砂石加工系统自动化监控研究

朱琼凤 刘 荔

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 砂石加工系统自动化监控研究的意义

自国内采用人工砂石料作为混凝土骨料修建大型水电站以来，人工骨料加工系统的生产规模越来越大，系统自动控制方面也日趋完善、先进。从早期传统的继电器常规控制，到目前的PLC+计算机自动控制系统，控制系统不断朝着更经济、更稳定、更方便的方向发展。砂石加工系统自动化的进步与发展，对提高人工砂石系统的生产能力和砂石料产品的质量、降低生产成本，起着积极的推动作用。

2 依托工程砂石加工系统自动化控制应用情况研究

2.1 三峡下岸溪人工砂石系统

三峡下岸溪人工砂石系统无论是在混凝土总量，还是混凝土最高年强度或者平均月强度，都为世界首位。三峡下岸溪砂石系统作为目前世界上最大的砂石系统，其控制范围之广、控制的设备数量、种类之多，工艺流程的复杂程度、参与控制的继电器数量，都居世界之首位。以往的常规控制、管理方式已无法满足生产的需求，如何提高系统的自动化控制水平，使系统设备发挥最大的潜能，是当时须研究解决的一大课题。

在此之前，砂石系统的电气控制一直采用传统的继电器控制系统，控制系统以继电器为主要转换元件，这类控制存在着以下弊端：

（1）这些控制元件经常工作在长期磨损和疲劳工作条件下，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。

（2）因安装的控制元件很多，其控制柜庞大而笨重。在全负荷运载的情况下，继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。

（3）信号的传输主要是依靠电线和控制电缆，传输速度慢。

（4）控制系统的安装、调试周期长，手工接线的工作量很大。且工艺修改很不方便，一般简单的改动，也需要花费大量时间及人力去修改图纸和盘柜内的线路。

（5）由于使用了大量的中转继电器，常常因触点接触不良而出现故障。这些弊端已成为制约下岸溪人工砂石系统生产的最大障碍。

为了使三峡下岸溪人工砂石系统不仅仅只是在规模上列入世界最大的砂石加工系统，还要让它在生产技术上也居于世界领先水平。我们决定采用PLC+工业计算机监控系统取代老式继电器控制方式。

下岸溪砂石系统工业计算机监控系统是一个采用HS2000中型分布式控制系统，它以管理协调网MNET、系统网络SNET和控制网络CNET为基础挂接不同的设备组成。

●管理协调网MNET：通过网关与下岸溪管理网（MⅠSS）通信。

●系统网络SNET：它完成由Ⅰ/O现场控制站向操作员站的数据传送，各Ⅰ/O现场控制站之间的数据传递，操作员站和工程师站向现场Ⅰ/O控制站的组态数据和控制指令的传递，保持各操作员站之间的数据的一致性。

●工程师站：它作为值班长站，进行全程监控，完成系统组态、程序开发、数据库及画面编辑和修改工作。

●操作员站：它通过专用工业键盘及轨迹球，调用并显示由工程师站及现场控制站传送过来的实时数据和图形，并可实施控制调节、趋势显示、报警管理、报表管理和系统运行状态监视等功能。

●Ⅰ/O现场控制站：它主要根据工程师站的数据和控制算法，完成信号的采集、转换、各种控制算法、梯形图算法、计算公式及现场控制输出等功能。

●通信站和网关：与PLC和管理协调网通信，并接受操作员站的操作指令，实现系统一体化的控制和管理。

●控制网络CNET：采用现场总线，即各个Ⅰ/O组件之间各组件内部的各模件之间的数据联系采用网络通信。

下岸溪砂石系统工业计算机监控系统对所辖设备进行顺序控制；对成品加工系统系统的大型破碎设备的油压、油温、轴温和55KW以上电机的电流、温升及所有设备的运行时间进行监控；自动对所有数据进行处理，并输出到管理网。

通过下岸溪工业计算机监控系统安装前后的运行情况对比：采用了先进的控制技术后，更好地提高了设备的利用率，为企业带来了可观的经济效益和社会效益。使管理上了一个新的台阶，此次革新填补了水电行业人工砂石系统计算机应用的空白。

2.2 云南省向家坝水电站马延坡计算机监控系统

向家坝水电站人工砂石系统由太平料场及大湾口半成品加工区、马延坡成品加工区以及长距离带式输送机输送线三部分组成。系统设计处理能力为3200t/h，生产能力为2600t/h，主要承担主体工程约1221万m3混凝土所需骨料的供应任务。

向家坝马延坡砂石系统建于2007年。计算机监控系统设有5个PLC站点，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，半成品加工区和成品加工区各配置上位机操作站1台。

（1）向家坝马延坡计算机监控系统基本特点。

●由多个相互独立的生产单元系统组成大系统；

●生产线上受控设备数量多种类多，分布面积广；

●生产过程中可在线灵活投入或切除某些并列生产线或生产设备；

●以逻辑控制和顺序控制为主的开环控制；

●控制过程本身具有层次性和可分割性；

●要求控制精度高、时间响应快；

●控制程序能根据工艺要求灵活可变；

PLC站点间采用光纤以太网进行连接。利用工业计算机和PLC构成分层分布式控制系统。

由于系统设备较多，关联设备多，工艺较为复杂，因此，在上位机间和PLC间建立双层系统的网络通讯，一旦系统上位机发生故障，还可通过PLC间保证各个站点间的数据通讯，保持系统运行的完整性。

对该系统中的操作界面我们进行全新的设计，除了以往系统中所包含的操作、动态流程、报警、报表等通用功能外，增加了人机对话界面，使得现场的运行更加合理可靠。太平料场骨料输送线（从太平料场到延坡砂石加工系统之间）采用长距离带式输送机输送半成品骨料。长距离胶带机共有5条，总长31.067km，输送线的输送能力为3000t/h。

太平料场骨料输送线监控系统共设5个现地PLC系统，控制网络采用冗余工业以太网。网络交换机配置7台，分别设置在7个配电站内。通过以太网，实现对整个系统的监控管理。

中央控制室设在B5带式输送机的头部配电站内，由3台监控管理计算机和一套工业电视系统组成，是整个系统的控制中心，实现对整个系统的监视、操作、运行记录等。

（2）太平料场骨料输送线设备运行控制功能。

●通过中央控制室对5条长距离带式输送机实现集中控制，每条带式输送机驱动装置附近均设有PLC控制室。具有可靠方便的通讯手段。

●每条带式输送机的主电机均具有多台电机功率平衡功能。

●具有带式输送机沿线急停、跑偏保护、撕裂保护、打滑保护、堵塞保护、温度保护以及主电机、制动器、自动张紧装置、可控起动装置等的电气保护。

●采用自动液压拉紧装置，每条带式输送机的拉紧装置与该带式输送机的控制系统实现自动闭锁。

●可实现输送线沿线隧洞内的照明与通风装置就地控制及遥控。

●变（配）电站内所有电气设备的运行状态参数、保护信息能传送至“三遥”系统（遥控、遥测、遥信）和中央控制室。

●带式输送机输送线起动时具有沿线声光报警功能，沿线每隔100m设置1个光信号点、配置1部扩音电话，每部电话都能通过通讯接口实现与沿线扩音电话的连接功能。

●电气控制系统具有整条输送线故障性质及故障位置显示功能。

3 结 语

经过10多年的实践与探索，PLC＋计算机监控系统已经在人工砂石加工系统得到了成功应用，大幅度节约了能源，改善了工作环境，降低了劳动强度，提高了生产效率。自动控制技术不仅在智能化、网络化方面日趋先进，也在管理控制一体化方面发挥了很大的作用，对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理，形成一个意义更广泛的综合管理系统，增强了企业竞争力。在保障运行安全的前提下，获取最大的经济效益，使系统在可靠性、先进性、适应性、节能环保等多方面达到完美的统一。