PLC在漂浮式水采船中的應用

青海鹽湖集團年產100萬噸KCI，該項目的采礦設備由8條漂浮式水采船組成。采船的一半重量由鹵水的浮力支撐，另一半重量由4條液壓驅動的履帶支撐并推動采船向前行駛。8條采船分別在14個長1.25km,寬2.5km的深水鹽田采收光鹵石礦。深水鹽田，水深約1.5m，在鹽田底部沉積有鹵水蒸發而形成的40cm厚的固態光鹵石礦。采船的采礦工藝流程為：采船前端的雙螺旋集料器將光鹵石礦收集到初級泵的入口，初級泵將礦槳（光鹵石和鹵水的混合物）吸到船載的礦槳罐，然后增壓泵將礦槳罐里的濃度為35%的光鹵石礦槳通過浮管輸送到加工車間。

水采船的PLC采用美國AB公司的Controllogix5000,利用美國TRIMBLE公司的MS-860 GPS導航。此套控制系統實現了采船的自動導航，以及流量、濃度等的自動控制，提高了采收率，實現了光鹵石采收作s業的高產、穩產。

1 系統結構

該系統采用了ROCKWELL的以態網、控制網、設備網。上層管理網根據以態網協議構建。因8條船分布在4Okm2的光鹵石池中進行采礦作業，與中心碼頭距離遠，且流動性大，故8條船采用data-linc公司的SRM6300無線以太網模塊構成無線以太網，與中心碼頭通訊，實現中心碼頭對8條船的監控和生產管理。在每條船上還裝有通過以太網與PLC聯接的上位監控系統，實現采船上的操作人員對采船的操作。采船自動化程度較高，整船只需一人操作。采船前倉的PLC和后倉的遠程PLC機架通過1756-CNB控制網模塊橋接起來。底層設備通過設備網聯接，包括有初級泵變頻器，增壓泵變頻器，液壓泵軟啟動器，鹵水泵電機啟動器，淡水泵電機啟動器，前、中、后排污泵電機啟動器等。

水采船PLC控制系統結構示意圖如圖1。

2 系統硬件配置

系統中的PLC為AB公司Contrologix5000, CPU為L55M13處理器，內存擴展為1.5M。采用13槽機架，除裝有模擬量，數字量I/O模塊外，還有以太網模塊，設備網模塊及與GPS進行通訊的MVI56-GSC模塊。船載GPS，還有控制網模塊及遠程機架。

在中心碼頭配置有一臺PLC，它不僅負責控制中心碼頭的6臺二級加壓泵，而且接收8條采船發送過來的數據，進行生產管理及工藝控制。中心泵站PLC和船載PLC用無線以太網數據電臺組成無線以太網。采船前倉配置一臺PLC，后倉配置一個13槽的遠程機架，通過控制網模塊將本地PLC和遠程機架橋接起來。由于采船長達40m，配置遠程機架將后倉的一些模擬量，數字量的輸入輸出及設備網的接線接到后倉遠程機架，可以減少接線的長度和信號干擾。

船載PLC采集有關模擬量、數字量。每船包括84路開關量輸入，36路開關量的輸出，39路模擬量的輸入，33路模擬量輸出。這些模擬量及數字量輸入信號主要來自于流量計、密度計、液位儀表及液壓差壓開關，輸出信號主要用于控制3臺液壓泵及履帶的轉向，提升及設備的保護等。它通過設備網控制初級泵、增壓泵、液壓泵、鹵水泵、電氣室空調等。利用prosoft公司的MVI56-GSC通訊模塊和GPS通訊，獲取采船的位置和姿態數據，通過PLC的背板將數據傳到PLC，控制采船的履帶轉向系統，使采船自動按航道作業，做到了采船不漏采，也不重采，提高了采船的采收率和效率。

3 系統軟件設計

3.1 網絡組態

網絡組態利用Rockwell Software公司的RSlinxProfessional，RSnetWorx for DeviceNet和RsnetWorxfor CotrolNet軟件完成以太網、控制網和設備網的組態。通過網絡聯接各種智能設備，達到網絡互聯和信息共享。

3.2 PLC程序設計

編程軟件采用Rockwell Software軟件公司開發的面向logix平臺的Rslogix5000軟件。PLC程序以功能塊圖為主，梯形圖為輔，實現了采船系統的自動導航、流量控制、濃度控制等。

3.2.1 GPS自動導航

GPS自動導航原理流程圖如圖2。當采船切割頭中心點與所給航線偏差大于30m時，前后履帶調整為距離逼近狀態，以垂直方向切入航道。當偏差在小于30m的范圍內時，前履帶進行距離逼近，則后履帶進行角度校正。進入lm微調區后，前后履都調整為逼近航線。

3.2.2船體水平保持控制

控制思想：采船體靠浮力平衡于水面。正常情況下，行走機構靠重力依附于鹽田底面。

采船行駛時，油缸的柔性可在一定范圍內自動調節其伸縮長度。由于鹽田底面的高低不平和鹽田光鹵石礦對行走履帶的羈絆、凹陷，需要對行走機構施加下壓力。池板的不平及下壓力的不平衡會導致船廠體傾斜。本設計采用可姿態控制的GPS，根據GPS數據可判斷船體不平衡的方向，調整相應履帶的下壓力，保證船體的平衡。

3.2.3濃度控制

控制思想：若切割頭不參與濃度控制，船的航速將與濃度成正比，但由于鹽池成礦程度不同，簡單的比例控制不能很好地解決這個問題。由于密度計的安裝位置離礦漿入口比較近，整個系統可視為一個反應比較快的過程，因此整個系統的PID參數的設定成為系統控制好壞的關鍵。

3.3 上位機監控系統的設計

監控軟件采用Rockwell software軟件公司的RSview32軟件，它包括人機界面開發軟件和運行軟件。提供創建和運行高效監視和管理控制應用程序所需的工具。RSview32還具有強大的網絡通訊能力，可與Allen-Bradey公司各種類型的PLC網絡進行數據通訊。在Rsview32中設置好Channel類型和Node節點號后，Rsview32便可與以太網進行通訊，以實現上位機對采船現場設備的檢測與控制。

采船上的監控系統畫面主要由采船總貌圖、導航圖、工藝參數圖、液壓設備圖、變頻驅動圖、行走履帶懸掛圖、統計報表圖及報警圖組成。

4 結束語

本系統自2003年8月投運以來，顯示狀況良好，控制功能正常。PLC系統的投產，提高了深水鹽田采收作業的自動化程度，大大減輕了采船操作人員的勞動強度。同時，提高了鹽田的采收率，保證了加工車間的供礦質量。