PLC在漂浮式水采船中的应用

PLC在漂浮式水采船中的应用

青海盐湖集团年产100万吨KCI，该项目的采矿设备由8条漂浮式水采船组成。采船的一半重量由卤水的浮力支撑，另一半重量由4条液压驱动的履带支撑并推动采船向前行驶。8条采船分别在14个长1.25km,宽2.5km的深水盐田采收光卤石矿。深水盐田，水深约1.5m，在盐田底部沉积有卤水蒸发而形成的40cm厚的固态光卤石矿。采船的采矿工艺流程为：采船前端的双螺旋集料器将光卤石矿收集到初级泵的入口，初级泵将矿桨（光卤石和卤水的混合物）吸到船载的矿桨罐，然后增压泵将矿桨罐里的浓度为35%的光卤石矿桨通过浮管输送到加工车间。

水采船的PLC采用美国AB公司的Controllogix5000,利用美国TRIMBLE公司的MS-860 GPS导航。此套控制系统实现了采船的自动导航，以及流量、浓度等的自动控制，提高了采收率，实现了光卤石采收作s业的高产、稳产。

1 系统结构

该系统采用了ROCKWELL的以态网、控制网、设备网。上层管理网根据以态网协议构建。因8条船分布在4Okm2的光卤石池中进行采矿作业，与中心码头距离远，且流动性大，故8条船采用data-linc公司的SRM6300无线以太网模块构成无线以太网，与中心码头通讯，实现中心码头对8条船的监控和生产管理。在每条船上还装有通过以太网与PLC联接的上位监控系统，实现采船上的操作人员对采船的操作。采船自动化程度较高，整船只需一人操作。采船前仓的PLC和后仓的远程PLC机架通过1756-CNB控制网模块桥接起来。底层设备通过设备网联接，包括有初级泵变频器，增压泵变频器，液压泵软启动器，卤水泵电机启动器，淡水泵电机启动器，前、中、后排污泵电机启动器等。

水采船PLC控制系统结构示意图如图1。

2 系统硬件配置

系统中的PLC为AB公司Contrologix5000, CPU为L55M13处理器，内存扩展为1.5M。采用13槽机架，除装有模拟量，数字量I/O模块外，还有以太网模块，设备网模块及与GPS进行通讯的MVI56-GSC模块。船载GPS，还有控制网模块及远程机架。

在中心码头配置有一台PLC，它不仅负责控制中心码头的6台二级加压泵，而且接收8条采船发送过来的数据，进行生产管理及工艺控制。中心泵站PLC和船载PLC用无线以太网数据电台组成无线以太网。采船前仓配置一台PLC，后仓配置一个13槽的远程机架，通过控制网模块将本地PLC和远程机架桥接起来。由于采船长达40m，配置远程机架将后仓的一些模拟量，数字量的输入输出及设备网的接线接到后仓远程机架，可以减少接线的长度和信号干扰。

船载PLC采集有关模拟量、数字量。每船包括84路开关量输入，36路开关量的输出，39路模拟量的输入，33路模拟量输出。这些模拟量及数字量输入信号主要来自于流量计、密度计、液位仪表及液压差压开关，输出信号主要用于控制3台液压泵及履带的转向，提升及设备的保护等。它通过设备网控制初级泵、增压泵、液压泵、卤水泵、电气室空调等。利用prosoft公司的MVI56-GSC通讯模块和GPS通讯，获取采船的位置和姿态数据，通过PLC的背板将数据传到PLC，控制采船的履带转向系统，使采船自动按航道作业，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 系统软件设计

3.1 网络组态

网络组态利用Rockwell Software公司的RSlinxProfessional，RSnetWorx for DeviceNet和RsnetWorxfor CotrolNet软件完成以太网、控制网和设备网的组态。通过网络联接各种智能设备，达到网络互联和信息共享。

3.2 PLC程序设计

编程软件采用Rockwell Software软件公司开发的面向logix平台的Rslogix5000软件。PLC程序以功能块图为主，梯形图为辅，实现了采船系统的自动导航、流量控制、浓度控制等。

3.2.1 GPS自动导航

GPS自动导航原理流程图如图2。当采船切割头中心点与所给航线偏差大于30m时，前后履带调整为距离逼近状态，以垂直方向切入航道。当偏差在小于30m的范围内时，前履带进行距离逼近，则后履带进行角度校正。进入lm微调区后，前后履都调整为逼近航线。

3.2.2船体水平保持控制

控制思想：采船体靠浮力平衡于水面。正常情况下，行走机构靠重力依附于盐田底面。

采船行驶时，油缸的柔性可在一定范围内自动调节其伸缩长度。由于盐田底面的高低不平和盐田光卤石矿对行走履带的羁绊、凹陷，需要对行走机构施加下压力。池板的不平及下压力的不平衡会导致船厂体倾斜。本设计采用可姿态控制的GPS，根据GPS数据可判断船体不平衡的方向，调整相应履带的下压力，保证船体的平衡。

3.2.3浓度控制

控制思想：若切割头不参与浓度控制，船的航速将与浓度成正比，但由于盐池成矿程度不同，简单的比例控制不能很好地解决这个问题。由于密度计的安装位置离矿浆入口比较近，整个系统可视为一个反应比较快的过程，因此整个系统的PID参数的设定成为系统控制好坏的关键。

3.3 上位机监控系统的设计

监控软件采用Rockwell software软件公司的RSview32软件，它包括人机界面开发软件和运行软件。提供创建和运行高效监视和管理控制应用程序所需的工具。RSview32还具有强大的网络通讯能力，可与Allen-Bradey公司各种类型的PLC网络进行数据通讯。在Rsview32中设置好Channel类型和Node节点号后，Rsview32便可与以太网进行通讯，以实现上位机对采船现场设备的检测与控制。

采船上的监控系统画面主要由采船总貌图、导航图、工艺参数图、液压设备图、变频驱动图、行走履带悬挂图、统计报表图及报警图组成。

4 结束语

本系统自2003年8月投运以来，显示状况良好，控制功能正常。PLC系统的投产，提高了深水盐田采收作业的自动化程度，大大减轻了采船操作人员的劳动强度。同时，提高了盐田的采收率，保证了加工车间的供矿质量。