基于力控組態(tài)的真空吸魚泵設(shè)計(jì)研究

張召南 葉凱雷

浙江舟山隆 船業(yè)有限公司，浙江舟山 316004

引言

我國(guó)在海洋圍網(wǎng)捕魚以及碼頭卸魚時(shí)，使用人力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低下，會(huì)耽誤魚汛和降低魚貨質(zhì)量。還有近二三十年來(lái)，大型抗風(fēng)浪深水網(wǎng)箱成為了全新養(yǎng)殖設(shè)備，養(yǎng)殖容量大，迫切需要一種全新的捕魚裝置來(lái)提升生產(chǎn)效率。為了改變這種狀況，各地對(duì)吸魚泵進(jìn)行了研究。傳統(tǒng)吸魚泵是用長(zhǎng)軟管連接到斗式泵，通過(guò)壓力把魚輸送到甲板的篩箱（魚水分離器），水從網(wǎng)格中流出，但這種方法在魚通過(guò)斗式泵時(shí)就會(huì)被葉片刮傷，降低了魚的成活率與質(zhì)量。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，通過(guò)一種壓差形式來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)斗式泵，即采用真空吸魚泵，把吸魚桶的空氣抽出，形成一個(gè)相對(duì)真空，魚水通過(guò)壓差通道進(jìn)入吸魚桶，再通過(guò)另一個(gè)通道排魚，此種方法能提升魚的品質(zhì)。

1 工作原理

真空捕魚器的工作原理是將一定口徑的吸魚管道放入達(dá)到一定魚水比例的網(wǎng)箱中去捕魚。本系統(tǒng)以三菱PLC為控制器，力控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面，配合真空泵工作，達(dá)到高效捕魚的目的。

如圖所示，當(dāng)空氣開(kāi)關(guān)閉合，按下啟動(dòng)按鈕，真空泵的線圈得電閉合，真空泵開(kāi)始工作，此時(shí)低位感應(yīng)器跟高位感應(yīng)器都無(wú)動(dòng)作，保持初始狀態(tài)閉合。抽氣電磁閥開(kāi)始工作，吸魚桶內(nèi)逐漸向真空狀態(tài)轉(zhuǎn)變，因?yàn)閮?nèi)外壓差，排出口自動(dòng)關(guān)閉，抽氣12S后（內(nèi)有延時(shí)繼電器）

圖1 PLC的IO接線圖

吸魚口的電動(dòng)球閥自動(dòng)打開(kāi)，根據(jù)內(nèi)外的壓差，真空泵將魚水抽到吸魚桶內(nèi)。水位高度到達(dá)高位感應(yīng)器后，促使X2動(dòng)作，抽氣電磁閥和電動(dòng)球閥都關(guān)閉，打開(kāi)進(jìn)氣電磁閥和旁通電磁閥，進(jìn)氣電磁閥打開(kāi)后吸魚桶內(nèi)的真空逐漸消失，排出口自動(dòng)打開(kāi)排出魚水，真空泵一直工作，此時(shí)向旁通電磁閥抽氣，避免了真空泵的頻繁啟動(dòng)，延長(zhǎng)了泵的使用壽命，減少了生產(chǎn)成本。當(dāng)吸魚桶內(nèi)的魚水逐漸減少到低位感應(yīng)器時(shí)，X3動(dòng)作，關(guān)閉進(jìn)氣電磁閥和旁通電磁閥，打開(kāi)抽氣電磁閥，如此循環(huán)往復(fù)，直到完成捕魚工作，按下X1停止按鈕，捕魚工作結(jié)束。

2 力控組態(tài)軟件

力控軟件主要以工業(yè)計(jì)算機(jī)為操作工具，為實(shí)施生產(chǎn)控制、數(shù)據(jù)采集和過(guò)程監(jiān)控提供了基礎(chǔ)操作平臺(tái)，可以和檢測(cè)儀器、控制設(shè)備構(gòu)成所需的復(fù)雜監(jiān)控系統(tǒng)，在過(guò)程監(jiān)控中發(fā)揮了核心作用，促使企業(yè)消除信息閉塞，提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)行成本，加快市場(chǎng)反應(yīng)速度。

力控監(jiān)控組態(tài)軟件為用戶提供的開(kāi)發(fā)界面非常友好，工程實(shí)現(xiàn)方法靈活簡(jiǎn)捷。軟件左側(cè)有工程項(xiàng)目和屬性設(shè)置，在圖元上點(diǎn)擊左鍵可以設(shè)置動(dòng)畫連接，右鍵可以設(shè)置對(duì)象屬性。它可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程。能以靈活多樣的組態(tài)方式進(jìn)行系統(tǒng)的集成，不需要采用編程方式，根據(jù)預(yù)設(shè)置的各種功能模塊進(jìn)行組態(tài)設(shè)置，方便的實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的整個(gè)操作過(guò)程，完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，包括裝置的起停、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)觀測(cè)等，這些數(shù)據(jù)與本地?cái)?shù)據(jù)保持一致，經(jīng)過(guò)組態(tài)的應(yīng)用可以提高系統(tǒng)集成效率，縮短集成時(shí)間。

力控監(jiān)控組態(tài)軟件可以與國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)工業(yè)控制設(shè)備進(jìn)行通訊，在IO設(shè)備組態(tài)中，有DDE、FCS、PLC、變頻器、智能儀表等，與工控計(jì)算機(jī)相結(jié)合，達(dá)到集中監(jiān)控的目的，向控制層和管理層提供軟硬件接口，在本系統(tǒng)中可以與三菱PLC系統(tǒng)進(jìn)行整體的集成。

在真空泵捕魚系統(tǒng)中，工程師除了在主控間直接監(jiān)控捕魚現(xiàn)場(chǎng)外，還可以從遠(yuǎn)程瀏覽器訪問(wèn)力控的主控畫面。在遠(yuǎn)程訪問(wèn)前，需要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)置，指定該節(jié)點(diǎn)可以被其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)時(shí)涉及的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，在本機(jī)配置中需要填寫本機(jī)IP地址及端口號(hào)1及端口號(hào)2。力控監(jiān)控組態(tài)軟件中的這種分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可保證系統(tǒng)發(fā)揮最大的效率。力控軟件可以滿足漁業(yè)養(yǎng)殖業(yè)的管控一體化需求，為他們提供完整、可靠的解決方案。

3 操作界面設(shè)計(jì)

在所有用到力控組態(tài)軟件的項(xiàng)目中首先要建立一個(gè)新的工程。打開(kāi)力控組態(tài)軟件，在工程管理器界面，新建工程“真空吸魚泵”，并點(diǎn)擊“開(kāi)發(fā)”。打開(kāi)開(kāi)發(fā)界面后，在“工程項(xiàng)目”的“窗口”一欄可點(diǎn)擊右鍵“新建窗口”，保存后可在這個(gè)窗口設(shè)計(jì)操作界面。設(shè)計(jì)所用到的一些圖元可在“圖庫(kù)”中取出。

圖2 間歇型窗口組態(tài)

在建立數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)前，需要在“變量”的“IO設(shè)備組態(tài)”中選擇設(shè)備，本系統(tǒng)選擇的是三菱PLC的FX系列。選好此設(shè)備后數(shù)據(jù)庫(kù)的變量才可以鏈接。

建立一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中可以建立一些新的數(shù)據(jù)庫(kù)變量，作為以后數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、連接等用。如圖3所示，I/O連接的是三菱可編程序控制器PLC，型號(hào)為FX2N-32MR，此型號(hào)PLC有16個(gè)輸入口和16個(gè)輸出口，對(duì)于此控制系統(tǒng)還留有一定的冗余量。建立變量初始根據(jù)實(shí)際情況要定義開(kāi)關(guān)量或者模擬量，本系統(tǒng)采用了3個(gè)模擬量和11個(gè)數(shù)字量。3個(gè)模擬量分別顯示12S的延時(shí)時(shí)間、6S延時(shí)時(shí)間以及液位高度；數(shù)字量包括按鈕、線圈等。變量定義完成后，需要在“數(shù)據(jù)連接”處正確填寫連接項(xiàng)，這樣力控軟件就跟PLC設(shè)備進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)在監(jiān)控畫面顯示，并可對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)啟和停止。

圖3 間歇型數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)

4 系統(tǒng)改進(jìn)

圖3設(shè)計(jì)的是真空泵間歇型抽魚，也就是當(dāng)排魚時(shí)真空泵是向旁通電磁閥抽氣，等排魚結(jié)束后繼續(xù)向吸魚桶抽氣，中間不是連續(xù)捕魚。為了提高捕魚效率，可以設(shè)計(jì)兩個(gè)吸魚桶裝置，如圖4所示。當(dāng)吸魚桶1排魚時(shí)，真空泵向吸魚桶2抽氣，當(dāng)吸魚桶1排魚結(jié)束后真空泵轉(zhuǎn)向桶1抽氣，此時(shí)吸魚桶2開(kāi)始排魚，如此循環(huán)往復(fù)，直到捕魚工作結(jié)束。

圖4 連續(xù)型窗口組態(tài)

5 結(jié)語(yǔ)

基于力控組態(tài)軟件的真空泵吸魚裝置極為方便的提高了工作效率和控制質(zhì)量，通過(guò)對(duì)深水網(wǎng)箱的捕魚研究，采用方便、實(shí)用的力控組態(tài)，更直觀的顯示了自動(dòng)捕魚控制的全過(guò)程，更好的完成了監(jiān)控系統(tǒng)。

[1]黃濱，關(guān)長(zhǎng)濤，林德芳，魯偉.網(wǎng)箱真空活魚起捕機(jī)的研究[J].海洋水產(chǎn)研究，2004，25(3):54～59.

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[5]北京三維力控科技有限公司.HMI/SCADA工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件-力控FORCECONTROL V6.1.http://www.ca800.com.2008.11.24