基于PLC的無組織粉塵遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究

賈強樂+暴偉杰

摘 要：遠程監(jiān)控系統(tǒng)依靠PLC強大的信號處理和總線通訊能力，實現(xiàn)在線測量現(xiàn)場無組織粉塵濃度和氣象信息，實時通報上傳，可對現(xiàn)場反饋的數據進行存儲和綜合分析處理，自動編制治理環(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)場監(jiān)測傳感器、粉塵治理設備和中央監(jiān)控數據平臺有機融合在一起，實現(xiàn)粉塵濃度監(jiān)測與治理自動控制。

關鍵詞：無組織粉塵；PLC；遠程監(jiān)控；數據分析處理

中圖分類號：TD564 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0034-02

0 引言

無組織粉塵排放存在于工業(yè)生產過程中很多環(huán)節(jié)，排放形式多種多樣，且隨機排放，所以很難準確定位排放源并治理[1]。而本研究涉及的遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對一定范圍內粉塵排放的在線實時監(jiān)控，通過數據分析處理可有效縮小排放源的排查范圍，為粉塵治理提供強有力的決策依據。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結構組成

無組織粉塵遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場數據采集設備、遠程信息傳輸網絡和中央監(jiān)控平臺等三部分組成。監(jiān)控系統(tǒng)以微處理器為基礎，融入分散控制和集中操作管理的基本思想，結合組態(tài)軟件，構成分布式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)結構圖如圖1所示。

1.1 現(xiàn)場數據采集設備

現(xiàn)場數據采集設備主要由供電模塊、粉塵濃度傳感器、氣象信息傳感器、顯示終端和數據傳輸單元等組成，集中設計，便于現(xiàn)場安裝使用維護。

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

氣象信息傳感器做為輔助設備，可自動監(jiān)測現(xiàn)場及周邊環(huán)境的風向、風速和溫濕度等信息，數據及時上傳到控制單元，供后續(xù)工藝流程控制策略編制使用[2]。

1.2 遠程信息傳輸網絡

遠程信息傳輸網絡是實現(xiàn)遠程監(jiān)控的關鍵環(huán)節(jié)，負責把現(xiàn)場數據準確、快速、及時的傳輸到中央監(jiān)控中心，主要采用串口通訊和以太網相結合的通訊方式。

粉塵采集設備與控制單元之間采用串口通訊方式，總線標準是RS-485通訊協(xié)議，采用主從式結構，通訊最大傳輸距離可達1000米以上，采用平衡發(fā)送和差分接收模式，抗干擾性好?，F(xiàn)場控制單元與遠程監(jiān)控終端是以太網通訊方式，采用以集線器和交換機為核心的星型網絡結構，管理方便，易于擴展，通過雙絞線將局域網中各臺主機連接到核心環(huán)節(jié)上，滿足遠程監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸的要求。

現(xiàn)場控制單元配置可編程控制器（PLC）用于組建通訊網絡，是現(xiàn)場監(jiān)測設備與中央監(jiān)控平臺進行數據交換的橋梁。選用西門子S7-200 Smart PLC，該CPU模塊本體集成1個以太網接口和1個RS-485接口。以太網通過交換機與多臺以太網設備進行通訊，實現(xiàn)數據的快速交互，可滿足設備之間的通訊要求；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)場設備組網使用。

1.3 中央監(jiān)控平臺

無組織粉塵呈動態(tài)時空分布，監(jiān)控平臺需要對場所內的粉塵數據進行實時監(jiān)測、分類和匯總，形成大型數據庫，高效完成監(jiān)測數據的歸檔和數據檢索與可視化服務。

監(jiān)控平臺主要有硬件和軟件兩部分組成，硬件系統(tǒng)配置專業(yè)服務器、數據轉換器和液晶顯示終端，軟件系統(tǒng)主要是用于數據終端界面設計開發(fā)的組態(tài)軟件。

2 監(jiān)控系統(tǒng)關鍵技術

2.1 可視化控制軟件

監(jiān)控終端屬于人機交互平臺，操作人員不僅可以實時監(jiān)控現(xiàn)場粉塵排放情況，以及設備運行狀況，還可以對現(xiàn)場抑塵設備進行遠程操作[3]。

可視化組態(tài)控制軟件選用組態(tài)王KingView7.5版本的開發(fā)軟件，深度融合信息化和工業(yè)化，支持多種協(xié)議數據采集，內置腳本，便于設計者開發(fā)使用。監(jiān)控軟件具有運行高效、內容豐富的圖形系統(tǒng)，可以繪制實時和歷史趨勢分析圖表和報表，內置功能豐富的報警系統(tǒng)，能夠按要求及時發(fā)送預警和報警信息。

2.2 數據分析與處理

中央監(jiān)控平臺基于現(xiàn)場監(jiān)測點反饋的實時數據和自身存儲的海量歷史數據，挖掘監(jiān)測指標的時變規(guī)律和關聯(lián)協(xié)同趨勢，研究監(jiān)測數據智能化異常判定準則，結合現(xiàn)場無組織粉塵污染特色，對于潛在的環(huán)境風險進行早期預警。

組態(tài)軟件應用數據庫、統(tǒng)計分析、模型計算、規(guī)劃管理等功能模塊。在存儲海量歷史數據的基礎上，通過編制程序，可以在監(jiān)控中心計算機上根據查詢條件調出所需的數據，將所搜集的數據利用非線性回歸、多元回歸分析、時間序列分析等統(tǒng)計學方法進行處理，以曲線、直方圖或者趨勢圖等形式將數據可視化，還可利用支持向量機、神經網絡等智能算法，通過對大量實時數據的學習，建立粉塵無組織排放預測模型，對現(xiàn)場粉塵污染程度及擴散進行及時預測，實現(xiàn)粉塵污染程度的預測、抽樣與動態(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)工程應用

無組織粉塵排放存在于散料生產、加工、運輸和裝卸等各個環(huán)節(jié)，對此抑制無組織粉塵的關鍵技術之一是干霧抑塵技術，該技術是通過高壓離子霧化和超聲波霧化，可產生1μm～100μm的超細干霧，當干霧顆粒和粉塵顆粒大小相近時，粉塵經過霧池，水霧與粉塵碰撞、粘合聚焦變大，形成粉塵團，團聚物不斷變大變重，直至自然沉降，從而達到消除粉塵的效果[4，5]。

公司秉承從污染源頭治理無組織粉塵排放的治理理念，憑借監(jiān)控系統(tǒng)的數據優(yōu)勢，結和公司自主研制的微米級干霧抑塵裝置和遠程射霧器等抑塵設備，針對各種煤場、露天堆料場等開放環(huán)境和物料粉碎、篩分、輸送、裝卸等無組織源封閉及半封閉場所粉塵污染治理效果顯著，綜合抑塵效果可達到95%以上。產品已廣泛應用于堆場、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、大唐集團、首鋼集團和中國黃金等大型企業(yè)建立了長期穩(wěn)定的合作關系。

4 結語

遠程監(jiān)控系統(tǒng)使現(xiàn)場粉塵治理措施做到有的放矢，達到對無組織粉塵源頭準確定位、快速治理的效果，對無組織粉塵排放的治理具有重要的工程實踐意義。

參考文獻

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

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

[3]劉生玉，趙彤宇.井下粉塵自動監(jiān)測和高效治理技術的研究和應用[J].煤礦安全，2009，40（8）：66-67.

[4]王立海.微米級干霧抑塵在翻車機系統(tǒng)的應用[J].起重運輸機械，2010（2）：31-33.

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