PLC在漂浮式水采船中的應(yīng)用

青海鹽湖集團(tuán)年產(chǎn)100萬噸KCI，該項目的采礦設(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)動的履帶支撐并推動采船向前行駛。8條采船分別在14個長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泵的入口，初級泵將礦槳（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%的光鹵石礦槳通過浮管輸送到加工車間。

水采船的PLC采用美國AB公司的Controllogix5000,利用美國TRIMBLE公司的MS-860 GPS導(dǎo)航。此套控制系統(tǒng)實現(xiàn)了采船的自動導(dǎo)航，以及流量、濃度等的自動控制，提高了采收率，實現(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)，且流動性大，故8條船采用data-linc公司的SRM6300無線以太網(wǎng)模塊構(gòu)成無線以太網(wǎng)，與中心碼頭通訊，實現(xiàn)中心碼頭對8條船的監(jiān)控和生產(chǎn)管理。在每條船上還裝有通過以太網(wǎng)與PLC聯(lián)接的上位監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)采船上的操作人員對采船的操作。采船自動化程度較高，整船只需一人操作。采船前倉的PLC和后倉的遠(yuǎn)程PLC機(jī)架通過1756-CNB控制網(wǎng)模塊橋接起來。底層設(shè)備通過設(shè)備網(wǎng)聯(lián)接，包括有初級泵變頻器，增壓泵變頻器，液壓泵軟啟動器，鹵水泵電機(jī)啟動器，淡水泵電機(jī)啟動器，前、中、后排污泵電機(jī)啟動器等。

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L55M13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PLC，它不僅負(fù)責(zé)控制中心碼頭的6臺二級加壓泵，而且接收8條采船發(fā)送過來的數(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用無線以太網(wǎng)數(shù)據(jù)電臺組成無線以太網(wǎng)。采船前倉配置一臺PLC，后倉配置一個13槽的遠(yuǎn)程機(jī)架，通過控制網(wǎng)模塊將本地PLC和遠(yuǎn)程機(jī)架橋接起來。由于采船長達(dá)40m，配置遠(yuǎn)程機(jī)架將后倉的一些模擬量，數(shù)字量的輸入輸出及設(shè)備網(wǎng)的接線接到后倉遠(yuǎn)程機(jī)架，可以減少接線的長度和信號干擾。

船載PLC采集有關(guān)模擬量、數(shù)字量。每船包括84路開關(guān)量輸入，36路開關(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)字量輸入信號主要來自于流量計、密度計、液位儀表及液壓差壓開關(guān)，輸出信號主要用于控制3臺液壓泵及履帶的轉(zhuǎn)向，提升及設(shè)備的保護(hù)等。它通過設(shè)備網(wǎng)控制初級泵、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

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

編程軟件采用Rockwell Software軟件公司開發(fā)的面向logix平臺的Rslogix5000軟件。PLC程序以功能塊圖為主，梯形圖為輔，實現(xiàn)了采船系統(tǒng)的自動導(dǎo)航、流量控制、濃度控制等。

3.2.1 GPS自動導(dǎo)航

GPS自動導(dǎo)航原理流程圖如圖2。當(dāng)采船切割頭中心點與所給航線偏差大于30m時，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，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，油缸的柔性可在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)其伸縮長度。由于鹽田底面的高低不平和鹽田光鹵石礦對行走履帶的羈絆、凹陷，需要對行走機(jī)構(gòu)施加下壓力。池板的不平及下壓力的不平衡會導(dǎo)致船廠體傾斜。本設(shè)計采用可姿態(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，簡單的比例控制不能很好地解決這個問題。由于密度計的安裝位置離礦漿入口比較近，整個系統(tǒng)可視為一個反應(yīng)比較快的過程，因此整個系統(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

監(jiān)控軟件采用Rockwell software軟件公司的RSview32軟件，它包括人機(jī)界面開發(fā)軟件和運行軟件。提供創(chuàng)建和運行高效監(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)點號后，Rsview32便可與以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，以實現(xiàn)上位機(jī)對采船現(xiàn)場設(shè)備的檢測與控制。

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)動圖、行走履帶懸掛圖、統(tǒng)計報表圖及報警圖組成。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)自2003年8月投運以來，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)的自動化程度，大大減輕了采船操作人員的勞動強度。同時，提高了鹽田的采收率，保證了加工車間的供礦質(zhì)量。