CN105094181A - 建筑工地用喷雾装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建筑工地用喷雾装置。解决了现有技术的不足，技术方案为：包括雾炮进水管路、雾炮、雾炮控制单元、雾炮角度电机、雾炮角度变频器、雾炮进水管路压力传感器、雾炮进水管路流量传感器、增压泵、增压泵变频器、增压泵出口压力传感器、进水管道电磁阀和手动控制按键，雾炮控制单元通过雾炮角度变频器与雾炮角度电机电连接，雾炮进水管路通过增压泵与雾炮连通，雾炮进水管路压力传感器、进水管道电磁阀和雾炮进水管路流量传感器均配设在雾炮进水管路上，雾炮进水管路压力传感器、进水管道电磁阀和雾炮进水管路流量传感器与雾炮控制单元连接，手动控制按键也与雾炮控制单元电连接，雾炮控制单元通过增压泵变频器与增压泵电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种环境监测改善系统及其控制方法，尤其是建筑工地用喷雾装置及其控制方法。
技术背景
现有技术中一般是在建筑工地的固定建筑物或者四周地面上装设有大量的喷水装置，利用喷水装置的喷射水起到降尘、除尘作用。但是，这种方式除尘效果不佳，特别是对PM2.5基本没有沉降作用，其次由于水分蒸发需要经常性喷水，增加成本开支，同时形成水的二次污染。
传统的水喷雾抑尘的雾滴粒径在50μm～300μm之间，相对于滞空时间非常长的PM10及以下的粉尘，雾滴的滞空时间就非常短，和粉尘在空间接触、凝并的机会就会很少，同时因为雾滴粒径大，下落过程会形成微气流，将周围的粉尘挤开，因此抑尘效果差，而且消耗水量大，每个喷嘴消耗水量在250kg/h～300kg/h之间。
市场上普通的建筑工地环境监控装置系统设计简单，自动化集成程度低，很多还是使用断路器、交流接触器、热保护继电器继、中间继电器等硬件线路控制，这种情况下，接线多，接线复杂，模拟量信号少，功能少，保护功能简单，不能进行信息交互，智能程度低，已经远远不能满足现代化的建筑工地需要，特别是绿色建筑工地的建设需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在市场上普通的建筑工地环境监控装置系统设计简单，自动化集成程度低，很多还是使用断路器、交流接触器、热保护继电器继、中间继电器等硬件线路控制，这种情况下，接线多，接线复杂，模拟量信号少，功能少，保护功能简单，不能进行信息交互，智能程度低，已经远远不能满足现代化的建筑工地需要，特别是绿色建筑工地的建设需要的问题，提供一种建筑工地用喷雾装置及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种建筑工地用喷雾装置，由电源供电，包括雾炮进水管路、雾炮、雾炮控制单元、雾炮角度电机、雾炮角度变频器、雾炮进水管路压力传感器、雾炮进水管路流量传感器、增压泵、增压泵变频器、增压泵出口压力传感器、进水管道电磁阀和手动控制按键，所述雾炮控制单元通过雾炮角度变频器与所述的雾炮角度电机电连接，所述雾炮进水管路通过增压泵与雾炮连通，所述雾炮进水管路压力传感器、进水管道电磁阀和雾炮进水管路流量传感器均配设在所述雾炮进水管路上，雾炮进水管路压力传感器、进水管道电磁阀和雾炮进水管路流量传感器与所述的雾炮控制单元连接，所述的手动控制按键也与所述的雾炮控制单元电连接，所述雾炮控制单元通过增压泵变频器与增压泵电连接。使用变频器做电机保护器，并可实时读取现场数据，如温度、湿度、风速和风向、粉尘浓度、进水压力和出水压力等，可根据现场不同情况，自动做出喷雾调整，自动化程度高，并预留标准Modbus通讯协议接口，可实时传输数据，可以实现：
PLC实时检测进水口管路的压力和流量，但压力和流量不足时，装置停止工作，并报警，保护设备安全；
PLC通过变频器对增压泵进行启停和压力控制，可自由设定喷雾压力，并通过变频器对泵进行保护，具有过流、过载、过热、短路、缺项、过压、欠压等多种保护；
PLC实时检测现场温度、湿度、粉尘浓度等信号，可自动启动和停止雾炮的喷雾工作；
PLC实时检测现场风力和风向，并可根据设定需要，自动调整喷雾区域和角度等；
PLC实时检测增压泵出口压力，根据设定自动进行PID调节，以实现恒压供水，已达到最佳的喷雾效果；
控制系统均有加热防冻设计，预留接口，增加了电伴热功能，冬季使用时不会发生设备结冻及损坏；
在实现智能控制系统同时保留手动控制，以方便应急操作。
作为优选，所述的雾炮控制单元为PLC雾炮控制单元。
作为优选，所述雾炮系统还包括雾炮现场传感器组，所述雾炮现场传感器组包括雾炮温度传感器、雾炮湿度传感器、雾炮粉尘浓度传感器、现场风力和风向传感器中的至少一个，所述雾炮现场传感器组均与所述的雾炮控制单元电连接。
作为优选，所述的雾炮系统还包括有预留接口的加热防冻装置，所述加热防冻装置的控制端与所述的雾炮控制单元电连接。
作为优选，所述雾炮控制单元上电连接有Modbus通讯协议接口。
作为优选，所述雾炮系统内还配设有雾炮药箱，雾炮药箱通过雾炮进水管路与雾炮连接。
作为优选，所述药箱内存放的抑尘药剂为使物料表面形成坚固、柔韧外壳的黏结型三元共聚物和高分子聚合物乳液。
一种建筑工地用喷雾装置控制方法，适用于权利要求所述的建筑工地用喷雾装置，包括以下步骤：
步骤一：建筑工地用喷雾装置启动，雾炮控制单元获取雾炮现场传感器组的数据，同时远程通讯设备远程监控主机状态；
步骤二：根据设定对抑尘药剂进行稀释，载入喷洒模式参数，设定为运输防尘时，抑尘药剂的配比浓度为1％，表面积负荷量1-2L/m2，设定为防风时，抑尘药剂的配比浓度为1％，表面积负荷量2L/m2；
步骤三：雾炮控制单元根据算法进行建设工地起尘量实时计算，式中：E为单辆车引起的工地起尘量散发因子，单位为kg/km；P为直径<30um的可扬起尘粒比例数，对应石子路面为0.62，泥土路面为0.32；s为表面粉矿成分百分比，默认取值为12％；V为车辆驶过工地的平均车速，单位为km/h；w为一年中降水量大于0.254mm的天数；T为每辆车的平均轮胎数，默认取6；
步骤四：雾炮控制单元根据算法进行道路起尘量实时计算，式中：E为单辆车引起的道路起尘量散发因子，单位为kg/km；V为车辆驶过的平均车速，单位为km/h；U为起尘风速，默认取5m/s；T为每辆车的平均轮胎数，默认取6；
步骤五：若实时计算的建设工地起尘量大于设定建设工地起尘量的阈值或实时计算的道路起尘量大于道路起尘量的阈值，则雾炮控制单元根据设备监控装置、传感器系统的开关量和建设工地起尘量、道路起尘量选定喷洒模式并执行喷洒动作直至实时计算的路起尘量小于停止喷洒的设定值或建设工地起尘量小于停止喷洒的设定值；
步骤六：建筑工地用喷雾装置复位，建筑工地用喷雾装置解压后停止。
科霖尔扬尘数理模型为目前国内领先的先进技术，模型建立起了大多数建筑粉尘的表面水分、粉尘粒度和粉尘起飞所需最小风速的关系。公式为：Q＝f(w,d,vmin)
其中：w-粉尘表面水分
d-粉尘空气动力学粒径
vmin-粉尘起飞启动风速
不同的产尘方式扬尘数学模型的具体表现形式多样，但可以定性的描述为扬尘量与粉尘表面含水量和粉尘粒径成反比，与风速成正比，也即当粉尘粒径一定时，扬尘启动风速随着粉尘表面水分的增加而降低；当表面水分一定时，起尘风速随粒径增大而减小。其中对于建筑工地，这三者之间的关系式为：vmin＝k×dn×(w×100)m
式中：
k——转换系数，常数，一般取值0.5～2.5，可按照实测值给定；
n——常数，一般取值0.1～1.0，可按照实测值给定；
m——常数，一般取值0.2～2.0，可按照实测值给定；
w-粉尘表面水分，％；
d-粉尘空气动力学粒径，mm；
vmin-粉尘起飞启动风速，m/s；
通过使用含微雾颗粒的抑尘剂在产尘区域内进行喷洒，促使小颗粒与微雾颗粒进行结合形成大颗粒进行沉降，同时结合当地环境风速和喷洒时间，使得已沉降的粉尘通过控制表面湿度使之在一定风速下不再起尘，确保把粉尘全部抑制在可控区域内，以达到降低粉尘外泄排放的目的。
微雾喷嘴必须产生足够量的雾粒，雾粒个数大大于粉尘个数，雾粒大小与粉尘大小相近时结合度最好，考虑到10μm以内粉尘较难沉降，因此雾颗粒控制在10μm以内具有较好的控尘效果，对于抑尘剂喷嘴，必须根据物料特性选取相应的药剂，必须使用无毒无害，不影响后续工艺和使用。
本系统主要由：微雾或者抑尘剂喷嘴、控制系统、水气电安装管路、粉尘浓度和风速传感器等组成，通过上述的设计方法完成相应的结构和系统设计后，由控制系统通过粉尘浓度和环境风速传感器信号后，控制喷嘴启停，从而实现降尘过程。
作为优选，所述的步骤五中还包括风力阈值和湿度阈值，若实时的湿度值小于湿度阈值，同时当时风速大于风力阈值，实时计算的建设工地起尘量大于设定建设工地起尘量的阈值的80％或实时计算的道路起尘量大于设定道路起尘量的阈值的80％，雾炮控制单元选定喷洒模式并执行喷洒动作直至实时计算的路起尘量小于停止喷洒的设定值或建设工地起尘量小于停止喷洒的设定值。
作为优选，雾炮控制单元根据设定的增压泵的目标压力值和雾炮进水管路压力传感器和压力传感器对增压泵变频器进行PID调节，实现增压泵的恒压供水，雾炮控制单元根据现场风力和风向传感器，如果是逆风，则对雾炮角度变频器进行控制，控制雾炮角度电机角度调整。
本发明的实质性效果是：PLC实时检测进水口管路的压力和流量，但压力和流量不足时，装置停止工作，并报警，保护设备安全；PLC通过变频器对增压泵进行启停和压力控制，可自由设定喷雾压力，并通过变频器对泵进行保护，具有过流、过载、过热、短路、缺项、过压、欠压等多种保护；PLC实时检测现场温度、湿度、粉尘浓度等信号，可自动启动和停止雾炮的喷雾工作；PLC实时检测现场风力和风向，并可根据设定需要，自动调整喷雾区域和角度等；PLC实时检测增压泵出口压力，根据设定自动进行PID调节，以实现恒压供水，已达到最佳的喷雾效果；控制系统均有加热防冻设计，预留接口，增加了电伴热功能，冬季使用时不会发生设备结冻及损坏；在实现智能控制系统同时保留手动控制，以方便应急操作。
附图说明
图1为本发明的系统构成图。
1、雾炮控制单元，2、雾炮进水管路，3、进水管道电磁阀，4、增压泵，5、增压泵出口压力传感器，6、雾炮，7、雾炮进水管路压力传感器，8、雾炮进水管路流量传感器，9、增压泵变频器，10、雾炮角度变频器，11、雾炮角度电机，12、手动控制按键，13、雾炮现场传感器组，14、加热防冻装置，15、Modbus通讯协议接口。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例：
一种建筑工地用喷雾装置，由电源供电，包括雾炮进水管路2、雾炮6、雾炮控制单元1、雾炮角度电机11、雾炮角度变频器10、雾炮进水管路压力传感器7、雾炮进水管路流量传感器8、增压泵4、增压泵变频器9、增压泵出口压力传感器5、进水管道电磁阀3和手动控制按键12，所述雾炮控制单元通过雾炮角度变频器与所述的雾炮角度电机电连接，所述雾炮进水管路通过增压泵与雾炮连通，所述雾炮进水管路压力传感器、进水管道电磁阀和雾炮进水管路流量传感器均配设在所述雾炮进水管路上，雾炮进水管路压力传感器、进水管道电磁阀和雾炮进水管路流量传感器与所述的雾炮控制单元连接，所述的手动控制按键也与所述的雾炮控制单元电连接，所述雾炮控制单元通过增压泵变频器与增压泵电连接。所述的雾炮控制单元为PLC雾炮控制单元。所述雾炮系统还包括雾炮现场传感器组13，所述雾炮现场传感器组包括雾炮温度传感器、雾炮湿度传感器、雾炮粉尘浓度传感器、现场风力和风向传感器中的至少一个，所述雾炮现场传感器组均与所述的雾炮控制单元电连接。所述的雾炮系统还包括有预留接口的加热防冻装置14，所述加热防冻装置的控制端与所述的雾炮控制单元电连接。所述雾炮控制单元上电连接有Modbus通讯协议接口15。所述雾炮系统内还配设有雾炮药箱，雾炮药箱通过雾炮进水管路与雾炮连接。所述药箱内存放的抑尘药剂为使物料表面形成坚固、柔韧外壳的黏结型三元共聚物和高分子聚合物乳液。使用变频器做电机保护器，并可实时读取现场数据，如温度、湿度、风速和风向、粉尘浓度、进水压力和出水压力等，可根据现场不同情况，自动做出喷雾调整，自动化程度高，并预留标准Modbus通讯协议接口，可实时传输数据，可以实现：
PLC实时检测进水口管路的压力和流量，但压力和流量不足时，装置停止工作，并报警，保护设备安全；
PLC通过变频器对增压泵进行启停和压力控制，可自由设定喷雾压力，并通过变频器对泵进行保护，具有过流、过载、过热、短路、缺项、过压、欠压等多种保护；
PLC实时检测现场温度、湿度、粉尘浓度等信号，可自动启动和停止雾炮的喷雾工作；
PLC实时检测现场风力和风向，并可根据设定需要，自动调整喷雾区域和角度等；
PLC实时检测增压泵出口压力，根据设定自动进行PID调节，以实现恒压供水，已达到最佳的喷雾效果；
控制系统均有加热防冻设计，预留接口，增加了电伴热功能，冬季使用时不会发生设备结冻及损坏；
在实现智能控制系统同时保留手动控制，以方便应急操作。
一种建筑工地用喷雾装置控制方法，适用于权利要求所述的建筑工地用喷雾装置，包括以下步骤：
步骤一：建筑工地用喷雾装置启动，雾炮控制单元获取雾炮现场传感器组的数据，同时远程通讯设备远程监控主机状态；
步骤二：根据设定对抑尘药剂进行稀释，载入喷洒模式参数，设定为运输防尘时，抑尘药剂的配比浓度为1％，表面积负荷量1-2L/m2，设定为防风时，抑尘药剂的配比浓度为1％，表面积负荷量2L/m2；
步骤三：雾炮控制单元根据算法进行建设工地起尘量实时计算，式中：E为单辆车引起的工地起尘量散发因子，单位为kg/km；P为直径<30um的可扬起尘粒比例数，对应石子路面为0.62，泥土路面为0.32；s为表面粉矿成分百分比，默认取值为12％；V为车辆驶过工地的平均车速，单位为km/h；w为一年中降水量大于0.254mm的天数；T为每辆车的平均轮胎数，默认取6；
步骤四：雾炮控制单元根据算法进行道路起尘量实时计算，式中：E为单辆车引起的道路起尘量散发因子，单位为kg/km；V为车辆驶过的平均车速，单位为km/h；U为起尘风速，默认取5m/s；T为每辆车的平均轮胎数，默认取6；
步骤五：若实时计算的建设工地起尘量大于设定建设工地起尘量的阈值或实时计算的道路起尘量大于道路起尘量的阈值，则雾炮控制单元根据设备监控装置、传感器系统的开关量和建设工地起尘量、道路起尘量选定喷洒模式并执行喷洒动作直至实时计算的路起尘量小于停止喷洒的设定值或建设工地起尘量小于停止喷洒的设定值；
步骤六：建筑工地用喷雾装置复位，建筑工地用喷雾装置解压后停止。
所述的步骤五中还包括风力阈值和湿度阈值，若实时的湿度值小于湿度阈值，同时当时风速大于风力阈值，实时计算的建设工地起尘量大于设定建设工地起尘量的阈值的80％或实时计算的道路起尘量大于设定道路起尘量的阈值的80％，雾炮控制单元选定喷洒模式并执行喷洒动作直至实时计算的路起尘量小于停止喷洒的设定值或建设工地起尘量小于停止喷洒的设定值。
雾炮控制单元根据设定的增压泵的目标压力值和雾炮进水管路压力传感器和压力传感器对增压泵变频器进行PID调节，实现增压泵的恒压供水，雾炮控制单元根据现场风力和风向传感器，如果是逆风，则对雾炮角度变频器进行控制，控制雾炮角度电机角度调整。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种建筑工地用喷雾装置，由电源供电，其特征在于，包括雾炮进水管路、雾炮、雾炮控制单元、雾炮角度电机、雾炮角度变频器、雾炮进水管路压力传感器、雾炮进水管路流量传感器、增压泵、增压泵变频器、增压泵出口压力传感器、进水管道电磁阀和手动控制按键，所述雾炮控制单元通过雾炮角度变频器与所述的雾炮角度电机电连接，所述雾炮进水管路通过增压泵与雾炮连通，所述雾炮进水管路压力传感器、进水管道电磁阀和雾炮进水管路流量传感器均配设在所述雾炮进水管路上，雾炮进水管路压力传感器、进水管道电磁阀和雾炮进水管路流量传感器与所述的雾炮控制单元连接，所述的手动控制按键也与所述的雾炮控制单元电连接，所述雾炮控制单元通过增压泵变频器与增压泵电连接。
2.根据权利要求1所述的建筑工地用喷雾装置，其特征在于：所述的雾炮控制单元为PLC雾炮控制单元。
3.根据权利要求1所述的建筑工地用喷雾装置，其特征在于：所述雾炮系统还包括雾炮现场传感器组，所述雾炮现场传感器组包括雾炮温度传感器、雾炮湿度传感器、雾炮粉尘浓度传感器、现场风力和风向传感器中的至少一个，所述雾炮现场传感器组均与所述的雾炮控制单元电连接。
4.根据权利要求3所述的建筑工地用喷雾装置，其特征在于：所述的雾炮系统还包括有预留接口的加热防冻装置，所述加热防冻装置的控制端与所述的雾炮控制单元电连接。
5.根据权利要求1所述的建筑工地用喷雾装置，其特征在于：所述雾炮控制单元上电连接有Modbus通讯协议接口。
6.根据权利要求5所述的建筑工地用喷雾装置，其特征在于：所述雾炮系统内还配设有雾炮药箱，雾炮药箱通过雾炮进水管路与雾炮连接。
7.根据权利要求6所述的建筑工地用喷雾装置，其特征在于：所述药箱内存放的抑尘药剂为使物料表面形成坚固、柔韧外壳的黏结型三元共聚物和高分子聚合物乳液。
8.一种建筑工地用喷雾装置控制方法，适用于权利要求所述的建筑工地用喷雾装置，包括以下步骤：
步骤一：建筑工地用喷雾装置启动，雾炮控制单元获取雾炮现场传感器组的数据，同时远程通讯设备远程监控主机状态；
步骤二：根据设定对抑尘药剂进行稀释，载入喷洒模式参数，设定为运输防尘时，抑尘药剂的配比浓度为1%，表面积负荷量1-2L/m2，设定为防风时，抑尘药剂的配比浓度为1%，表面积负荷量2L/m2；
步骤三：雾炮控制单元根据算法进行建设工地起尘量实时计算，式中：E为单辆车引起的工地起尘量散发因子，单位为kg/km；P为直径<30um的可扬起尘粒比例数，对应石子路面为0.62，泥土路面为0.32；s为表面粉矿成分百分比，默认取值为12%；V为车辆驶过工地的平均车速，单位为km/h；w为一年中降水量大于0.254mm的天数；T为每辆车的平均轮胎数，默认取6；
步骤四：雾炮控制单元根据算法进行道路起尘量实时计算，式中：E为单辆车引起的道路起尘量散发因子，单位为kg/km；V为车辆驶过的平均车速，单位为km/h；U为起尘风速，默认取5m/s；T为每辆车的平均轮胎数，默认取6；
步骤五：若实时计算的建设工地起尘量大于设定建设工地起尘量的阈值或实时计算的道路起尘量大于道路起尘量的阈值，则雾炮控制单元根据设备监控装置、传感器系统的开关量和建设工地起尘量、道路起尘量选定喷洒模式并执行喷洒动作直至实时计算的路起尘量小于停止喷洒的设定值或建设工地起尘量小于停止喷洒的设定值；
步骤六：建筑工地用喷雾装置复位，建筑工地用喷雾装置解压后停止。
9.根据权利要求8所述的建筑工地用喷雾装置控制方法，其特征在于：所述的步骤五中还包括风力阈值和湿度阈值，若实时的湿度值小于湿度阈值，同时当时风速大于风力阈值，实时计算的建设工地起尘量大于设定建设工地起尘量的阈值的80%或实时计算的道路起尘量大于设定道路起尘量的阈值的80%，雾炮控制单元选定喷洒模式并执行喷洒动作直至实时计算的路起尘量小于停止喷洒的设定值或建设工地起尘量小于停止喷洒的设定值。
10.根据权利要求8所述的建筑工地用喷雾装置控制方法，其特征在于：雾炮控制单元根据设定的增压泵的目标压力值和雾炮进水管路压力传感器和压力传感器对增压泵变频器进行PID调节，实现增压泵的恒压供水，雾炮控制单元根据现场风力和风向传感器，如果是逆风，则对雾炮角度变频器进行控制，控制雾炮角度电机角度调整。
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