安谷水電站砂石加工系統PLC 控制技術的自主設計與應用

余淑娟，王鵬，王偉鵬

(中國水利水電第七工程局有限公司 第五分局，四川彭山 620860)

1 概述

安谷水電站砂石加工系統采用天然料篩分與人工破碎并重的生產工藝，設計毛料處理能力為1200 t/h，成品料生產能力為880 t/h，主要承擔廠壩樞紐土建及金屬結構安裝工程總計約214萬m3混凝土所需的骨料供應任務。為節約工程成本，提高系統運行的安全性、穩定性和可靠性，安谷水電站砂石加工系統采用了自主設計的PLC控制技術。

2 控制系統的技術要求與組成

2.1 控制系統的技術要求

(1)篩分流程。

要求膠帶機、圓振動篩、洗砂機、脫水篩等設備在啟動時上、下級設備間相互聯鎖，依次逆料流方向延時啟動，啟動時間根據膠帶機和設備的工作原理合理選擇。停止時，按順料流方向，依次延時停止相應設備。

(2)破碎流程。

中碎和細碎車間的破碎機作為大型設備首先啟動運行，具備該條件后，破碎線中的其他膠帶機、圓振動篩、洗砂機、脫水篩則逆料流方向延時聯鎖啟動。停止時，順料流方向延時停止，破碎機應在其他設備確認停止后停機。

(3)制砂流程。

制砂流程應先啟動制砂車間的制砂機，待制砂機啟動后，再逆料流方向延時連鎖啟動其他的設備;停止時，先停止其他設備，后停止制砂機，即制砂機遵循“先啟后停”的原則。

(4)其他技術要求。

現場應滿足“現地手動”、“遠方自動”的控制方式。在設備維護階段，能夠轉換至現地方式，滿足現地設備檢修;在系統運行中若出現特殊狀況，能夠轉換至現地手動方式或按動事故閘刀停止相應設備，且上級聯鎖設備應立即響應停止。

控制系統應能對系統的運行情況進行實時監控，且能對主要設備的負荷情況進行采集和反饋。考慮到后期系統的改進和設備的增減，控制系統應能隨之靈活改進，以適應工藝流程的變化。同時，系統應能安全、可靠、穩定的運行，便于維護和檢修，滿足系統生產要求。

2.2 控制系統的組成

控制系統由上位機(WINCC 服務器)和下位機(PLC 程控系統，采用西門子S7-300PLC)組成，安裝在1#和2#配電所集中控制室。1#配電所PLC 控制室主要設備有1臺上位機、1面PLC 程控柜(裝有馬賽克模擬屏)和1個PLC 集中操作臺;2#配電所PLC 控制室配置1面PLC 程控柜(帶有操作面板)。

上位機主要實現砂石加工系統運行中的實時過程監控、故障報警和主要設備電流的采集、反饋和歸檔功能。下位機主要負責實現砂石系統設備的聯鎖控制，保證系統能夠穩定可靠的運轉。PLC 控制系統硬件組態網絡見圖1、2。

圖1 1#配電所PLC 控制室硬件組態圖

圖2 2#配電所PLC 控制室硬件組態圖

在1#配電所PLC 集中控制室中，上位機對設備運行狀態進行實時監控，同時通過連接電流傳感器和數顯表采集S5#、S6#、S10#、S16#、S17#和S23#膠帶機，中碎車間S3800破碎機、細碎車間HP300破碎機以及6臺洗砂機的負荷電流;PLC程控主要控制預篩分圓振動篩，第一、三篩分車間洗砂機、圓振動篩和脫水篩，中碎和細碎車間破碎機以及相互關聯的膠帶機。控制程序分為“篩分調用”和“破碎調用”。“篩分調用”主要針對篩分線，控制預篩分車間1#、2#圓振篩，第一篩分車間圓振篩、洗砂機和脫水篩，以及S3#～S10#、S16#～S19#、S24#～S29#和S37#～S39#膠帶機等設備。“破碎調用”主要針對破碎線，實現對中碎車間2臺S3800破碎機、細碎車間2臺HP300破碎機、S13#～S15#、S18#～S20#、S23#～S29#、S37#～S39#膠帶機、第三篩分車間圓振動篩、洗砂機和脫水篩的控制。

2#配電所PLC 程控室主要針對“制砂線”，即人工砂生產部分，控制S30#～S32#、S32-1#、S33#～S35#膠帶機、第二篩分車間圓振動篩，制砂車間2臺巴馬克B8100制砂機和1臺VS1500A制砂機等設備。

2.3 系統控制方式

安谷水電站砂石加工系統的控制方式分為集中、遠方和現地控制。集中控制方式即實現系統設備的集中控制，由1#配電所PLC 集中控制臺和2#配電所PLC 程控柜操作面板構成，負責系統設備的聯鎖運行;遠方控制方式在1#、2#配電所配電柜操作面板實現，實現遠程控制現場設備;現地控制方式主要是在現場對設備實現控制，方便工作人員實施檢修和維護。

3 自主設計的創新性

通過對安谷水電站砂石加工系統PLC 控制系統進行自主設計，對控制系統進行了很大的改進和優化，提高了該系統運行的安全性、高效性和適應性。

3.1 安全性

在以往的砂石加工系統工程項目中的PLC程序編程中，膠帶機、破碎機等設備的啟停多采用置位復位指令實現(圖3)。該程序段在實際應用中經常出現下述問題:電力系統如果因瞬時故障造成砂石加工系統全線停機后突然來電，PLC 則重新進行一次周期掃描，PLC 程序置位指令由于瞬時停電前處于置位狀態，則系統會突然啟動，不僅會造成大量設備故障，還會威脅到工作人員的人身安全。

圖3 置位復位實現啟動和停止示意圖

為消除上述缺陷，安谷水電站砂石加工系統的PLC 控制系統在程序設計時，結合以往工程的運行經驗進行了編程，對膠帶機、破碎機等設備的啟停采用新的設計方式:即取消置位復位指令的使用，改用簡易的位邏輯指令和輸出線圈組合予以實現(圖4)。改進后的PLC 程序，保證了系統運轉應對突發瞬時停電事故的能力，大大提高了系統運行的安全性。

3.2 高效性

安谷水電站砂石加工系統在PLC 控制系統設計中，現地安裝有“現地轉換開關”和事故閘刀，轉換開關設置“單開”和“聯鎖”兩檔。“單開”位置方便工作人員現場檢修維護設備及運行中停車;“聯鎖”位置實現系統的設備與上下級設備之間的聯鎖運行(即進入PLC 自動控制下運行)。該控制方式下，在系統運行中，現場工作人員可以根據需要切換運行方式。當檢修或故障處理完成后，事故閘刀和轉換開關復位(切至“聯鎖”檔)，設備及其聯鎖的設備即可立即延時進入自動運行狀態。改進后的控制方式極大地方便了現場維護人員，避免了中控室遠程恢復自動運行的繁復和不安全因素，較大程度地提高了系統運轉的效率。

圖4 改進后的設備啟/停方式示意圖

3.3 適應性

安谷水電站砂石加工系統的控制系統采用自主設計和安裝，較類似工程PLC 控制系統具有更強的適應性。

(1)PLC 控制系統的自主設計與安裝。

通過對PLC 控制技術進行自主設計和應用，能夠很輕松地應對工程后期的維護和故障檢修，對于控制系統故障，能夠很快地分析出其產生的原因并進行處理。PLC 編程充分考慮了以往工程項目中出現的各種問題，并很好地征詢了現場工作人員對電氣系統運轉提出的各種要求，真正地結合了項目實際情況進行程序的編寫。例如，安谷水電站砂石加工系統S23#膠帶機由于負荷較大，要求在下線5#、6#振動篩切換至“現地”檔后，S23#膠帶機能延時幾秒后停止，以盡量保證其能將大部分破碎骨料輸送至篩分車間，程序修改情況如圖5所示。

(2)適應系統工藝流程的改進。

圖5 改進后的S23#膠帶機程序段示意圖

安谷水電站砂石加工系統PLC 控制系統由于實施了自主設計和安裝，程序的編寫充分結合了工程項目實際，能夠很好地適應系統工藝流程的變化和改進。

系統在后期的運行維護中，可能會出現因為系統生產能力需要提高或工藝流程需要改進，進而增加破碎機、洗砂機、膠帶機等設備，也有可能根據實際要求某些設備退出生產運行。針對這些情況，以往類似工程項目必須由廠家重新修改PLC 程序，無論是在成本上，還是時間上，都很難滿足系統連續生產的要求。本系統由項目技術人員自主編寫程序并完成電氣安裝，工程技術人員能夠根據系統后期工藝流程的變化，在不影響系統正常運行的情況下，不斷地修改控制程序，進而滿足系統正常穩定連續運轉的要求。

4 結語

通過對PLC 控制技術的自主設計和應用，不僅節約了工程成本，而且使其更加符合工程實際，更能夠適應系統后期工藝流程的改進。目前，自主設計的PLC 控制系統在安谷水電站砂石加工系統中運行穩定可靠，保證了安谷水電站廠壩樞紐工程對砂石骨料的供應需求。

［1］廖常初，主編.S7-300/400PLC 應用技術［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［2］廖常初，主編.PLC 編程及應用［M］.北京:機械工業出版社，2003.

［3］蘇昆哲.深入淺出西門子WINCC V6［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2004.