基于slc500、GPS以及无线通讯在120万吨钾肥项目水采机控制系统中的应用

　　国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司 王喜良

　　摘要：结合国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司100万吨钾肥项目，介绍引入SLC500、GPS和系统自动化控制的矿石采输水采机设备，并对其系统构成、主要功能、控制方案和相应系统软件作了说明，同时还介绍监控系统软件以及GPS卫星定位系统控制采收航道的主要功能。

　　关键词：SLC500 GPS 自动化系统 无线通讯 以太网 组态软件

　　1 引 言

　　国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司年产120万吨钾肥项目是国家“十一五”发展规划项目之一，该项目在原有年产10万吨的基础上扩大到年产120万吨的规模。整个工艺包括原矿的采集、原矿的输送和由原矿加工成产品的过程。原矿的采集是通过多条水采机组在盐田中不断的采掘，并将采掘到的矿料经浮管送至码头增压泵站；原矿的输送就是将由水采机组采集到的原矿通过增压泵站输送，经过数十公里输送到加工厂；加工厂将源源不断的原矿经过过滤、结晶，并加入化学药剂，经过物理化学过程生产出成品硫酸钾。

　　原矿的采集设备由水采机、浮管和锚机组成，实行定位逐行直线采收，采用GPS系统的差分方式实时动态（RTK）进行测量和定位控制。水采机、锚机与浮管连成一体，随着水采机切割轨迹的移动，锚机可以自动移动。大风来临时，根据风向和水采机位置，锚机自动移动浮管。

　　水采机系统采用美国Rockwell Automation公司生产的SLC 500作为控制系统的解决方案。该系统是中小型、框架式、模块化可编程控制器，它可以满足中小规模自动化应用项目的要求，SLC 500系统功能强大、处理快速、性能可靠、提供多种内存容量、框架供选择，可支持丰富的指令集。

　　同时SLC 500还提供多种网络通讯功能和丰富的I/O模块，基于Windows XP的操作系统编程软件使用方便、简单、纠错能力强，可以最大程度帮助开发人员节省时间，提高生产效率。并与无线通讯网络系统、GPS定位系统一起组成了一个先进的工厂自动化系统。

　　2系统构成

　　矿石采收控制系统分为岸基站、水采机、锚机和锚头增压泵站控制系统。该系统涉及到全系统的自动化控制，操作员不仅控制水采机的定向采收，锚机载安全区域自动移动，而且还兼顾着码头增压泵站的设备起停以及整个系统要能互相通信联系，各部分数据要能互相传输。

　　为了满足这些要求，系统总体结构采用无线通信网络，图1为水采机系统的总体结构图。

　　

　　图1 水采机控制系统结构

　　水采机是系统的核心，其中包括二台前操作员站，二台后操作员站和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，实现对整个水采船的控制可分别进行正向和反向行走操作及显示系统的各个部分的运行状态，操作员站也可授权作为工程师站，负责系统的开发管理；锚机包括一个PanelView 1000操作监控站、无线通信和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，操作员站和工程师站通过无线串口与锚机通信，实现水采机对锚机控制；增压泵站包括一个PanelView 550操作监控站和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，通过无线以太网与码头增加压泵站通信，二台无线电台采用的是DATA-LINC的无线电台，实现水采机对增压泵站控制。水采机控制系统数据由码头增压泵交换机通过光缆传输到脱卤车间中央控制室集中调度和监视。

　　3 控制系统的功能实现

　　3.1水采机控制系统功能

　　水采机控制系统由操作站、PLC、无线电台、一套GPS定位移动站和六面智能MCC智能马达控制中心组成。GPS定位系统通过BASIC模板与SLC5/05通信；每台锚机也包括了一套GPS定位移动站和四面智能MCC柜，锚机的GPS定位系统也通过BASIC模板与SLC5/05通信。

　　水采机的控制方案十分复杂，其中涉及到关键的控制功能如下：

　　（1）航道航线控制。通过GPS双天线姿态控制，在船纵向中心线的头和尾各置一个天线并通过数据换算计算出水采机所在经、纬度和行驶方向。GPS数据通过RS232口送入PLC。水采机操作人员根据作业计划书将要作业的航道或航行目的地通过人机界面输入PLC，PLC将设定值与水采机当前值进行比较，做出判断，指挥执行机构进行动作来满足作业要求。

　　GPS天线安装于水采机机体的中心连线上，主天线距前切割头X米，从天线距后切割头Y米。如图2所示：

　　

　　图2 GPS双天线姿态控制示意图

　　采船GPS读回的数值：经度、纬度，两点连线相对于正北夹角=α，则得出：O ， O′点坐标，当O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，以垂直方向快速切入航道。当偏差进入小于30m的范围内，前履带进行距离逼近，后履带进行角度校正 。进入1m微调区后，前履带微调距离，后履带微调角度。进入0.02m区域后，前后履带都调整为逼近航线状。图3示出水采机航线及姿态控制程序框图。

　　

　　图3 水采机航线及姿态控制程序框图

　　（2）矿浆传输控制。按照操作员设定的流量要求，自动开关进出口阀，溢流阀，调节矿浆泵和增压泵的转速，实现理想的串级调节，做到防抽空，防喘振。并检测矿浆管压力，保护传输系统。

　　（3）采收浓度控制。水采机行走速度与浓度成正比，在系统中采用PID自动控制功能，改变水采机的行走速度来调节采收浓度，满足工艺对浓度为35%的设定要求。图4为采收浓度控制程序框图。

　　

　　图4 采收浓度控制程序框图

　　（4）水采机机体的自动水平控制。采用液压自平衡调节系统和水平仪干预性控制来调节油缸伸缩控制机体水平；水采机机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爬行。液压自平衡调节系统通过调整四条履带接地比压保持一致，使油缸的柔性可在一定范围内自动调节其伸缩长度。保证机体水平；池板的不平及下压力的不平衡会导致船体倾斜。本设计又采用水平仪干预性控制，在液压控制不能自动调节机体水平时，根据水平仪数据可判断船体不平衡的方向，调整相应履带的下压力。图5为水采机水平控制程序框图。

　　

　　图5 水采机水平控制程序框图

　　图 6为水采机自动转向换行控制程序框图。

　　

　　图6 水采机自动转向换行控制程序框图

　　3.2锚机控制系统

　　锚机设备由PLC、无线数传电台、GPS移动站和MCC智能控制中心组成。通过无线串行通讯，实现水采机对锚机的远程控制和监视功能。包括锚机起动、行走、停止、水平、转向、履带提升降落等控制；操作员有时也要上船去操作，系统中采用PanelView1000实现这一功能。主要组态画面有仪表显示画面、电机启停画面、履带提起画面、船体行走画面等。设定锚机运行区域，可自动控制锚船与水采机、码头的距离，来避免浮管的缠绕和拉断，使浮管处于最佳工作位置。

　　3.3码头增压泵站控制系统

　　通过无线以太网通信，实现水采机对码头增压泵远程控制和监视功能。包括码头增压泵、水封泵以及破碎机的起停控制、控制阀的开关控制以及阀门的开度信号、流量、压力以及轴承温度显示等；采用PanelView550来实现现场操作功能。

　　4软件

　　水采机前后操作员站工控机安装RSLogix500梯形图编程软件，RSView32人机接口(MMI)监控软件。而RSView32采用RSLinx通讯驱动程序，将RSLogix500的梯形图逻辑程序和RSView32人机接口(MMI)监控软件同时连接于中央处理器。

　　RSLogix500是一种灵活易于操作的编辑器，包括：梯形图、功能块、结构文本和顺序流程图。有高效、专用指令集，优越的图形化诊断能力和实时数据柱状图显示，这一切使得RSLogix500让应用开发更快速、简洁、直观。

　　RSIinx是一套完整的通讯服务器软件，它提供现场层／设备与Rockwell Automation公司应用软件的连接，还提供通用的开放接口，用于与第三方人机界面系统、数据采集和分析软件包、客户应用程序软件进行通讯。 ‘

　　RSView32是基于Microsoft Windows NT和Windows 9X平台设计的，其组态软件画面显示功能丰富，能与多种通信协议互连，适应各类测控硬件设备。RSView32向下可以通过RSLinx、OPC驱动与数据采集硬件通信；向上通过TCP／IP协议、以太网与高层管理网互联。

　　5结束语

　　矿石采收水采机自动化控制系统自投入运行以来，其系统稳定，设备运行安全可靠性高。采用GPS卫星定位系统能进行逐行直线采收，使之避免漏采和重复采收，达到增效降耗的目的。运用无线数据传输系统，实现异地操作设备和监视运行状态的功能，做到了减人增效的目的。引用了自动换行功能，减少了转向换行的时间，增加采收产量，促成经济效益的提高。以太网的引入以及PLC(SLC500)与RSView32组态软件的结合运用，实现了生产过程的自动监控，提高了劳动生产率，降低了工作人员的劳动强度。实践证明，这样的控制系统对矿石采收作业是安全、可靠和经济适用的，具有一定的推荐价值。

　　参考文献

　　[1] Rockwell Automation RSView32 User，s Guide．

　　[2] 罗克韦尔自动化. Cont rolLogix 系统用户手册. 2004

　　[3]罗克韦尔自动化. 罗克韦尔自动化设备网(DeviceNet) 产品概貌. 2004

　　[4] 西门子(中国) 有限公司自动化系统部. 西门子工业通讯网络. 2005

　　[5] 庄亚俊，刘国平，吴敏等．一种基于工业以太网的监控系统的设计与应用．微计算机信息，2005（4）

　　作者简介

　　王喜良 工程师，毕业于新疆大学信息工程专业，国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司年产120万吨钾肥项目水采机自动化控制设计建造负责人之一。现从事公司自动化控制的工作。