堆场喷洒水自动控制系统研究
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[摘 要]本文提出了一套智能喷洒水上位机软件设计方案，利用降雨、风速、湿度等多种气象条件，对已有喷枪和泵房PLC控制系统进行优化控制，实现了堆场智能化自动除尘系统，该方案不但解决堆场除尘不及时的问题，而且提高了能源利用率。
[关键词]自涌刂葡低常恢悄芘缛魉；软件设计
中图分类号：U693.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0352-01
1.概述
随着工业化和现代化的进程加快，环境污染成为关系到国计民生的大事。除了钢铁化工等企业，港口码头的堆场也成为海滨城市污染的元凶之一。现阶段，港口堆场湿法除尘存在很多问题，传统的除尘方式效率依然很低，人工作业无法驾驭现代化的控制设备，从而导致喷洒水控制不及时、喷洒水时长不合理能源消耗大、需要喷洒水的堆垛检测不合理等诸多问题。本文提出一套软件设计方案，对堆场采集的气象资料、堆垛的含水率进行、堆垛的进出场情况进行综合分析，通过后台运行的智能决策支持模块，对含水率低容易起尘的堆垛进行按时、按量、按需的精准控制，从而解决当前堆场除尘系统存在的各种问题，最大程度节约水电资源。
2.系统设计
2.1 系统架构
堆场喷洒水自动控制系统包括大机定位、堆垛管理、气象监测、喷洒水控制、泵房控制、系统管理、智能喷洒水决策系统模块七个子系统。系统可实时采集堆场气象参数，通过后台运行的智能决策支持模块，对含水率低容易起尘的堆垛进行自动喷洒水作业。大机定位子系统为取料机提供GPS定位，并将取料机实时经纬度显示在堆垛管理页面，方便用户对堆场信息进行实时监控。喷洒水控制模块支持自动控制喷枪对堆垛进行喷洒水作业。泵房控制模块可实现对实时水位、流量和管道压力的监测，并可实现对泵房设备的自动控制。整个系统的构架由物理层、服务层、数据层和应用层四个部分组成。
2.2 系统分层设计
（1） 物理层：整个系统的基础，为系统提供基础的数据采集和控制服务，物理层包括喷枪、泵房设备、自动气象站、国家气象局网站和GPS定位模块；
（2） 通信服务层：主要将物理层的实时数据写入数据库，并对下位机设备进行控制，该层由专门的服务软件执行，采集和控制喷枪、泵房设备、气象数据、GPS定位信息等，通信服务层与物理层通过无线透传DTU进行数据交互，可降低布线难度并减少部分硬件成本。利用
（3） 数据层：使用Microsoft SQL SERVER 2005企业版作为数据库，存储喷枪状态数据、泵房状态数据、气象信息、大机定位信息、地图数据、堆垛信息、用户数据和系统参数。
（4） 应用层：使用VS2010进行开发，运行平台为.Net Framework2.0，功能模块包括大机定位子系统、气象监测子系统、喷洒水控制子系统、泵房控制子系统、堆垛管理子系统、智能决策子系统和系统管理7个子系统，其中大机定位子系统和气象监测子系统为智能决策子系统提供数据支持，智能决策子系统为泵房控制和喷枪控制子系统提供决策输出。
3.系统详细设计
3.1 大机定位系统
在进行喷洒水控制时，需要使用GPS监测斗轮机的位置信息，防止喷洒水控制干扰斗轮机作业，同时，需要在屏幕上显示斗轮机的位置信息。该系统的研究难点在于世界坐标到屏幕坐标的转换。
GPS采集的经纬度数据是世界坐标，将该坐标投影到屏幕坐标需要转换。在堆场的矩形区域内，以堆场的左下角为坐标原点，以堆场的长边为x轴，短边为Y轴的平面直角坐标是一种合适的视角。为此，我们的转换可分两步进行，首先将世界坐标转换为平面直角坐标。然后再将平面直角坐标转换为平面坐标。我们将比例尺放在第一步中，这样由平面直角坐标与平面坐标转换只要给Y值加个负号即可。
3.2 智能喷洒水决策系统
系统后台运行的智能决策支持模型，根据实时的降雨、湿度、风速等信息，结合当前堆垛的含水率，进行综合计算，得出需要喷洒水的堆垛编号。同时，系统根据堆垛的位置信息、取料机作业状态实时判断哪些堆垛可进行喷洒水作业。经大量数据统计分析，堆场内平均风速与触发值关系概化关系如表1。
该数值是堆场内十分钟平均风速的触发值，我们假定每个堆垛入场时，触发值均为0，需要进行入场喷洒水，第二次触发条件由触发值控制，当触发值累加并达到720时便可进行喷洒水作业。如果堆场所处地理位置出现降水，则触发值归零。当降水停止时，触发值才从0开始计算。
3.3 堆垛管理
（1） 数据显示：提供气象站实时数据、喷枪喷洒水状态、斗轮机位置实时和堆垛信息的集中显示功能；
（2） 取料机位置查询：提供按时间和编号查询斗轮机历史位置信息功能；
（3） 智能决策记录查询：提供按时间和堆垛编号查询历史喷洒水信息功能。
3.4 气象监测
（1） 实时气象数据的监控：采集并显示风速、风向、温度、湿度和雨量和电池电压为智能决策模块提供数据支持，采样间隔为1分钟；
（2） 未来24小时的天气情况预报：每隔1小时从国家气象局数据库读取风速、风向、温度、湿度和降雨等级，为用户手动喷洒水控制提供数据支持；
（3） 历史气象数据查询：对气象站和气象预报的历史采集数据进行查询。
3.5 喷洒水控制
喷洒水控制子系统主要利用上位机软件对喷枪控制实现喷洒水作业，用户根据堆场的天气、堆垛的含水率等条件自行判断是否喷水。
（1） 喷枪控制：提供单个或某一管线上的喷枪打开关闭功能，并显示其使用状态；
（2） 喷枪使用配置：提供喷枪的启用、停用、维修等状态的配置功能；
（3） 喷枪维修记录查询：提供喷枪维修记录查询功能；
（4） 喷洒水记录查询：提供喷枪喷洒水记录查询功能。
3.6 泵房控制
泵房控制子系统支持泵房内水泵和阀门的控制，同时对管道压力和流量进行实时监控。泵房的控制方式包括手动、自动两种状态，只有处于自动状态时，用户才可以通过上位机软件操作泵房设备。
（1） 泵房实时信息显示：采集并显示水位计、流量计、管道压力计实时数据，显示水泵、电动阀实时开关状态；
（2） 泵房设备控制：提供电动阀和水泵的控制功能，并以指示灯显示电动阀控制过程；
（3） 泵房设备维修配置：提供对泵房设备进行维修配置，包括“维修状态”、“维修负责人”、“故障原因”和“维修时间”等；
（4） 泵房设备维修记录查询：提供对泵房设备的维护信息按时间和设备编号进行查询；
（5） 泵房历史数据查询：提供对泵房设备的历史控制和采集数据进行按时间、类型和设备编号查询功能。
参考文献
[1] 赵春玲，.NET平台下开发三层架构WinForm应用程序简介，信息技术与信息化，2010（4）.
[2] 袁佳楠，秦皇岛港煤炭堆场洒水除尘控制系统，港口科技，2007（6）.