新型防冻液喷洒自动控制系统的研究

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摘 要 本文介绍了防冻液喷洒自动控制系统的组成，工作原理，控制方案。系统通过PLC集中控制，针对煤内喷洒和空车厢喷洒分别提出了不同的控制方案，实现了防冻液喷洒的智能控制，完成了喷洒量与煤量的最佳配比，节约了防冻液喷洒量，避免了由于防冻液的流失引起的路基下沉等严重的后果，具有广阔的应用前景。

关键词 防冻液喷洒；PLC集中控制；智能控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）051-024-02

火车冬季装煤面临的最大问题是产品煤由于含有一定量的水分，在低温下会冻结在火车厢里，并粘在车皮上，导致火车无法顺利卸煤。防冻液喷洒系统，可以把防冻液均匀的掺杂在煤里面，也可以把防冻液喷洒在火车厢内壁和底部，从而防止精煤之间冻结和煤与车厢冻结。经过调研并结合煤矿实际情况，设计了此新型防冻液喷洒系统，使用结果证明，系统设计合理，具有良好的可靠性和实用性。

1 防冻液喷洒自动控制系统的组成及原理

防冻液喷洒自动控制系统由喷洒流量自动控制系统，车位判断及滚筒旋转控制系统，电气控制系统以及软件系统等子系统组成。

该系统基于变频喷洒的原理，通过检测火车速度以及火车位置，实现喷洒泵变频器频率自动调节，以及喷洒滚筒的旋转控制，从而实现车速快，则喷洒流量大，车速慢则喷洒流量小，车停则喷洒停，车过喷洒空档位置，则喷洒停并且滚筒旋转的工作过程。

2 喷洒流量自动控制系统

喷洒流量自动控制是保证防冻液和煤最佳配比的前提条件，它直接决定了防冻液喷洒的效果以及喷洒成本的大小。该系统的控制对象是喷洒泵变频器，变频器数量一般是2台，一台为车厢喷洒，另一台是煤内喷洒。

传统的喷洒系统，是直接启动喷洒泵，喷洒流量不会根据车速或者煤流的大小进行自动调节，而是以最大的流量速度喷洒，从而导致防冻液的浪费，增加了喷洒成本。

为实现流量自动控制，喷洒泵电机采用变频调速方式，通过闭环反馈控制与PI控制结合的方式，保证参数调节的实时性与稳定性。车厢喷洒流量控制原理如图1所示，煤内喷洒流量控制原理如图2所示。

流量自动控制系统以喷洒泵流量作为被控量，列车速度（皮带给煤瞬时流量）与喷洒流量有固定的数学关系。根据测速仪检测到列车速度（皮带秤检测出给煤速度），系统就会算出喷洒泵的给定流量，从而对喷洒泵转速进行调节，根据PI调节器的运算，使流量稳定在当前车速下（给煤速度下）所要求的数值。

3 车位判断及滚筒旋转控制系统

列车车厢就位后，喷洒设备的滚筒自动摆出到工作位，高度自动调整到距离车厢上方二十厘米左右。车位判断开关采用漫反射开关，安装在喷洒位置正下方，方向正对车厢侧面。列车启动后，根据车位开关判断，车厢在滚筒正下方时（如图3所示），滚筒会自动旋转，使喷头对准滚筒上预留的喷孔，防冻液就会喷洒进车厢。当本节车厢尾部到达喷洒空挡位置时，滚筒会自动旋转180度，使喷头正对滚筒的密封区，防冻液喷洒泵此时会因为速度检测为零停止喷洒，并且喷头上遗留的防冻液也不会洒向车厢空挡区。

3.1 车位判断系统

车位判断系统是用激光漫反射检测开关来判断车厢与喷洒滚筒的相对位置，控制系统根据列车位置控制滚筒的旋转。漫反射的原理是发射和接收在同一个传感器中，发射光通过物体的表面反射回到接收器，它的优点是安装方便，检测距离远，抗噪能力强，相对传统的激光对射开关来说，具有容易安装，容易调整，维护方便等优点。

图5

3.2 滚筒旋转系统

滚筒旋转控制系统由步进电机，步进电机驱动器，步进电机控制器，PLC控制系统和齿轮减速系统组成。齿轮减速系统的减速是4：1，即电机轴旋转4圈滚筒旋转1圈。

所选用步进电机步距角为1.8度，即在驱动器设置为1细分的状态下，控制器每发一个脉冲到驱动器，电机转过1.8度，这样，步进电机转过360度，一共需要200个脉冲。

驱动器的细分技术，就是将步距角分的更细，比如2细分状态下，步距角变为1.8÷2=0.9度，控制器每发一个脉冲到驱动器，电机转过0.9度，这样，步进电机转过360度，一共需要（200×2）=400个脉冲。

A操作、B操作分别为A操作、B操作外部中断源（强制中断），一旦接收中断信号，控制器将停止当前运行的程序，跳转至A操作、B操作指定的程序运行（下降沿有效）。

系统工作时，滚筒一次旋转180度，折算到电机侧，电机轴旋转180*4=720度。系统启动后，步进电机控制器会不断检测A操作和B操作的信号，根据检测结果给步进电机驱动器发脉冲命令，滚筒会按程序自动旋转。

4 系统网络结构和控制

本系统采用罗克韦尔PLC系统，CPU 在装车站控制系统中，通过CONTROLNET通讯协议与防冻液控制分站进行数据交换。现场设备有两种操作方式，就地和远程，就地操作可通过就地操作箱控制单台设备，远程操作通过上位机画面，对每个设备的状态监控，对整个系统的启动和停止操作。

正常情况下，系统在集控控制状态下运行，操作人员只需在上位机画面启动系统，喷洒系统会自动运行，根据车位状态进行自动控制喷洒阀和喷洒滚筒，根据车速自动调节喷洒流量。

设备出现故障的情况下，设备可在就地方式下运行，通过人工的方式进行操作，不会耽误正常的生产。

5 结束语

系统应用了喷洒变频控制方案和列车过车皮空档滚筒旋转方案，实现了防冻液喷洒系统的最优控制。节约了防冻液喷洒成本，改善了工作人员的工作环境并减少了工作量。

参考文献

[1]陈伯时.电机拖动自动控制系统[J].机械工业出版社.

[2]李发海，王岩石.电机与拖动基础[J].清华大学出版社.

[3]邓李.ControlLogix系统使用手册[M].机械工业出版社.