治霾降塵設備的智能化

王銘朋，馬紅奎

（山東華力機電有限公司研發事業部，山東 汶上 272500）

治霾降塵設備的智能化

王銘朋，馬紅奎

（山東華力機電有限公司研發事業部，山東 汶上 272500）

根據自動控制理論，分析研究了工業型治霾降塵設備（噴霧機）的工作原理，指出實現治霾降塵設備的自動化、智能化、網絡化具有廣闊的發展前景，為實現設備的自動化控制提供了解決方案。

治霾降塵；噴霧機；變頻調速；PLC控制；人機界面

近幾年來，隨著煤炭行業和高粉塵工業的不斷發展，霧霾天氣日益加重，國家對治理霧霾日益重視，治霾降塵設備（工業級噴霧機）應運而生。隨著科學技術的迅猛發展，通訊技術、傳感器技術、電子技術的廣泛應用，使自動控制理論在治霾降塵設備中的應用得到了有力的支持，能大大改善該工程設備的可靠性、穩定性以及實用性。

1 噴霧機的工作原理

其工作原理是采用高壓水泵供水，經過霧化裝置將水產生顆粒較大的水霧；然后由風機產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

由于工業級噴霧機屬于國內的新型產品，且市場需求量大，使噴霧機研發周期較短，大部分生產企業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方向，從而導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，所謂的精量噴霧受到了使用場所很大的影響；簡易的控制系統雖然制造成本較低，但無法適應各種工作環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。

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

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，根據現代工業控制理論，采用可編程控制器（PLC）、人機界面、變頻器等控制元件，經過整體規劃設計，滿足風機、水泵、旋轉電機、上下液壓電機等執行元件的動作要求，實現其智能化控制，提供了一種網絡化、智能化、人性化、更大限度的節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 變頻調速

異步電動機的轉速表達式為：

式中：

n——轉速；

f0——頻率；

P——電動機極對數；

s——轉差率。

由異步電動機的轉速表達式可知，當保持極對數P不變，電動機轉速隨頻率的變化而變化，因此通過連續的改變電源頻率，就可以連續平滑的調節電動機的轉速，實現變頻調速。該種調速方式具有調速范圍廣（0～600Hz）、平穩啟動（減少電機啟動瞬間的大電流對電網的沖擊）、自動轉矩提升等特點。

噴霧機主要負載類型為風機和水泵，傳統的調速方法是機械的調節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用市面上質優價廉的普通型U/f控制變頻器或專用的風機、水泵類變頻器。風機和水泵采用變頻器進行變頻啟動、無級調速，實現風機、水泵的轉速可調節，從而控制噴霧機的射程及噴水量，達到了節約用電、節約用水、節能減排的目的，增加了經濟效益。

3.2 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（programmable logic controller）是將傳統的繼電器控制技術、微型計算機技術和通訊技術相融合，專為工業控制而設計的專用控制器，是計算機化的高科技產品。其采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。

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、旋轉電機等四大執行元件進行集中控制，滿足復雜的邏輯控制要求，可進行遠程通訊，適應各種工作環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據進行分析，自動控制變頻器運行轉速，調節噴霧風量及水量，以達到最優效果；配套編碼器讀取左右電機旋轉圈數，結合齒輪變速比精確換算出噴霧機旋轉角度，實現定點噴霧；通過邏輯編程，可實現噴霧機的自動復位（便于運輸）、自動泄水（便于冬季保養）等各項功能。

（2）硬件配套齊全，適應性強。PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，根據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，可用于各種工業場所，適應范圍廣。

（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簡單化，器件大大簡化，極大地降低的由于接線而產生的故障率。而且PLC具有完善的自診斷功能，當發生故障時，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工作。

3.3 人機界面

人機界面（Human Machine Interaction，簡稱HMI）是系統和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。人機界面通過串口或網絡通訊與可編程序控制器（PLC）、變頻器、多功能變送器、儀表等工業控制設備進行連接，利用組態界面進行顯示和操作，方便用戶全面系統的監控噴霧機各種運行狀態，實現人與機器信息交互。

人機界面在噴霧機上的應用能達到以下功能：

（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、電能、轉速、頻率、流量、風壓、運行時間、可編程控制器I/O狀態等及各項保護報警，方便客戶實時監測噴霧機運行狀態。

（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噴霧機的啟動/停止運行、左右旋轉、上下擺動；可設定風機、水泵的運行轉速，從而調節風量和水量的大小；還可設定自動模式下的運行時間等以滿足各種工況需求。

（3）數據采樣功能?？梢栽O定采樣周期，記錄指定的數據寄存器的當前值，通過設定采樣的條件，將收集到的數據以清單或圖表的形式顯示或打印這些數值，做好事件記錄。

（4）擴展功能。隨著網絡技術的迅速發展，互聯網+的時代到來，云服務系統在各個行業得到了廣泛的應用。可擴展加裝云服務系統，客戶可下載手機APP，實現網絡化，隨時隨地對噴霧機進行監控；

（5）其他功能。具有設定時間開關、數據傳送、打印輸出、動作模式設定、權限設定等多項功能。

4 結語

隨著科技的不斷進步，為工業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，且相關控制元件都得到了廣泛的應用，智能化改造成本較低，具有使用方便、節能降耗、節約用水、節約用電的優點。

[1]廖常初.PLC編程及應用[M].機械工業出版社.2002.1-10.

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

[3]張金果. 人機界面設計在農業機械中的應用認識[J]. 科技資訊,2011,(1).

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1671-0711（2017）04（下）-0182-02