2.2控制系統組成及功能

輸送控制系統參與集中控制的設備包括：（1）大法坪砂石加工系統成品砂石料堆場，堆場下設雙線廊道振動給料機電動弧門及E1～E3和E2～E4膠帶機；（2）長距離帶式輸送機，40個預警電鈴、38組跑偏開關、76組拉繩開關、電動機及CST控制系統、膠帶自動液壓拉緊裝置及機頭分料回轉斗等；（3）右岸▽360m混凝土拌和系統Ａ０～Ａ５膠帶機及6個儲料灌；（4）右岸▽308.5m混凝土拌和系統Ｂ１～Ｂ６膠帶機及10個儲料灌。

控制系統配備有上位機（工控機）、下位機（PLC柜）和一套集中監(jiān)控系統，對該控制系統實行集中控制和監(jiān)視。系統采用分層分布式網絡結構，分成中央控制級（CCL）和現地控制單元（LCU）兩級控制。主要完成大法坪砂石加工系統成品料堆場下設廊道4條膠帶機、74個弧門及40臺振動給料機遠程控制，與長距離膠帶機系統及▽360m和▽308.5m混凝土拌和系統的接點聯系和數據交換，實現輸送系統的聯網和自動控制。成品砂石料輸送系統控制流程見圖1

圖1成品砂石料輸送系統控制流程簡圖

2.2.1中央控制級

中央控制級設上位工控機和中央控制臺，上位工控機和中央控制臺設于長距離膠帶機機頭控制室。中央控制級和各現地控制單元之間通過工業(yè)以太網（TCPIP10100Mbps）開放式總線相聯。上位工控機為輸送系統的控制中心，用來完成控制系統的監(jiān)控和管理任務，對所有受控設備進行控制、監(jiān)視、遠程操作，通過網絡接口與現地控制級設備聯絡通訊。主要功能有：1)監(jiān)測顯示系統的工藝流程、各設備的運行狀態(tài)、工藝參數值，存儲有關系統的主要運行工藝參數值，進行故障報警及處理；2)發(fā)送控制指令，實現各分系統工藝流程的起、停和設備單機的起停；3)統計生產數據，輸出各種生產報表。

中央控制臺主要安裝程控操作按鈕，在脫離上位機或上位機故障時使用，可通過按鈕控制各現地控制單元的運行。

2.2.2現地控制級

現地控制級包括3套現地控制單元（1～3LCU）（采用可編程序控制器+一體化工作站）及相關網絡設備，各現地控制單元通過工業(yè)以太網組成現地控制網，各現地控制單元作為總線網上的1個節(jié)點，除能獨立自動完成監(jiān)控范圍內所有設備的運行及數據采集、處理之外，也能通過現地控制單元上的手動操作功能，實現遠方控制現地設備的起、停?？紤]到本系統受控設備分散，且距離較長，為增加各相對獨立系統的可操作性和良好的人機溝通界面，各現地控制單元同時設置一體化工作站（觸摸屏），與PLC共同組成各現地控制單元的控制核心。

受控設備機旁設現地控制箱（帶現地起動柜的不設現地控制箱，現地控制功能由起動柜完成），現地控制箱或現地起動柜設遠程現地控制轉換開關，遠程控制時，設備由上位機（或中央控制臺）和現地控制單元控制；現地控制時，通過現地控制箱或現地起動柜控制設備的單機起、停。

系統設電鈴信號，上位機或中控臺起動或停止系統前能自動實現全系統振鈴；現地控制單元起動或停止本單元時能自動實現本單元的振鈴；中控臺、現地控制單元盤柜、現地箱（或現地起動柜）上均能實現手動發(fā)出各自范圍內的振鈴信號。

2.2.3主電機控制系統（CST控制系統）控制操作

主電機控制系統（CST控制系統）受控設備包括：三臺主電機、三臺風扇、三臺加熱器、和三臺冷卻泵等設備?？刂葡到y（CST控制系統）控制操作分為手動控制和自動控制兩種方式。手動控制操作只有在調試和檢修時使用，正常運行時，CST控制系統處于自動控制方式。

（1）手動控制方式:系統停機狀態(tài)下選擇手動模式，手動控制操作在CST控制箱上完成，選擇手動操作的主電機、風機或冷卻泵，對所選對象進行起、?？刂撇僮鳌?p style="line-height: 3em;">

（2）自動控制操作方式：取消手動模式狀態(tài)，系統根據CST實際狀態(tài)進行控制。系統起動命令發(fā)出后，當系統具備起動條件時自動給出主電機起動信號，或發(fā)出起動允許信號由用戶進行主電機的起?？刂?。CST起動后，受自動報警和故障保護。風機的起停由系統根據油溫進行自動控制。PLC控制系統采用AB的SLC500系列作為控制器，并支持多種通訊方式。其基本組成包括：電源模塊、CPU模塊、開關量輸入模塊、繼電器觸點輸出模塊、4～20mA輸入模塊、4～20mA輸出模塊、高速計數模塊和通訊接口模塊等。長距離膠帶機起動時，電機空負荷順序起動，當所有電機達到額定速度后，可控起動裝置（CST）將起動長距離膠帶機運行。其啟動、停止流程見圖2：

圖2啟動、停機順序流程圖

啟動操作：按“啟動”按鈕，自動控制設備按啟動順序流程一步一步執(zhí)行，直到所有控制設備啟動完畢。

停止操作：按“停止”按鈕，自動控制設備按停機順序流程一步一步執(zhí)行，直到所有控制設備停止運行。

2.2.4控制系統功能

根據系統運行工況和相應系統結構，設計PLC程序的主要的控制要點是設備的啟、停車順序控制，以及當系統在運行中出現故障時，進行故障設備的聯鎖安全控制及具有故障報警、處理、記錄等功能。

（1）啟、停車順序控制其依據的原則是：輸送設備采用逆料流方向逐臺啟動，順料流方向逐臺停機（逆料流起動是指在工藝流程上有直接銜接關系的設備在起動時按逆料流方向依次延時起動。順料流停車是指在工藝流程上有直接銜接關系的設備在停止時按順料流方向依次延時停車。），當系統運行過程中某臺設備因故障停機時來料方向所有輸送設備及時停機，去料方向設備待物料輸送完畢后按正常方式停機。輸送設備及各個子系統的聯鎖啟停時間可在上位機上進行設定和修改，確保系統啟動正常。系統正常啟動為空載啟動。

設備延時起動的延時時間可取5~15秒，具體時間視按順序連續(xù)起動的設備的起動時間確定；延時停機的延時時間根據設備卸空物料所需的時間確定。

（2）控制系統隨時監(jiān)控各設備的運行狀態(tài)，當某一臺設備發(fā)生故障時，則控制程序會立即關閉自故障起所有來料方向的設備（稱為故障設備聯鎖控制）。上位機的顯示器立即調出故障設備所在位置的流程畫面，并以閃爍的聲光指示報警。同時進行故障發(fā)生的時間、故障記錄、存儲打印等處理工作。

（3）為保證整個輸送系統的可靠運行，該監(jiān)控系統具備上位機自動和手動、下位機（PLC）的自動和手動控制方式，且不影響長距離膠帶輸送機及▽360m混凝土拌和系統和▽308.5m混凝土拌和系統的原有控制系統的正常運行。這些裝置都通過電氣控制系統聯接到控制室進行集中控制。

2.2.5系統監(jiān)控及故障處理

控制系統能監(jiān)控整個輸送系統受控設備的運行狀態(tài)，能識別設備是否運行；是在現地控制狀態(tài)還是遠程控制狀態(tài)；是否過載。如全系統和各現地控制單元的起、停、急停、復位等信號指示。

為了清晰地觀察現場運行情況,可通過視頻監(jiān)視實現對輸送系統提供現場實時監(jiān)視圖像信息。

故障處理：在啟動過程和正常運行時，如發(fā)生設備故障、跑偏、拉繩、帶速超速、撕裂、堵塞故障時，自動控制運行設備立即停機，同時，在控制操作臺上顯示故障信號，便于操作人員檢修處理。

3控制系統的網絡構造與控制方式

根據遠距離輸送的特點，長距離帶式輸送機控制設備分別由機頭和機尾的10KV供電系統供電。為了保證控制系統的可靠性，機頭設有兩路（一用一備）10KV供電系統，由于長距離帶式輸送機由三臺高壓主電機驅動，在機頭設計一套高壓供電系統和低壓配電系統；在機尾設計一套低壓配電系統；控制系統由1個PLC控制站及其4個遠程控制站組成，通過以太網絡聯接，通訊介質采用光纜，完成整個控制系統的數據采集、交換和控制，5個控制站分別安裝在機頭、機尾和長距離輸送機的中部位置?？刂葡到y網絡見圖3

圖3控制系統網絡圖

3.1PLC控制站

PLC控制站安裝在主控室里，PLC控制站程序包括：（1）通訊程序（transmit）：主要實現以態(tài)網絡上的數據交換任務，包括PLC控制站控制信號發(fā)送到1#～４#遠程控制站，1#～４#遠程控制站的就地控制信號上讀到PLC控制站。（2）本地控制程序（control_0）：主要完成該控制站設備的控制任務。（3）1#遠程控制程序（control_1）：主要實現對1#遠程控制站控制設備的遠程控制。（4）2#遠程控制程序（control_2）：主要實現對2#遠程控制站控制設備的遠程控。（5）顯示程序（display）：主要完成各種控制設備狀態(tài)信號、故障信號等在主控室控制操作上顯示任務，實現整個控制系統的遠程監(jiān)視。

3.2遠程控制站

遠程控制站包括1#～4#遠程控制站。1#～4#遠程控制站控制程序包括：（１）通訊程序（transmit）：主要實現以太網絡上的數據交換任務（包括接收PLC控制站控制命令和將本控制站控制數據遠程給PLC控制站）。(２）控制程序（control）：主要完成本地控制設備的控制任務。

1#～4#遠程控制站分別安裝在長距離膠帶機前中部、中部、后中部及尾部，主要完成長距離膠帶機跑偏和拉繩保護信號采集，并通過網絡傳輸給PLC控制站進行數據處理、判斷，控制長距離膠帶機的運行。另外可接受PLC控制站控制信號完成長距離膠帶機中部除水裝置，沿線軸流風機、照明及機尾制動器等遠程控制。

1#～4#遠程控制站控制軟件使用的編程軟件為ModiconConcept2.5設計。Concept2.5編程軟件包括配置軟件、編程軟件、操作和監(jiān)視軟件、通訊軟件等。其中編程軟件可以采用6種編程語言：功能塊設計語言FBD、梯形圖設計語言LD、順控系統設計語言SFC、指令表設計語言IL（以文本形式）、結構化文本設計語言ST、梯形邏輯984設計語言LL984?？刂葡到y設備配置見表2：

表2控制系統設備配置表

3.3控制方式

為了使輸送系統安全生產運行，預防機械部分的損壞，保護操作人員的安全，便于集中控制和提高自動化水平，系統設置了電氣控制及綜合安全保護裝置。電氣控制及綜合安全保護裝置能對該長距離膠帶機整個運行過程中進行控制、并能對出現的故障進行自動監(jiān)測、報警。除具有一般的順序啟動、順序停機，斷路、短路、過載、過流、欠電壓、缺相、接地和拉緊、制動信號等保護以外，還配備以下安全保護裝置：包括急停、電源上電、拉繩開關、跑偏開關、帶速檢測、縱向撕裂開關、打滑接點、上下級膠帶連鎖等，這些裝置都通過電氣控制系統聯接到控制室進行集中控制。根據輸送系統輸送距離長，且?guī)俑摺⑦\輸量大、點多面廣，涉及范圍較復雜且不易控制等特點，系統可選擇“本機”“集控”“遠程”或“現地”等各種控制方式。

3.3.1長距離膠帶機洞內軸流風機和照明及膠帶機中部除水裝置等采用現地控制，也可實現遠程集中控制。

3.3.2長距離膠帶機主電機、冷卻泵、風機、加熱器等控制設備由CST可控起動傳輸裝置系統管理，可在CST控制箱上完成自動控制，也可在機頭控制臺上完成集中控制。膠帶自動液壓拉緊裝置既可以與CST控制系統完成自動控制，又可以在本機控制，也可以在機頭集中控制。

3.3.3▽360m混凝土拌和系統AO～A5膠帶機和▽308.5m混凝土拌和系統B1～B6膠帶機既可在各自系統內完成遠程和現地控制，也可在長距離膠帶機機頭PLC主站實現A0或B1膠帶機遠程控制。

4控制系統存在問題與改進

龍灘水電站大壩混凝土生產所需的成品砂石料輸送系統經過一年多的運行，滿足了大壩混凝土所需砂石料生產任務，但在運行過程中也暴露了一些問題和不足。筆者有幸參與了系統全過程運行監(jiān)督管理，并結合現場實際提出了幾點建議，對存在的問題進行了改進。

（1）由于對輸送系統認識不足，在設計階段未能充分考慮各系統膠帶機與長距離膠帶機在電氣控制部分的聯接，膠帶機啟、?？刂品绞剑L距離膠帶機機頭轉料，系統通訊、監(jiān)控等問題。在各系統膠帶機運行過程中，出現長距離膠帶機遇故障緊急停車時，大法坪砂石加工系統成品堆場廊道輸送膠帶機不能停機而導致長距離膠帶機機尾堵料?；颞?08m系統、▽360m系統某一條膠帶機發(fā)生故障緊急停機時，導致長距離膠帶機機頭（▽308m系統B1膠帶機機尾或▽360m系統A0膠帶機機尾）堵料，一旦大石進入輔助驅動滾筒就可能導致膠帶損傷或將膠帶自動液壓拉緊裝置鋼絲繩拉斷。因長距離膠帶機為可控起動傳輸裝置設計（設計值：起動時間為120S、緊急停機時間為40S），而大法坪砂石加工系統、▽308m混凝土系統B系列或▽360m混凝土系統的A系列膠帶機為普通電機起動設計（停車時間只有1~2秒鐘）。建議在機頭增設棄料場，通過PLC主站實現因A0或B1膠帶機停機時長距離膠帶機將自動停機，且將機頭回轉斗轉到中間棄料場卸料，以防止長距離膠帶機機頭堵料。

（2）輸送系統點多面廣，受控設備分散，電源控制較為復雜。E系列（E1～E4）膠帶機電源取自大法坪砂石加工系統兩個車間低壓配電系統；長距離膠帶機電源分別取自機頭高、低壓配電系統、控制系統和機尾低壓配電系統；A系列（A0~A5）膠帶機電源取自▽360m混凝土拌和系統低壓配電系統；B系列（B1～B6）膠帶機電源取自▽308.5m混凝土拌和系統低壓配電系統。如果大法坪砂石加工系統停電檢修或長距離膠帶機機尾電源一旦發(fā)生停電故障，輸送系統則無法運行。又因長距離膠帶機機尾制動器是由機頭PLC主站發(fā)出指令，開機時自動打開機尾制動器抱閘，膠帶機才能按正常程序運行，一旦機尾發(fā)生停電故障，制動器即失電抱閘，將機尾滾筒抱死，必然會出現因膠帶機延時停機而造成膠帶斷裂或將機尾滾筒拉翻。建議將E系列膠帶機及長距離膠帶機機尾用電改為同一臺變壓器供電，并將機尾盤式制動器拆除或處于釋放狀態(tài)，不參與系統集中控制。

（3）長距離膠帶機系統在設計時選用ZNSL-ZL-II型地址碼拉繩開關、跑偏開關，溜槽堵塞檢測器等保護裝置，未能考慮設備的集成性、可靠性和抗干擾性，在運行過程中出現了多個拉繩、跑偏開關同時動作產生的地址碼混亂現象。建議將拉繩開關和跑偏開關地址碼功能拆除，避免控制線之間與印刷電路板搭接或因洞內潮濕等引起短路現象，從而產生誤動作。分別用其常開接點和常閉接點，利用凸輪轉動實現膠帶機出現故障時，操作人員可在輸送機的任何部位拉動拉繩開關，動作后，自鎖并發(fā)出報警信號，并可使本帶式輸送機及其上游的設備均停機。此外，當發(fā)出開車信號后，如現場不允許開車時，也可以拉動開關，禁止帶式輸送機啟動，避免發(fā)生設備和人身事故等功能和膠帶跑偏自動報警和停機功能，從而避免了由于誤動作及短路造成的非正常停機。

（4）溜槽堵塞檢測器用于檢測帶式輸送機的頭部漏斗或下料溜槽內是否發(fā)生堵塞。當溜槽內發(fā)生堵塞時，立即發(fā)出警報和停機信號，立即停機，以防事故發(fā)生?？墒窃趯嶋H操作中根本不能解決機頭下料溜槽堵塞問題，因長距離膠帶機為可控延時停機，即使在下料溜槽發(fā)生堵塞時發(fā)出了報警信號并立即停機，可是膠帶在延時40秒后才能完全停止，機頭下料溜槽還是照樣堵料。建議不設或取消溜槽堵塞檢測器。

經過一年多的運行，輸送系統在運行管理過程中通過不斷完善和技術創(chuàng)新，有效地解決了膠帶跑偏、磨損、粘膠等疑難問題。實現了運行管理人員可在主控室內完成對系統的監(jiān)測管理，實時掌握系統設備運行狀況，并能及時發(fā)現和排除事故隱患，對減少事故率及安全、可靠、經濟運行提供了保障。

5結語

龍灘水電站大壩混凝土生產所需的成品砂石料送系統中長距離膠帶機是我國水電行業(yè)迄今為止第一條單機最長（4km）、自動化控制程度最高的帶式輸送機系統。系統中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在現場和各機電設備上，給控制系統的設計與安裝帶來一定的難度。要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC設計廠家選擇成熟、性能穩(wěn)定的商用軟件；另一方面，要求安裝、運行和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題。成品砂石料輸送系統投入運行一年多未發(fā)生設備異常故障，從運行情況看，可滿足連續(xù)運輸要求。國內水電行業(yè)專家在對輸送系統進行現場考察后，認為龍灘長距離膠帶運輸系統在水電施工行業(yè)中首次應用，成功解決了遠距離輸送砂石料的難題，為今后類似工程遠距離輸送物料積累了經驗,在水電行業(yè)將會有廣闊的應用前景。

（注：本文撰寫中參考了長距離膠帶機系統的有關圖紙、資料及有關設備廠家的技術資料）

作者簡介：

王亞軍（1966），男，江蘇阜寧人，工程師，中國設備監(jiān)理協會會員，長峽龍灘工程建設監(jiān)理部設備監(jiān)理工程師

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