基于PLC的無(wú)組織粉塵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

賈強(qiáng)樂(lè)+暴偉杰

摘 要：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)依靠PLC強(qiáng)大的信號(hào)處理和總線通訊能力，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)無(wú)組織粉塵濃度和氣象信息，實(shí)時(shí)通報(bào)上傳，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和綜合分析處理，自動(dòng)編制治理環(huán)境粉塵和抑制排放源排放的控制策略。監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器、粉塵治理設(shè)備和中央監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)有機(jī)融合在一起，實(shí)現(xiàn)粉塵濃度監(jiān)測(cè)與治理自動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞：無(wú)組織粉塵；PLC；遠(yuǎn)程監(jiān)控；數(shù)據(jù)分析處理

中圖分類號(hào)：TD564 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）11-0034-02

0 引言

無(wú)組織粉塵排放存在于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中很多環(huán)節(jié)，排放形式多種多樣，且隨機(jī)排放，所以很難準(zhǔn)確定位排放源并治理[1]。而本研究涉及的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一定范圍內(nèi)粉塵排放的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)數(shù)據(jù)分析處理可有效縮小排放源的排查范圍，為粉塵治理提供強(qiáng)有力的決策依據(jù)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

無(wú)組織粉塵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備、遠(yuǎn)程信息傳輸網(wǎng)絡(luò)和中央監(jiān)控平臺(tái)等三部分組成。監(jiān)控系統(tǒng)以微處理器為基礎(chǔ)，融入分散控制和集中操作管理的基本思想，結(jié)合組態(tài)軟件，構(gòu)成分布式DCS控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要由供電模塊、粉塵濃度傳感器、氣象信息傳感器、顯示終端和數(shù)據(jù)傳輸單元等組成，集中設(shè)計(jì)，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝使用維護(hù)。

粉塵濃度傳感器是其中最為核心的部件，可直接測(cè)量空氣中的粉塵顆粒物質(zhì)濃度，由采樣頭、檢測(cè)裝置及微處理器組成，利用激光散射原理對(duì)粉塵進(jìn)行檢測(cè)，具有測(cè)量準(zhǔn)確可靠、檢測(cè)靈敏度高和性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

氣象信息傳感器做為輔助設(shè)備，可自動(dòng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境的風(fēng)向、風(fēng)速和溫濕度等信息，數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到控制單元，供后續(xù)工藝流程控制策略編制使用[2]。

1.2 遠(yuǎn)程信息傳輸網(wǎng)絡(luò)

遠(yuǎn)程信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)把現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、快速、及時(shí)的傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控中心，主要采用串口通訊和以太網(wǎng)相結(jié)合的通訊方式。

粉塵采集設(shè)備與控制單元之間采用串口通訊方式，總線標(biāo)準(zhǔn)是RS-485通訊協(xié)議，采用主從式結(jié)構(gòu)，通訊最大傳輸距離可達(dá)1000米以上，采用平衡發(fā)送和差分接收模式，抗干擾性好。現(xiàn)場(chǎng)控制單元與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端是以太網(wǎng)通訊方式，采用以集線器和交換機(jī)為核心的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，管理方便，易于擴(kuò)展，通過(guò)雙絞線將局域網(wǎng)中各臺(tái)主機(jī)連接到核心環(huán)節(jié)上，滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸?shù)囊蟆?/p>

現(xiàn)場(chǎng)控制單元配置可編程控制器（PLC）用于組建通訊網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與中央監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁。選用西門子S7-200 Smart PLC，該CPU模塊本體集成1個(gè)以太網(wǎng)接口和1個(gè)RS-485接口。以太網(wǎng)通過(guò)交換機(jī)與多臺(tái)以太網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交互，可滿足設(shè)備之間的通訊要求；串口通訊支持Modbus-RTU、PPI和自由口通訊等多種協(xié)議，便于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組網(wǎng)使用。

1.3 中央監(jiān)控平臺(tái)

無(wú)組織粉塵呈動(dòng)態(tài)時(shí)空分布，監(jiān)控平臺(tái)需要對(duì)場(chǎng)所內(nèi)的粉塵數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分類和匯總，形成大型數(shù)據(jù)庫(kù)，高效完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的歸檔和數(shù)據(jù)檢索與可視化服務(wù)。

監(jiān)控平臺(tái)主要有硬件和軟件兩部分組成，硬件系統(tǒng)配置專業(yè)服務(wù)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和液晶顯示終端，軟件系統(tǒng)主要是用于數(shù)據(jù)終端界面設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件。

2 監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 可視化控制軟件

監(jiān)控終端屬于人機(jī)交互平臺(tái)，操作人員不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)粉塵排放情況，以及設(shè)備運(yùn)行狀況，還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)抑塵設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作[3]。

可視化組態(tài)控制軟件選用組態(tài)王KingView7.5版本的開(kāi)發(fā)軟件，深度融合信息化和工業(yè)化，支持多種協(xié)議數(shù)據(jù)采集，內(nèi)置腳本，便于設(shè)計(jì)者開(kāi)發(fā)使用。監(jiān)控軟件具有運(yùn)行高效、內(nèi)容豐富的圖形系統(tǒng)，可以繪制實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)分析圖表和報(bào)表，內(nèi)置功能豐富的報(bào)警系統(tǒng)，能夠按要求及時(shí)發(fā)送預(yù)警和報(bào)警信息。

2.2 數(shù)據(jù)分析與處理

中央監(jiān)控平臺(tái)基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)反饋的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和自身存儲(chǔ)的海量歷史數(shù)據(jù)，挖掘監(jiān)測(cè)指標(biāo)的時(shí)變規(guī)律和關(guān)聯(lián)協(xié)同趨勢(shì)，研究監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)智能化異常判定準(zhǔn)則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)無(wú)組織粉塵污染特色，對(duì)于潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行早期預(yù)警。

組態(tài)軟件應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)分析、模型計(jì)算、規(guī)劃管理等功能模塊。在存儲(chǔ)海量歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)編制程序，可以在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上根據(jù)查詢條件調(diào)出所需的數(shù)據(jù)，將所搜集的數(shù)據(jù)利用非線性回歸、多元回歸分析、時(shí)間序列分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行處理，以曲線、直方圖或者趨勢(shì)圖等形式將數(shù)據(jù)可視化，還可利用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法，通過(guò)對(duì)大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，建立粉塵無(wú)組織排放預(yù)測(cè)模型，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)粉塵污染程度及擴(kuò)散進(jìn)行及時(shí)預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)粉塵污染程度的預(yù)測(cè)、抽樣與動(dòng)態(tài)模擬等功能，為工業(yè)園區(qū)的粉塵污染防控提供參考。

3 監(jiān)控系統(tǒng)工程應(yīng)用

無(wú)組織粉塵排放存在于散料生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和裝卸等各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)此抑制無(wú)組織粉塵的關(guān)鍵技術(shù)之一是干霧抑塵技術(shù)，該技術(shù)是通過(guò)高壓離子霧化和超聲波霧化，可產(chǎn)生1μm～100μm的超細(xì)干霧，當(dāng)干霧顆粒和粉塵顆粒大小相近時(shí)，粉塵經(jīng)過(guò)霧池，水霧與粉塵碰撞、粘合聚焦變大，形成粉塵團(tuán)，團(tuán)聚物不斷變大變重，直至自然沉降，從而達(dá)到消除粉塵的效果[4，5]。

公司秉承從污染源頭治理無(wú)組織粉塵排放的治理理念，憑借監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)和公司自主研制的微米級(jí)干霧抑塵裝置和遠(yuǎn)程射霧器等抑塵設(shè)備，針對(duì)各種煤場(chǎng)、露天堆料場(chǎng)等開(kāi)放環(huán)境和物料粉碎、篩分、輸送、裝卸等無(wú)組織源封閉及半封閉場(chǎng)所粉塵污染治理效果顯著，綜合抑塵效果可達(dá)到95%以上。產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于堆場(chǎng)、電廠、港口、煤礦、鋼鐵、化工、城市環(huán)衛(wèi)等行業(yè)，并與神華集團(tuán)、大唐集團(tuán)、首鋼集團(tuán)和中國(guó)黃金等大型企業(yè)建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使現(xiàn)場(chǎng)粉塵治理措施做到有的放矢，達(dá)到對(duì)無(wú)組織粉塵源頭準(zhǔn)確定位、快速治理的效果，對(duì)無(wú)組織粉塵排放的治理具有重要的工程實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn)

[1]牛占宇.鋼廠無(wú)組織粉塵治理措施探討[J].黑龍江科技信息，2016（22）.

[2]李亮報(bào).煤礦井下粉塵在線監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].山東科技大學(xué)，2008：3-6.

[3]劉生玉，趙彤宇.井下粉塵自動(dòng)監(jiān)測(cè)和高效治理技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].煤礦安全，2009，40（8）：66-67.

[4]王立海.微米級(jí)干霧抑塵在翻車機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2010（2）：31-33.

[5]謝新宇，劉炳煌.干霧抑塵裝置在港口區(qū)域大氣除塵中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技縱橫，2011（1）：153-153.