同，變頻器通過(guò)控制回用水泵的輸出頻率調(diào)整管道壓力，使每種模式下的噴槍都處于最佳狀態(tài)。

2 灑水噴淋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 堆場(chǎng)灑水噴淋控制系統(tǒng)組成

堆場(chǎng)灑水噴淋控制系統(tǒng)由上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位PLC控制系統(tǒng)組成（見(jiàn)圖1），完成對(duì)堆場(chǎng)灑水噴淋系統(tǒng)的控制、操作、顯示及管理。

上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括1臺(tái)監(jiān)控工作站，布置在中控室，采用專(zhuān)業(yè)級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）。

下位控制系統(tǒng)主要包括：1臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站、1套PLC主站和7套遠(yuǎn)程I/O站。根據(jù)平面布置情況，PLC主站布置在散貨污水處理站控制室，遠(yuǎn)程I/O站就近布置在散貨堆場(chǎng)，I/O點(diǎn)數(shù)預(yù)留量為20%左右。堆場(chǎng)四周設(shè)置灑水噴槍34個(gè)，每個(gè)遠(yuǎn)程I/O站控制4～6個(gè)噴槍。PLC主站包括1個(gè)電源模塊、1個(gè)CPU模塊、1個(gè)通信模塊、1個(gè)32點(diǎn)DI模塊、1個(gè)8點(diǎn)DO模塊和1個(gè)8點(diǎn)AI模塊，主要有散貨污水處理站回用水泵遠(yuǎn)控、工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行、故障、變頻器運(yùn)行、變頻器故障、電機(jī)電流等反饋信號(hào)和散貨污水處理站回用水泵啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)等控制信號(hào)。遠(yuǎn)程I/O站包括1個(gè)電源模塊、1個(gè)通信模塊、1個(gè)16點(diǎn)DI模塊和1個(gè)8點(diǎn)DO模塊，主要有電磁閥運(yùn)行、電磁閥遠(yuǎn)控、電源監(jiān)控等反饋信號(hào)和電磁閥啟停的控制信號(hào)。在遠(yuǎn)程I/O站電控箱內(nèi)設(shè)置配電箱，每個(gè)噴槍現(xiàn)地操作箱的電源均設(shè)置斷路器開(kāi)關(guān)，當(dāng)檢修噴槍現(xiàn)地操作箱時(shí)，只需斷開(kāi)該噴槍現(xiàn)地操作箱電源處的斷路器，不會(huì)影響其他噴槍的使用。同時(shí)，可監(jiān)控噴槍現(xiàn)地操作箱的電源，及時(shí)對(duì)電源故障進(jìn)行處理。

控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制局域網(wǎng)。控制網(wǎng)主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送、監(jiān)視、操作、數(shù)據(jù)處理、信息查詢(xún)等功能。

2.2 堆場(chǎng)灑水噴淋系統(tǒng)功能及控制方式

堆場(chǎng)灑水噴淋系統(tǒng)采用Modbus工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制，監(jiān)視主要的設(shè)備運(yùn)行狀況及工藝參數(shù)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)灑水噴淋系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)控制[1]。堆場(chǎng)灑水噴淋系統(tǒng)的用水由回用水泵供給，堆場(chǎng)灑水噴淋系統(tǒng)的電磁閥與回用水泵聯(lián)動(dòng)。噴淋啟動(dòng)時(shí)，先啟動(dòng)電磁閥后再啟動(dòng)回用水泵;噴淋關(guān)閉時(shí)，先停止回用水泵后再停止電磁閥。

噴槍的控制方式分為以下三種控制方式：

（1）中控室控制方式。這是控制系統(tǒng)的主要控制方式。中控室操作員通過(guò)上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控工作站完成噴槍的啟動(dòng)、停止、分組控制等操作。中控室控制方式分為程序控制和手動(dòng)控制。程序控制是根據(jù)煤炭礦石堆場(chǎng)的實(shí)際堆存量及堆存位置、噴淋時(shí)間等設(shè)定程序，噴淋系統(tǒng)可以在分組噴淋、同時(shí)噴淋、循環(huán)噴淋、定時(shí)噴淋等多種模式下自動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況，噴淋系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，還可以隨時(shí)調(diào)整噴淋時(shí)間。手動(dòng)控制是根據(jù)實(shí)際情況，由中控室操作員手動(dòng)操作監(jiān)控工作站上各個(gè)噴槍電磁閥的啟、停，手動(dòng)控制各個(gè)噴槍的運(yùn)行。手動(dòng)控制單點(diǎn)噴淋及程序控制的分組噴淋、循環(huán)噴淋的流程圖分別如下頁(yè)圖2、圖3所示。

（2）現(xiàn)地控制器控制方式。這是控制系統(tǒng)的輔助控制方式。現(xiàn)場(chǎng)人員可通過(guò)現(xiàn)地控制器的監(jiān)控工作站單獨(dú)完成噴槍的啟、停，為設(shè)備的調(diào)試及維修提供方便。

（3）噴槍側(cè)控制方式。這是控制系統(tǒng)的輔助控制方式。現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)噴槍現(xiàn)場(chǎng)操作箱實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制功能，通常情況下，噴槍側(cè)操作僅作為設(shè)備的調(diào)試、維修使用。

2.3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控工作站軟件界面由工作狀態(tài)顯示區(qū)、設(shè)備控制區(qū)、定時(shí)工作區(qū)、噴淋工作時(shí)間輸入?yún)^(qū)、故障報(bào)警區(qū)等部分組成。軟件界面以動(dòng)態(tài)圖形顯示所有設(shè)備的工作狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，可根據(jù)煤炭礦石堆場(chǎng)的實(shí)際堆存量及堆存位置的變化情況，通過(guò)設(shè)備控制區(qū)修改不

同的分組進(jìn)行噴淋，通過(guò)噴淋工作時(shí)間輸入?yún)^(qū)修改噴淋運(yùn)行時(shí)間，做到實(shí)時(shí)精確的噴淋控制，避免浪費(fèi)水資源，提高噴淋效果。該軟件具有故障處理能力，當(dāng)噴淋系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉故障設(shè)備及水泵以避免故障擴(kuò)大，并自動(dòng)報(bào)警及提示故障范圍。

監(jiān)控工作站軟件界面以動(dòng)態(tài)圖形顯示的工作狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)主要包括：PLC控制器的運(yùn)行狀態(tài)、噴槍現(xiàn)地操作箱電源的工作狀態(tài)、電磁閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)[2]、散貨污水處理站內(nèi)回用水泵及變頻器的工作狀態(tài)。對(duì)上述設(shè)備工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)備故障時(shí)能及時(shí)處理，減小經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，操作狀態(tài)、故障情況等各種數(shù)據(jù)均能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，便于追溯。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了北海某煤炭礦石碼頭灑水噴淋控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用Modbus工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制，具有節(jié)省電纜、擴(kuò)展性好、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際情況對(duì)噴槍進(jìn)行分組噴淋、同時(shí)噴淋、循環(huán)噴淋、定時(shí)噴淋等，適應(yīng)各種工況，操作方便，能精確控制各個(gè)噴槍的運(yùn)行時(shí)間，避免水資源浪費(fèi)。同時(shí)，本系統(tǒng)堆場(chǎng)灑水降塵效果較好，能有效控制煤炭礦石碼頭粉塵污染，保護(hù)環(huán)境，保障作業(yè)人員的身體健康，可為煤炭礦石碼頭灑水噴淋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]JTS 156-2015，煤炭礦石碼頭粉塵控制設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]景 屹.秦皇島港煤四期堆場(chǎng)灑水環(huán)保控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2011（11）：141-142.

作者簡(jiǎn)介：

羅佳佳（1989—），碩士，工程師，研究方向：水運(yùn)工程電氣、控制、通信;

王 利（1987—），碩士，工程師，研究方向：港口規(guī)劃設(shè)計(jì);

蔣雯潔（1987—），在讀碩士研究生，工程師，主要從事港口航道工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理工作。