砂石加工系統自動化監控研究

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 砂石加工系統自動化監控研究的意義

自國內采用人工砂石料作為混凝土骨料修建大型水電站以來，人工骨料加工系統的生產規模越來越大，系統自動控制方面也日趨完善、先進。從早期傳統的繼電器常規控制，到目前的PLC+計算機自動控制系統，控制系統不斷朝著更經濟、更穩定、更方便的方向發展。砂石加工系統自動化的進步與發展，對提高人工砂石系統的生產能力和砂石料產品的質量、降低生產成本，起著積極的推動作用。

2 依托工程砂石加工系統自動化控制應用情況研究

2.1 三峽下岸溪人工砂石系統

三峽下岸溪人工砂石系統無論是在混凝土總量，還是混凝土最高年強度或者平均月強度，都為世界首位。三峽下岸溪砂石系統作為目前世界上最大的砂石系統，其控制范圍之廣、控制的設備數量、種類之多，工藝流程的復雜程度、參與控制的繼電器數量，都居世界之首位。以往的常規控制、管理方式已無法滿足生產的需求，如何提高系統的自動化控制水平，使系統設備發揮最大的潛能，是當時須研究解決的一大課題。

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

（1）這些控制元件經常工作在長期磨損和疲勞工作條件下，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。

（2）因安裝的控制元件很多，其控制柜龐大而笨重。在全負荷運載的情況下，繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時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）控制系統的安裝、調試周期長，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，也需要花費大量時間及人力去修改圖紙和盤柜內的線路。

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

為了使三峽下岸溪人工砂石系統不僅僅只是在規模上列入世界最大的砂石加工系統，還要讓它在生產技術上也居于世界領先水平。我們決定采用PLC+工業計算機監控系統取代老式繼電器控制方式。

下岸溪砂石系統工業計算機監控系統是一個采用HS2000中型分布式控制系統，它以管理協調網MNET、系統網絡SNET和控制網絡CNET為基礎掛接不同的設備組成。

●管理協調網MNET：通過網關與下岸溪管理網（MⅠSS）通信。

●系統網絡SNET：它完成由Ⅰ/O現場控制站向操作員站的數據傳送，各Ⅰ/O現場控制站之間的數據傳遞，操作員站和工程師站向現場Ⅰ/O控制站的組態數據和控制指令的傳遞，保持各操作員站之間的數據的一致性。

●工程師站：它作為值班長站，進行全程監控，完成系統組態、程序開發、數據庫及畫面編輯和修改工作。

●操作員站：它通過專用工業鍵盤及軌跡球，調用并顯示由工程師站及現場控制站傳送過來的實時數據和圖形，并可實施控制調節、趨勢顯示、報警管理、報表管理和系統運行狀態監視等功能。

●Ⅰ/O現場控制站：它主要根據工程師站的數據和控制算法，完成信號的采集、轉換、各種控制算法、梯形圖算法、計算公式及現場控制輸出等功能。

●通信站和網關：與PLC和管理協調網通信，并接受操作員站的操作指令，實現系統一體化的控制和管理。

●控制網絡CNET：采用現場總線，即各個Ⅰ/O組件之間各組件內部的各模件之間的數據聯系采用網絡通信。

下岸溪砂石系統工業計算機監控系統對所轄設備進行順序控制；對成品加工系統系統的大型破碎設備的油壓、油溫、軸溫和55KW以上電機的電流、溫升及所有設備的運行時間進行監控；自動對所有數據進行處理，并輸出到管理網。

通過下岸溪工業計算機監控系統安裝前后的運行情況對比：采用了先進的控制技術后，更好地提高了設備的利用率，為企業帶來了可觀的經濟效益和社會效益。使管理上了一個新的臺階，此次革新填補了水電行業人工砂石系統計算機應用的空白。

2.2 云南省向家壩水電站馬延坡計算機監控系統

向家壩水電站人工砂石系統由太平料場及大灣口半成品加工區、馬延坡成品加工區以及長距離帶式輸送機輸送線三部分組成。系統設計處理能力為3200t/h，生產能力為2600t/h，主要承擔主體工程約1221萬m3混凝土所需骨料的供應任務。

向家壩馬延坡砂石系統建于2007年。計算機監控系統設有5個PLC站點，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，半成品加工區和成品加工區各配置上位機操作站1臺。

（1）向家壩馬延坡計算機監控系統基本特點。

●由多個相互獨立的生產單元系統組成大系統；

●生產線上受控設備數量多種類多，分布面積廣；

●生產過程中可在線靈活投入或切除某些并列生產線或生產設備；

●以邏輯控制和順序控制為主的開環控制；

●控制過程本身具有層次性和可分割性；

●要求控制精度高、時間響應快；

●控制程序能根據工藝要求靈活可變；

PLC站點間采用光纖以太網進行連接。利用工業計算機和PLC構成分層分布式控制系統。

由于系統設備較多，關聯設備多，工藝較為復雜，因此，在上位機間和PLC間建立雙層系統的網絡通訊，一旦系統上位機發生故障，還可通過PLC間保證各個站點間的數據通訊，保持系統運行的完整性。

對該系統中的操作界面我們進行全新的設計，除了以往系統中所包含的操作、動態流程、報警、報表等通用功能外，增加了人機對話界面，使得現場的運行更加合理可靠。太平料場骨料輸送線（從太平料場到延坡砂石加工系統之間）采用長距離帶式輸送機輸送半成品骨料。長距離膠帶機共有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控系統共設5個現地PLC系統，控制網絡采用冗余工業以太網。網絡交換機配置7臺，分別設置在7個配電站內。通過以太網，實現對整個系統的監控管理。

中央控制室設在B5帶式輸送機的頭部配電站內，由3臺監控管理計算機和一套工業電視系統組成，是整個系統的控制中心，實現對整個系統的監視、操作、運行記錄等。

（2）太平料場骨料輸送線設備運行控制功能。

●通過中央控制室對5條長距離帶式輸送機實現集中控制，每條帶式輸送機驅動裝置附近均設有PLC控制室。具有可靠方便的通訊手段。

●每條帶式輸送機的主電機均具有多臺電機功率平衡功能。

●具有帶式輸送機沿線急停、跑偏保護、撕裂保護、打滑保護、堵塞保護、溫度保護以及主電機、制動器、自動張緊裝置、可控起動裝置等的電氣保護。

●采用自動液壓拉緊裝置，每條帶式輸送機的拉緊裝置與該帶式輸送機的控制系統實現自動閉鎖。

●可實現輸送線沿線隧洞內的照明與通風裝置就地控制及遙控。

●變（配）電站內所有電氣設備的運行狀態參數、保護信息能傳送至“三遙”系統（遙控、遙測、遙信）和中央控制室。

●帶式輸送機輸送線起動時具有沿線聲光報警功能，沿線每隔100m設置1個光信號點、配置1部擴音電話，每部電話都能通過通訊接口實現與沿線擴音電話的連接功能。

●電氣控制系統具有整條輸送線故障性質及故障位置顯示功能。

3 結 語

經過10多年的實踐與探索，PLC＋計算機監控系統已經在人工砂石加工系統得到了成功應用，大幅度節約了能源，改善了工作環境，降低了勞動強度，提高了生產效率。自動控制技術不僅在智能化、網絡化方面日趨先進，也在管理控制一體化方面發揮了很大的作用，對經營決策、管理、計劃、調度、過程優化、故障診斷、現場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統，增強了企業競爭力。在保障運行安全的前提下，獲取最大的經濟效益，使系統在可靠性、先進性、適應性、節能環保等多方面達到完美的統一。