基于PLC的无组织粉尘远程监控系统研究

贾强乐+暴伟杰

摘 要：远程监控系统依靠PLC强大的信号处理和总线通讯能力，实现在线测量现场无组织粉尘浓度和气象信息，实时通报上传，可对现场反馈的数据进行存储和综合分析处理，自动编制治理环境粉尘和抑制排放源排放的控制策略。监控系统将现场监测传感器、粉尘治理设备和中央监控数据平台有机融合在一起，实现粉尘浓度监测与治理自动控制。

关键词：无组织粉尘；PLC；远程监控；数据分析处理

中图分类号：TD564 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0034-02

0 引言

无组织粉尘排放存在于工业生产过程中很多环节，排放形式多种多样，且随机排放，所以很难准确定位排放源并治理[1]。而本研究涉及的远程监控系统可以实现对一定范围内粉尘排放的在线实时监控，通过数据分析处理可有效缩小排放源的排查范围，为粉尘治理提供强有力的决策依据。

1 监控系统结构组成

无组织粉尘远程监控系统主要由现场数据采集设备、远程信息传输网络和中央监控平台等三部分组成。监控系统以微处理器为基础，融入分散控制和集中操作管理的基本思想，结合组态软件，构成分布式DCS控制系统，提高系统的稳定性和可靠性。监控系统结构图如图1所示。

1.1 现场数据采集设备

现场数据采集设备主要由供电模块、粉尘浓度传感器、气象信息传感器、显示终端和数据传输单元等组成，集中设计，便于现场安装使用维护。

粉尘浓度传感器是其中最为核心的部件，可直接测量空气中的粉尘颗粒物质浓度，由采样头、检测装置及微处理器组成，利用激光散射原理对粉尘进行检测，具有测量准确可靠、检测灵敏度高和性能稳定等特点。

气象信息传感器做为辅助设备，可自动监测现场及周边环境的风向、风速和温湿度等信息，数据及时上传到控制单元，供后续工艺流程控制策略编制使用[2]。

1.2 远程信息传输网络

远程信息传输网络是实现远程监控的关键环节，负责把现场数据准确、快速、及时的传输到中央监控中心，主要采用串口通讯和以太网相结合的通讯方式。

粉尘采集设备与控制单元之间采用串口通讯方式，总线标准是RS-485通讯协议，采用主从式结构，通讯最大传输距离可达1000米以上，采用平衡发送和差分接收模式，抗干扰性好。现场控制单元与远程监控终端是以太网通讯方式，采用以集线器和交换机为核心的星型网络结构，管理方便，易于扩展，通过双绞线将局域网中各台主机连接到核心环节上，满足远程监控系统信息传输的要求。

现场控制单元配置可编程控制器（PLC）用于组建通讯网络，是现场监测设备与中央监控平台进行数据交换的桥梁。选用西门子S7-200 Smart PLC，该CPU模块本体集成1个以太网接口和1个RS-485接口。以太网通过交换机与多台以太网设备进行通讯，实现数据的快速交互，可满足设备之间的通讯要求；串口通讯支持Modbus-RTU、PPI和自由口通讯等多种协议，便于现场设备组网使用。

1.3 中央监控平台

无组织粉尘呈动态时空分布，监控平台需要对场所内的粉尘数据进行实时监测、分类和汇总，形成大型数据库，高效完成监测数据的归档和数据检索与可视化服务。

监控平台主要有硬件和软件两部分组成，硬件系统配置专业服务器、数据转换器和液晶显示终端，软件系统主要是用于数据终端界面设计开发的组态软件。

2 监控系统关键技术

2.1 可视化控制软件

监控终端属于人机交互平台，操作人员不仅可以实时监控现场粉尘排放情况，以及设备运行状况，还可以对现场抑尘设备进行远程操作[3]。

可视化组态控制软件选用组态王KingView7.5版本的开发软件，深度融合信息化和工业化，支持多种协议数据采集，内置脚本，便于设计者开发使用。监控软件具有运行高效、内容丰富的图形系统，可以绘制实时和历史趋势分析图表和报表，内置功能丰富的报警系统，能够按要求及时发送预警和报警信息。

2.2 数据分析与处理

中央监控平台基于现场监测点反馈的实时数据和自身存储的海量历史数据，挖掘监测指标的时变规律和关联协同趋势，研究监测数据智能化异常判定准则，结合现场无组织粉尘污染特色，对于潜在的环境风险进行早期预警。

组态软件应用数据库、统计分析、模型计算、规划管理等功能模块。在存储海量历史数据的基础上，通过编制程序，可以在监控中心计算机上根据查询条件调出所需的数据，将所搜集的数据利用非线性回归、多元回归分析、时间序列分析等统计学方法进行处理，以曲线、直方图或者趋势图等形式将数据可视化，还可利用支持向量机、神经网络等智能算法，通过对大量实时数据的学习，建立粉尘无组织排放预测模型，对现场粉尘污染程度及扩散进行及时预测，实现粉尘污染程度的预测、抽样与动态模拟等功能，为工业园区的粉尘污染防控提供参考。

3 監控系统工程应用

无组织粉尘排放存在于散料生产、加工、运输和装卸等各个环节，对此抑制无组织粉尘的关键技术之一是干雾抑尘技术，该技术是通过高压离子雾化和超声波雾化，可产生1μm～100μm的超细干雾，当干雾颗粒和粉尘颗粒大小相近时，粉尘经过雾池，水雾与粉尘碰撞、粘合聚焦变大，形成粉尘团，团聚物不断变大变重，直至自然沉降，从而达到消除粉尘的效果[4，5]。

公司秉承从污染源头治理无组织粉尘排放的治理理念，凭借监控系统的数据优势，结和公司自主研制的微米级干雾抑尘装置和远程射雾器等抑尘设备，针对各种煤场、露天堆料场等开放环境和物料粉碎、筛分、输送、装卸等无组织源封闭及半封闭场所粉尘污染治理效果显著，综合抑尘效果可达到95%以上。产品已广泛应用于堆场、电厂、港口、煤矿、钢铁、化工、城市环卫等行业，并与神华集团、大唐集团、首钢集团和中国黄金等大型企业建立了长期稳定的合作关系。

4 结语

远程监控系统使现场粉尘治理措施做到有的放矢，达到对无组织粉尘源头准确定位、快速治理的效果，对无组织粉尘排放的治理具有重要的工程实践意义。

参考文献

[1]牛占宇.钢厂无组织粉尘治理措施探讨[J].黑龙江科技信息，2016（22）.

[2]李亮报.煤矿井下粉尘在线监控系统研究[D].山东科技大学，2008：3-6.

[3]刘生玉，赵彤宇.井下粉尘自动监测和高效治理技术的研究和应用[J].煤矿安全，2009，40（8）：66-67.

[4]王立海.微米级干雾抑尘在翻车机系统的应用[J].起重运输机械，2010（2）：31-33.

[5]谢新宇，刘炳煌.干雾抑尘装置在港口区域大气除尘中的应用[J].中国科技纵横，2011（1）：153-153.