砂石加工系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控研究

朱瓊鳳 劉 荔

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 砂石加工系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控研究的意義

自國內(nèi)采用人工砂石料作為混凝土骨料修建大型水電站以來，人工骨料加工系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模越來越大，系統(tǒng)自動(dòng)控制方面也日趨完善、先進(jìn)。從早期傳統(tǒng)的繼電器常規(guī)控制，到目前的PLC+計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)不斷朝著更經(jīng)濟(jì)、更穩(wěn)定、更方便的方向發(fā)展。砂石加工系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)步與發(fā)展，對提高人工砂石系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和砂石料產(chǎn)品的質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，起著積極的推動(dòng)作用。

2 依托工程砂石加工系統(tǒng)自動(dòng)化控制應(yīng)用情況研究

2.1 三峽下岸溪人工砂石系統(tǒng)

三峽下岸溪人工砂石系統(tǒng)無論是在混凝土總量，還是混凝土最高年強(qiáng)度或者平均月強(qiáng)度，都為世界首位。三峽下岸溪砂石系統(tǒng)作為目前世界上最大的砂石系統(tǒng)，其控制范圍之廣、控制的設(shè)備數(shù)量、種類之多，工藝流程的復(fù)雜程度、參與控制的繼電器數(shù)量，都居世界之首位。以往的常規(guī)控制、管理方式已無法滿足生產(chǎn)的需求，如何提高系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，使系統(tǒng)設(shè)備發(fā)揮最大的潛能，是當(dāng)時(shí)須研究解決的一大課題。

在此之前，砂石系統(tǒng)的電氣控制一直采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)以繼電器為主要轉(zhuǎn)換元件，這類控制存在著以下弊端：

（1）這些控制元件經(jīng)常工作在長期磨損和疲勞工作條件下，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。

（2）因安裝的控制元件很多，其控制柜龐大而笨重。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。

（3）信號的傳輸主要是依靠電線和控制電纜，傳輸速度慢。

（4）控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試周期長，手工接線的工作量很大。且工藝修改很不方便，一般簡單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力去修改圖紙和盤柜內(nèi)的線路。

（5）由于使用了大量的中轉(zhuǎn)繼電器，常常因觸點(diǎn)接觸不良而出現(xiàn)故障。這些弊端已成為制約下岸溪人工砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的最大障礙。

為了使三峽下岸溪人工砂石系統(tǒng)不僅僅只是在規(guī)模上列入世界最大的砂石加工系統(tǒng)，還要讓它在生產(chǎn)技術(shù)上也居于世界領(lǐng)先水平。我們決定采用PLC+工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)取代老式繼電器控制方式。

下岸溪砂石系統(tǒng)工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)采用HS2000中型分布式控制系統(tǒng)，它以管理協(xié)調(diào)網(wǎng)MNET、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET和控制網(wǎng)絡(luò)CNET為基礎(chǔ)掛接不同的設(shè)備組成。

●管理協(xié)調(diào)網(wǎng)MNET：通過網(wǎng)關(guān)與下岸溪管理網(wǎng)（MⅠSS）通信。

●系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET：它完成由Ⅰ/O現(xiàn)場控制站向操作員站的數(shù)據(jù)傳送，各Ⅰ/O現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)傳遞，操作員站和工程師站向現(xiàn)場Ⅰ/O控制站的組態(tài)數(shù)據(jù)和控制指令的傳遞，保持各操作員站之間的數(shù)據(jù)的一致性。

●工程師站：它作為值班長站，進(jìn)行全程監(jiān)控，完成系統(tǒng)組態(tài)、程序開發(fā)、數(shù)據(jù)庫及畫面編輯和修改工作。

●操作員站：它通過專用工業(yè)鍵盤及軌跡球，調(diào)用并顯示由工程師站及現(xiàn)場控制站傳送過來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和圖形，并可實(shí)施控制調(diào)節(jié)、趨勢顯示、報(bào)警管理、報(bào)表管理和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視等功能。

●Ⅰ/O現(xiàn)場控制站：它主要根據(jù)工程師站的數(shù)據(jù)和控制算法，完成信號的采集、轉(zhuǎn)換、各種控制算法、梯形圖算法、計(jì)算公式及現(xiàn)場控制輸出等功能。

●通信站和網(wǎng)關(guān)：與PLC和管理協(xié)調(diào)網(wǎng)通信，并接受操作員站的操作指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)一體化的控制和管理。

●控制網(wǎng)絡(luò)CNET：采用現(xiàn)場總線，即各個(gè)Ⅰ/O組件之間各組件內(nèi)部的各模件之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系采用網(wǎng)絡(luò)通信。

下岸溪砂石系統(tǒng)工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對所轄設(shè)備進(jìn)行順序控制；對成品加工系統(tǒng)系統(tǒng)的大型破碎設(shè)備的油壓、油溫、軸溫和55KW以上電機(jī)的電流、溫升及所有設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控；自動(dòng)對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并輸出到管理網(wǎng)。

通過下岸溪工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安裝前后的運(yùn)行情況對比：采用了先進(jìn)的控制技術(shù)后，更好地提高了設(shè)備的利用率，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。使管理上了一個(gè)新的臺階，此次革新填補(bǔ)了水電行業(yè)人工砂石系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的空白。

2.2 云南省向家壩水電站馬延坡計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

向家壩水電站人工砂石系統(tǒng)由太平料場及大灣口半成品加工區(qū)、馬延坡成品加工區(qū)以及長距離帶式輸送機(jī)輸送線三部分組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為3200t/h，生產(chǎn)能力為2600t/h，主要承擔(dān)主體工程約1221萬m3混凝土所需骨料的供應(yīng)任務(wù)。

向家壩馬延坡砂石系統(tǒng)建于2007年。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有5個(gè)PLC站點(diǎn)，半成品1#PLC站，半成品2#PLC站，成品1#PLC站，成品2#PLC站，成品3#PLC站，半成品加工區(qū)和成品加工區(qū)各配置上位機(jī)操作站1臺。

（1）向家壩馬延坡計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本特點(diǎn)。

●由多個(gè)相互獨(dú)立的生產(chǎn)單元系統(tǒng)組成大系統(tǒng)；

●生產(chǎn)線上受控設(shè)備數(shù)量多種類多，分布面積廣；

●生產(chǎn)過程中可在線靈活投入或切除某些并列生產(chǎn)線或生產(chǎn)設(shè)備；

●以邏輯控制和順序控制為主的開環(huán)控制；

●控制過程本身具有層次性和可分割性；

●要求控制精度高、時(shí)間響應(yīng)快；

●控制程序能根據(jù)工藝要求靈活可變；

PLC站點(diǎn)間采用光纖以太網(wǎng)進(jìn)行連接。利用工業(yè)計(jì)算機(jī)和PLC構(gòu)成分層分布式控制系統(tǒng)。

由于系統(tǒng)設(shè)備較多，關(guān)聯(lián)設(shè)備多，工藝較為復(fù)雜，因此，在上位機(jī)間和PLC間建立雙層系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊，一旦系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)生故障，還可通過PLC間保證各個(gè)站點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通訊，保持系統(tǒng)運(yùn)行的完整性。

對該系統(tǒng)中的操作界面我們進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)，除了以往系統(tǒng)中所包含的操作、動(dòng)態(tài)流程、報(bào)警、報(bào)表等通用功能外，增加了人機(jī)對話界面，使得現(xiàn)場的運(yùn)行更加合理可靠。太平料場骨料輸送線（從太平料場到延坡砂石加工系統(tǒng)之間）采用長距離帶式輸送機(jī)輸送半成品骨料。長距離膠帶機(jī)共有5條，總長31.067km，輸送線的輸送能力為3000t/h。

太平料場骨料輸送線監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)5個(gè)現(xiàn)地PLC系統(tǒng)，控制網(wǎng)絡(luò)采用冗余工業(yè)以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置7臺，分別設(shè)置在7個(gè)配電站內(nèi)。通過以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理。

中央控制室設(shè)在B5帶式輸送機(jī)的頭部配電站內(nèi)，由3臺監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)和一套工業(yè)電視系統(tǒng)組成，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視、操作、運(yùn)行記錄等。

（2）太平料場骨料輸送線設(shè)備運(yùn)行控制功能。

●通過中央控制室對5條長距離帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制，每條帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置附近均設(shè)有PLC控制室。具有可靠方便的通訊手段。

●每條帶式輸送機(jī)的主電機(jī)均具有多臺電機(jī)功率平衡功能。

●具有帶式輸送機(jī)沿線急停、跑偏保護(hù)、撕裂保護(hù)、打滑保護(hù)、堵塞保護(hù)、溫度保護(hù)以及主電機(jī)、制動(dòng)器、自動(dòng)張緊裝置、可控起動(dòng)裝置等的電氣保護(hù)。

●采用自動(dòng)液壓拉緊裝置，每條帶式輸送機(jī)的拉緊裝置與該帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉鎖。

●可實(shí)現(xiàn)輸送線沿線隧洞內(nèi)的照明與通風(fēng)裝置就地控制及遙控。

●變（配）電站內(nèi)所有電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、保護(hù)信息能傳送至“三遙”系統(tǒng)（遙控、遙測、遙信）和中央控制室。

●帶式輸送機(jī)輸送線起動(dòng)時(shí)具有沿線聲光報(bào)警功能，沿線每隔100m設(shè)置1個(gè)光信號點(diǎn)、配置1部擴(kuò)音電話，每部電話都能通過通訊接口實(shí)現(xiàn)與沿線擴(kuò)音電話的連接功能。

●電氣控制系統(tǒng)具有整條輸送線故障性質(zhì)及故障位置顯示功能。

3 結(jié) 語

經(jīng)過10多年的實(shí)踐與探索，PLC＋計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在人工砂石加工系統(tǒng)得到了成功應(yīng)用，大幅度節(jié)約了能源，改善了工作環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。自動(dòng)控制技術(shù)不僅在智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面日趨先進(jìn)，也在管理控制一體化方面發(fā)揮了很大的作用，對經(jīng)營決策、管理、計(jì)劃、調(diào)度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場控制等信息的綜合處理，形成一個(gè)意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)，增強(qiáng)了企業(yè)競爭力。在保障運(yùn)行安全的前提下，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，使系統(tǒng)在可靠性、先進(jìn)性、適應(yīng)性、節(jié)能環(huán)保等多方面達(dá)到完美的統(tǒng)一。