王銘朋，馬紅奎

（山東華力機電有限公司研發(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

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

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

治霾降塵；噴霧機；變頻調(diào)速；PLC控制；人機界面

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，國家對治理霧霾日益重視，治霾降塵設(shè)備（工業(yè)級噴霧機）應(yīng)運而生。隨著科學技術(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)定性以及實用性。

1 噴霧機的工作原理

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；然后由風機產(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，進一步撕裂成更細小更輕的水霧，并輸送出去。

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

2 智能化控制前景

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

隨著市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們生活質(zhì)量的提高，對工作環(huán)境有了很高的要求，而噴霧機的使用場所均為高污染、高粉塵，操作者現(xiàn)場操作難免會受到環(huán)境的影響。這就要求我們充分利用科學技術(shù)的力量，實現(xiàn)對噴霧機的定量定時噴霧、遠程監(jiān)控，不需要操作者現(xiàn)場控制，僅需要操作者在監(jiān)控室進行實時監(jiān)控，根據(jù)環(huán)境粉塵濃度進行自動噴灑作業(yè)，從而達到精量噴霧，大幅度節(jié)約人力、物力、財力，使噴霧機真正做到環(huán)保。

3 噴霧機的智能化控制

針對目前噴霧機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）、人機界面、變頻器等控制元件，經(jīng)過整體規(guī)劃設(shè)計，滿足風機、水泵、旋轉(zhuǎn)電機、上下液壓電機等執(zhí)行元件的動作要求，實現(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)能降耗抑塵降霾風送式噴霧機的解決方案，見圖1。

圖1

3.1 變頻調(diào)速

異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式為：

式中：

n——轉(zhuǎn)速；

f0——頻率；

P——電動機極對數(shù)；

s——轉(zhuǎn)差率。

由異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式可知，當保持極對數(shù)P不變，電動機轉(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)電動機的轉(zhuǎn)速，實現(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（減少電機啟動瞬間的大電流對電網(wǎng)的沖擊）、自動轉(zhuǎn)矩提升等特點。

噴霧機主要負載類型為風機和水泵，傳統(tǒng)的調(diào)速方法是機械的調(diào)節(jié)閥門或出入口擋板即給風量和給水量，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?？蛇x用市面上質(zhì)優(yōu)價廉的普通型U/f控制變頻器或?qū)Ｓ玫娘L機、水泵類變頻器。風機和水泵采用變頻器進行變頻啟動、無級調(diào)速，實現(xiàn)風機、水泵的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，從而控制噴霧機的射程及噴水量，達到了節(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)、微型計算機技術(shù)和通訊技術(shù)相融合，專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用控制器，是計算機化的高科技產(chǎn)品。其采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(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械或生產(chǎn)過程。

PLC作為噴霧機的控制核心元件，通過PLC對風機、水泵、上下液壓電機、旋轉(zhuǎn)電機等四大執(zhí)行元件進行集中控制，滿足復(fù)雜的邏輯控制要求，可進行遠程通訊，適應(yīng)各種工作環(huán)境以及滿足后期的升級改造。

其具有以下鮮明的特點：

（1）強大的邏輯運算控制能力。通過風量傳感器、流量傳感器采集的數(shù)據(jù)進行分析，自動控制變頻器運行轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)噴霧風量及水量，以達到最優(yōu)效果；配套編碼器讀取左右電機旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，結(jié)合齒輪變速比精確換算出噴霧機旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)定點噴霧；通過邏輯編程，可實現(xiàn)噴霧機的自動復(fù)位（便于運輸）、自動泄水（便于冬季保養(yǎng)）等各項功能。

（2）硬件配套齊全，適應(yīng)性強。PLC產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，根據(jù)噴霧機實際使用情況及各項功能要求，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)濟性及可擴展性。

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

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

（4）維修簡單方便。噴霧機通過PLC進行控制，使整個電氣控制系統(tǒng)簡單化，器件大大簡化，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，當發(fā)生故障時，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 人機界面

人機界面（Human Machine Interaction，簡稱HMI）是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(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)備進行連接，利用組態(tài)界面進行顯示和操作，方便用戶全面系統(tǒng)的監(jiān)控噴霧機各種運行狀態(tài)，實現(xiàn)人與機器信息交互。

人機界面在噴霧機上的應(yīng)用能達到以下功能：

（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程通訊，可實時顯示電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)、電能、轉(zhuǎn)速、頻率、流量、風壓、運行時間、可編程控制器I/O狀態(tài)等及各項保護報警，方便客戶實時監(jiān)測噴霧機運行狀態(tài)。

（2）畫面操作功能。操作者可以通過人機界面上的操作鍵實現(xiàn)噴霧機的啟動/停止運行、左右旋轉(zhuǎn)、上下擺動；可設(shè)定風機、水泵的運行轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)風量和水量的大??；還可設(shè)定自動模式下的運行時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)+的時代到來，云服務(wù)系統(tǒng)在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用?？蓴U展加裝云服務(wù)系統(tǒng)，客戶可下載手機APP，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，隨時隨地對噴霧機進行監(jiān)控；

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

4 結(jié)語

隨著科技的不斷進步，為工業(yè)級噴霧機的智能化改造提供了強有力的保障。該類型噴霧機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。

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社.2002.1-10.

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

[3]張金果. 人機界面設(shè)計在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用認識[J]. 科技資訊,2011,(1).

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