第2章 铁路抑尘站喷洒控制系统
2.1铁路抑尘站喷洒控制系统 2.1.1 系统的组成
该控制系统由监视管理层、中间控制层、现场执行层组成。监视管理层由工控计算机、可编程控制器PLC 及其配套设备构成,配以图形用户界面,负责监视PLC 摆臂式喷洒装置的参数设置和下层设备的状态、机车车辆识别工作,监视喷洒作业情况。中间控制层是核心层,负责控制现场执行设备和算法的执行,采用高性能可编程PLC ,对现场进行网络控制,控制变频器以实现喷洒流量的恒压和流量大小的调整。现场执行层由电机、变频器、测速雷达、视频头等基础设备成。
2.1.2 系统的特点
(1) 该系统采用计算机网络技术和自动化技术, 实现对各种设备的智能控制, 达到最佳工况要求;
(2) 通过变频技术, 实现车速和喷洒流量的匹配, 使用中节电效果显著; (3) 具有随时手动控制功能, 可与系统自动控制互补, 安全性能较高; (4) 保护功能齐全, 既可保护常规设备, 又能对突发事件进行自动巡检, 具有主动采取适当的保护措施及报警智能保护的能力, 辅助管理人员进一步提高管理能力;
(5)改善工作环境,提高作业人员生产效率;
(6)利用了变频技术, 使防尘喷洒智能控制系统的喷洒水泵具有显著的节能效果, 且实现了软启软停, 减少对电网的冲击, 操作简便, 能顺利实现喷洒液体恒压、恒流量控制。
2.2 课题研究的对象
煤炭运输引起的扬尘影响铁路周边环境，需要进行抑尘处理。设计全自动抑尘剂喷洒系统，可以在车辆行进中喷洒，无需人工现场参与，起到抑制扬尘，保护环境及减少运输煤损的作用。本毕业设计，涉及检测，PLC电气控制，器件选
型，各器件使用PLC进行控制。
铁路抑尘站PLC喷洒控制系统系统框图如图2.1所示。
图2.1铁路抑尘站喷洒控制系统系统方案图
工控机 监控设备 PLC 雷 光电检测 变频器 伺服电机 液压传动 回流泵 达测速 该系统使用前先对设备功能进行自检,完成变送器工作状态、模拟量的采集精度及检测结果状态的指示和报警的检测。自检正常后，当运煤列车通过时， 通过光电检测系统识别牵引机车， 牵引机车通过后，发出信号给PLC控制传动减速箱，与此同时PLC控制变频器启动喷洒泵，雷达测速仪检查列车速度，反馈给PLC， PLC控制变频器，给定电机不同频率，进行流量和恒压的控制。光电检测系统在列车钩档间发出信号给PLC，用以控制变频器输出，同时伺服电机通过传动连接装置， 旋转遮挡装置实现停喷和喷洒作业。 列车完全通过后系统自动切换至清洗泵，清洗完毕后清洗液回流到储液罐。至此，喷洒过程完成。
2.3铁路抑尘站喷洒控制系统的及工作原理 2.3.1 系统的构成
整个系统由两台喷洒泵，一台变频调速器、一台潜水泵、一台PLC和一个超声波液位检测计及若干辅助部件构成。两台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，两台泵协调工作以满足喷洒需要；喷洒系统中检测管路压力的压力表，一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送
器(反馈4～20mA电流)；变频器是喷洒系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。
从原理框图，我们可以看出该系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。
(1)执行机构
执行机构是由一组水泵组成，它们用于将喷洒液供于抑尘喷洒机构，图2.3中的3个水泵分为二种类型:
喷洒泵: :喷洒泵是将具备压力的工作介质水，通过喷嘴向吸入室高速喷出，将水的压力能变为动能，形成高速喷出的流体，吸入室中的气体被高速喷射的流体强力压制带着与之混合，形成气液的混合体，流入扩压器从而使吸入室的压力减小，形成真空，在扩压器的扩张段内混合喷射的流体动能转变为压力能，速率减低，压力升高，气体被进一步压缩，与水一起排出泵外，在水箱中起水散，气体释放入大气，水由水泵循环，周而复始达到抽真空的目地。 (2) 信号检测
在系统控制过程中，需要检测的信号包括喷洒液的流量、压力、温度信号的检测。
① 水压信号:它反映的是系统内部管道的压力值，它是喷洒控制系统的主要反馈信号。
② 水温信号:它反映系统是否正常运行，伺服电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。
③ 流量信号：它反映喷洒液流速的大小，它是系统喷洒量大小的主要反馈信号。
④ 超声波液位检测信号：通过检测液位的高低来控制喷洒速度，它是储液罐液位高低的主要反馈信号。 （3）控制系统
一般安装在PLC控制柜中，包括PLC控制器、变频器和电控设备三个部分。 ①PLC控制器:它是整个变频恒压喷洒控制系统的核心。PLC控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构进行控制。
潜水泵: 潜水泵由水泵、潜水电机、输水管和控制开关四大部分组成。
②变频器:它是对喷洒泵进行转速控制的单元。变频器跟踪PLC控制器送来的控制信号改变喷洒泵的运行频率，完成对喷洒泵的速度控制。
③电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在PLC控制器的控制下完成对喷洒泵的切换、手/自动切换等。
(4)人机界面
人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。人机界面还可以对系统的运行过程进行监示，对报警进行显示。
(5)通讯接口
通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等
(6)报警装置
作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的喷洒领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动等等造成的故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。
2.3.2 工作原理
由加料机把原料加入搅拌罐与清水混合，然后由潜水泵提升至储液抽罐里，其过程为手动方式，人为操作按钮。喷洒时，当列车经过时，首先进行雷达测速，然后根据结果自动计数参数，使喷洒流量与车速符合设要求，整体控制示意图如下：
喷 喷 嘴 嘴 加料机 超声波液位检测 搅 雷 清拌 清水罐 达 储液罐 洗机 测 罐 潜水泵 速 器 搅拌罐 光电 检测 喷洒泵 流量压力温度检测 拌热带 图2.2铁路抑尘站喷洒控制系统 原理图 铁路抑尘站喷洒控制系统中电气系统主要为：配电部分，控制部分，操作部分，检测部分，视频部分组成。控制部分全部采用进口材料和部分国产材料，主要以法国施耐德产品为主，搅拌机的起停采用手动方式，配电回路采用软启动器，加料机和潜水泵的启停采用人工的方式，配电回路因功率较小而采用直接启动方式，清洗罐中的操作也全部分手动。储液罐到喷洒为手动/自动方式，液位检测采用超声音波液位计，液位计采集液位，低液位报警并参于计算喷洒量，以减少流量传感器采集误差。喷洒泵采用变频器驱动，速度由PLC给定。检测部分分别由PLC采集传感器的信号，PLC进行量程转换后参于控制。视频部分采用硬盘录像机，可以看到手动/自动录像，视频部分和控制系统是相互完全独立的两套系统。