龍灘水電站長(zhǎng)距離膠帶機(jī)輸送系統(tǒng)PLC集中控制技術(shù)運(yùn)用

1、龍灘水電站長(zhǎng)距離膠帶機(jī)輸送系統(tǒng)PLC集中控制技術(shù)運(yùn)用    簡(jiǎn)介： 龍灘水電站長(zhǎng)距離膠帶機(jī)輸送系統(tǒng)，承擔(dān)大壩標(biāo)段混凝土總量約640萬(wàn)m3的成品砂石料運(yùn)輸任務(wù)。其中長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)是我國(guó)水電行業(yè)迄今為止的第一條單機(jī)最長(zhǎng)、自動(dòng)化程度最高帶式輸送機(jī)。該系統(tǒng)可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制，有效解決遠(yuǎn)距離傳輸膠帶機(jī)負(fù)荷大，電機(jī)功率大，特別是重載情況下起動(dòng)過(guò)程對(duì)電網(wǎng)沖擊大，電壓跌落嚴(yán)重，對(duì)機(jī)械設(shè)備和膠帶的損害大等問(wèn)題。與傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式相比較，該系統(tǒng)使用PLC控制器集中控制各膠帶機(jī)工作狀態(tài) ，且具有主要故障檢測(cè)和故障處理及保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)機(jī)旁無(wú)人值守，

2、從而使運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)、合理，高效和可靠。關(guān)鍵字：龍灘水電站 成品砂石料輸送 長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī) 計(jì)算機(jī)集中控制 1 概述     龍灘水電站大壩混凝土生產(chǎn)所需的成品砂石料輸送系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)輸送系統(tǒng)），由多條帶式輸送機(jī)組成，承擔(dān)龍灘大壩標(biāo)段混凝土總量約640萬(wàn)m3的成品砂石料運(yùn)輸任務(wù)。運(yùn)輸線中部擬用布置在隧洞內(nèi)（含跨越龍灘溝、那邊溝明段部分）的長(zhǎng)距離高速帶式輸送機(jī)輸送，設(shè)計(jì)輸送能力3000t/h，單機(jī)長(zhǎng)度約4Km ，運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式是在中央控制室通過(guò)PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)操作。     由于輸送系統(tǒng)使用PLC控制并采用CS

3、T可控起動(dòng)傳輸裝置起動(dòng)長(zhǎng)距離膠帶機(jī)，有效地解決了起動(dòng)沖擊問(wèn)題，大幅度降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊及對(duì)電機(jī)壽命的影響。另外，在機(jī)頭控制室設(shè)計(jì)一套集中監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)的集中控制和監(jiān)視，并增設(shè)通訊系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)處于受控狀態(tài)，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)地控制。2 集中控制系統(tǒng)技術(shù)方案    2.1 輸送系統(tǒng)控制對(duì)象及控制要求表1 成品砂石料輸送系統(tǒng)控制對(duì)象及控制要求表序號(hào)受控系統(tǒng)控制對(duì)象控制要求1    大法坪砂石料加工系統(tǒng)成品料堆場(chǎng)E系列（E1E4）膠帶機(jī)40臺(tái)振動(dòng)給料機(jī)的現(xiàn)地控制74臺(tái)電動(dòng)弧門(mén)的現(xiàn)地控制4臺(tái)膠帶機(jī)的現(xiàn)

4、地控制    實(shí)現(xiàn)本體和總體自動(dòng)控制    增加視頻監(jiān)控2長(zhǎng)距離膠帶機(jī)輸送系統(tǒng)1套施耐德QuantumPLC2套施耐德遠(yuǎn)程I/O20只現(xiàn)地控制箱4Km光纖以太網(wǎng)    實(shí)現(xiàn)總體自動(dòng)控制。增加視頻監(jiān)控,且不影響長(zhǎng)距離膠帶機(jī)CST控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。3308.5m混凝土拌和系統(tǒng)B系列（B1B6）膠帶機(jī)1套GE9030PLC1套上位計(jì)算機(jī)    實(shí)現(xiàn)總體自動(dòng)控制,且不影響308.5m混凝土拌和系統(tǒng)原有控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。4360m混凝土拌和系統(tǒng)

5、A系列（A05）膠帶機(jī)1套GE9030PLC1套上位計(jì)算機(jī)    實(shí)現(xiàn)總體自動(dòng)控制,且不影響360m混凝土拌和系統(tǒng)原有控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行    2.2 控制系統(tǒng)組成及功能    輸送控制系統(tǒng)參與集中控制的設(shè)備包括：（1）大法坪砂石加工系統(tǒng)成品砂石料堆場(chǎng)，堆場(chǎng)下設(shè)雙線廊道振動(dòng)給料機(jī)電動(dòng)弧門(mén)及E1E3和E2E4膠帶機(jī)；（2）長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)，40個(gè)預(yù)警電鈴、38組跑偏開(kāi)關(guān)、76組拉繩開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)及CST控制系統(tǒng)、膠帶自動(dòng)液壓拉緊裝置及機(jī)頭分料回轉(zhuǎn)斗等；（3）右岸360m混凝土拌和

6、系統(tǒng)膠帶機(jī)及6個(gè)儲(chǔ)料灌；（4）右岸308.5m混凝土拌和系統(tǒng)膠帶機(jī)及10個(gè)儲(chǔ)料灌。    控制系統(tǒng)配備有上位機(jī)（工控機(jī)）、下位機(jī)（PLC柜）和一套集中監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)該控制系統(tǒng)實(shí)行集中控制和監(jiān)視。系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分成中央控制級(jí)（CCL）和現(xiàn)地控制單元（LCU）兩級(jí)控制。主要完成大法坪砂石加工系統(tǒng)成品料堆場(chǎng)下設(shè)廊道4條膠帶機(jī)、74個(gè)弧門(mén)及40臺(tái)振動(dòng)給料機(jī)遠(yuǎn)程控制，與長(zhǎng)距離膠帶機(jī)系統(tǒng)及360m和308.5m混凝土拌和系統(tǒng)的接點(diǎn)聯(lián)系和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)輸送系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)控制。成品砂石料輸送系統(tǒng)控制流程見(jiàn)圖1 圖1 成品砂石料輸送系統(tǒng)控制流程簡(jiǎn)圖 

7、;   中央控制級(jí)設(shè)上位工控機(jī)和中央控制臺(tái)，上位工控機(jī)和中央控制臺(tái)設(shè)于長(zhǎng)距離膠帶機(jī)機(jī)頭控制室。中央控制級(jí)和各現(xiàn)地控制單元之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP10/100Mbps）開(kāi)放式總線相聯(lián)。上位工控機(jī)為輸送系統(tǒng)的控制中心，用來(lái)完成控制系統(tǒng)的監(jiān)控和管理任務(wù)，對(duì)所有受控設(shè)備進(jìn)行控制、監(jiān)視、遠(yuǎn)程操作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與現(xiàn)地控制級(jí)設(shè)備聯(lián)絡(luò)通訊。主要功能有： 1)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)的工藝流程、各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)值，存儲(chǔ)有關(guān)系統(tǒng)的主要運(yùn)行工藝參數(shù)值，進(jìn)行故障報(bào)警及處理；2)發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)工藝流程的起、停和設(shè)備單機(jī)的起停；3)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，輸出各種生產(chǎn)報(bào)表。 

8、;   中央控制臺(tái)主要安裝程控操作按鈕，在脫離上位機(jī)或上位機(jī)故障時(shí)使用，可通過(guò)按鈕控制各現(xiàn)地控制單元的運(yùn)行。    現(xiàn)地控制級(jí)包括3套現(xiàn)地控制單元（13LCU）（采用可編程序控制器+ 一體化工作站）及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，各現(xiàn)地控制單元通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)組成現(xiàn)地控制網(wǎng)，各現(xiàn)地控制單元作為總線網(wǎng)上的1個(gè)節(jié)點(diǎn)，除能獨(dú)立自動(dòng)完成監(jiān)控范圍內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行及數(shù)據(jù)采集、處理之外，也能通過(guò)現(xiàn)地控制單元上的手動(dòng)操作功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制現(xiàn)地設(shè)備的起、停。考慮到本系統(tǒng)受控設(shè)備分散，且距離較長(zhǎng)，為增加各相對(duì)獨(dú)立系統(tǒng)的可操作性和良好的人機(jī)溝通界面，各現(xiàn)地控制單元

9、同時(shí)設(shè)置一體化工作站（觸摸屏），與PLC共同組成各現(xiàn)地控制單元的控制核心。    受控設(shè)備機(jī)旁設(shè)現(xiàn)地控制箱（帶現(xiàn)地起動(dòng)柜的不設(shè)現(xiàn)地控制箱，現(xiàn)地控制功能由起動(dòng)柜完成），現(xiàn)地控制箱或現(xiàn)地起動(dòng)柜設(shè)遠(yuǎn)程/現(xiàn)地控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，遠(yuǎn)程控制時(shí)，設(shè)備由上位機(jī)（或中央控制臺(tái)）和現(xiàn)地控制單元控制；現(xiàn)地控制時(shí)，通過(guò)現(xiàn)地控制箱或現(xiàn)地起動(dòng)柜控制設(shè)備的單機(jī)起、停。    系統(tǒng)設(shè)電鈴信號(hào)，上位機(jī)或中控臺(tái)起動(dòng)或停止系統(tǒng)前能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)振鈴；現(xiàn)地控制單元起動(dòng)或停止本單元時(shí)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)本單元的振鈴；中控臺(tái)、現(xiàn)地控制單元盤(pán)柜、現(xiàn)地箱（或現(xiàn)地起動(dòng)柜）上均能實(shí)

10、現(xiàn)手動(dòng)發(fā)出各自范圍內(nèi)的振鈴信號(hào)。    主電機(jī)控制系統(tǒng)（CST 控制系統(tǒng)）受控設(shè)備包括：三臺(tái)主電機(jī)、三臺(tái)風(fēng)扇、三臺(tái)加熱器、和三臺(tái)冷卻泵等設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)（CST控制系統(tǒng)）控制操作分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式。手動(dòng)控制操作只有在調(diào)試和檢修時(shí)使用，正常運(yùn)行時(shí)，CST控制系統(tǒng)處于自動(dòng)控制方式。    （1）手動(dòng)控制方式:系統(tǒng)停機(jī)狀態(tài)下選擇手動(dòng)模式，手動(dòng)控制操作在CST控制箱上完成，選擇手動(dòng)操作的主電機(jī)、風(fēng)機(jī)或冷卻泵，對(duì)所選對(duì)象進(jìn)行起、?？刂撇僮?。    （2）自動(dòng)控制操作方式：取消

11、手動(dòng)模式狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)CST實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行控制。系統(tǒng)起動(dòng)命令發(fā)出后，當(dāng)系統(tǒng)具備起動(dòng)條件時(shí)自動(dòng)給出主電機(jī)起動(dòng)信號(hào)，或發(fā)出起動(dòng)允許信號(hào)由用戶(hù)進(jìn)行主電機(jī)的起?？刂啤ST起動(dòng)后，受自動(dòng)報(bào)警和故障保護(hù)。風(fēng)機(jī)的起停由系統(tǒng)根據(jù)油溫進(jìn)行自動(dòng)控制。PLC控制系統(tǒng)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(kāi)關(guān)量輸入模塊、繼電器觸點(diǎn)輸出模塊、420mA輸入模塊、420mA輸出模塊、高速計(jì)數(shù)模塊和通訊接口模塊等。長(zhǎng)距離膠帶機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)空負(fù)荷順序起動(dòng)，當(dāng)所有電機(jī)達(dá)到額定速度后，可控起動(dòng)裝置（CST）將起動(dòng)長(zhǎng)距離膠帶機(jī)運(yùn)行。其啟動(dòng)、停止流程見(jiàn)圖2：圖2 啟動(dòng)、停機(jī)順

12、序流程圖    啟動(dòng)操作：按“啟動(dòng)”按鈕，自動(dòng)控制設(shè)備按啟動(dòng)順序流程一步一步執(zhí)行，直到所有控制設(shè)備啟動(dòng)完畢。    停止操作：按“停止”按鈕，自動(dòng)控制設(shè)備按停機(jī)順序流程一步一步執(zhí)行，直到所有控制設(shè)備停止運(yùn)行。    根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況和相應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)PLC程序的主要的控制要點(diǎn)是設(shè)備的啟、停車(chē)順序控制，以及當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行故障設(shè)備的聯(lián)鎖安全控制及具有故障報(bào)警、處理、記錄等功能。    （1）啟、停車(chē)順序控制其依據(jù)的原則是：

13、輸送設(shè)備采用逆料流方向逐臺(tái)啟動(dòng)，順料流方向逐臺(tái)停機(jī)（逆料流起動(dòng)是指在工藝流程上有直接銜接關(guān)系的設(shè)備在起動(dòng)時(shí)按逆料流方向依次延時(shí)起動(dòng)。順料流停車(chē)是指在工藝流程上有直接銜接關(guān)系的設(shè)備在停止時(shí)按順料流方向依次延時(shí)停車(chē)。），當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中某臺(tái)設(shè)備因故障停機(jī)時(shí)來(lái)料方向所有輸送設(shè)備及時(shí)停機(jī)，去料方向設(shè)備待物料輸送完畢后按正常方式停機(jī)。輸送設(shè)備及各個(gè)子系統(tǒng)的聯(lián)鎖啟/停時(shí)間可在上位機(jī)上進(jìn)行設(shè)定和修改，確保系統(tǒng)啟動(dòng)正常。系統(tǒng)正常啟動(dòng)為空載啟動(dòng)。    設(shè)備延時(shí)起動(dòng)的延時(shí)時(shí)間可取515秒，具體時(shí)間視按順序連續(xù)起動(dòng)的設(shè)備的起動(dòng)時(shí)間確定；延時(shí)停機(jī)的延時(shí)時(shí)間根據(jù)設(shè)備卸空物料所需

14、的時(shí)間確定。    （2）控制系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，則控制程序會(huì)立即關(guān)閉自故障起所有來(lái)料方向的設(shè)備（稱(chēng)為故障設(shè)備聯(lián)鎖控制）。上位機(jī)的顯示器立即調(diào)出故障設(shè)備所在位置的流程畫(huà)面，并以閃爍的聲光指示報(bào)警。同時(shí)進(jìn)行故障發(fā)生的時(shí)間、故障記錄、存儲(chǔ)打印等處理工作。    （3）為保證整個(gè)輸送系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，該監(jiān)控系統(tǒng)具備上位機(jī)自動(dòng)和手動(dòng)、下位機(jī)（PLC）的自動(dòng)和手動(dòng)控制方式，且不影響長(zhǎng)距離膠帶輸送機(jī)及360m混凝土拌和系統(tǒng)和308.5m混凝土拌和系統(tǒng)的原有控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這些裝置都通過(guò)電氣控

15、制系統(tǒng)聯(lián)接到控制室進(jìn)行集中控制。    控制系統(tǒng)能監(jiān)控整個(gè)輸送系統(tǒng)受控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能識(shí)別設(shè)備是否運(yùn)行；是在現(xiàn)地控制狀態(tài)還是遠(yuǎn)程控制狀態(tài)；是否過(guò)載。如全系統(tǒng)和各現(xiàn)地控制單元的起、停、急停、復(fù)位等信號(hào)指示。    為了清晰地觀察現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況,可通過(guò)視頻監(jiān)視實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送系統(tǒng)提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)視圖像信息。    故障處理：在啟動(dòng)過(guò)程和正常運(yùn)行時(shí)，如發(fā)生設(shè)備故障、跑偏、拉繩、帶速超速、撕裂、堵塞故障時(shí)，自動(dòng)控制運(yùn)行設(shè)備立即停機(jī)，同時(shí)，在控制操作臺(tái)上顯示故障信號(hào)，便于操作人員檢修處理。3

16、控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造與控制方式    根據(jù)遠(yuǎn)距離輸送的特點(diǎn)，長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)控制設(shè)備分別由機(jī)頭和機(jī)尾的10KV供電系統(tǒng)供電。為了保證控制系統(tǒng)的可靠性，機(jī)頭設(shè)有兩路（一用一備）10KV供電系統(tǒng)，由于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)由三臺(tái)高壓主電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在機(jī)頭設(shè)計(jì)一套高壓供電系統(tǒng)和低壓配電系統(tǒng)；在機(jī)尾設(shè)計(jì)一套低壓配電系統(tǒng)；控制系統(tǒng)由1個(gè)PLC控制站及其4個(gè)遠(yuǎn)程控制站組成，通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，通訊介質(zhì)采用光纜，完成整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、交換和控制，5個(gè)控制站分別安裝在機(jī)頭、機(jī)尾和長(zhǎng)距離輸送機(jī)的中部位置?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖3 圖3 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖   

17、 3.1 PLC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(shí)現(xiàn)以態(tài)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)交換任務(wù)，包括PLC控制站控制信號(hào)發(fā)送到1#遠(yuǎn)程控制站，1#遠(yuǎn)程控制站的就地控制信號(hào)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(shè)備的控制任務(wù)。（3）1#遠(yuǎn)程控制程序（control_1）：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)1#遠(yuǎn)程控制站控制設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。（4）2#遠(yuǎn)程控制程序（control_2）：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)2#遠(yuǎn)程控制站控制設(shè)備的遠(yuǎn)程控。（5）顯示程序（display）：主要完成各種控制設(shè)備狀態(tài)信號(hào)、故障信號(hào)等在主控室控制操作上顯示任務(wù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視。3.2 遠(yuǎn)程控制站遠(yuǎn)程控制站包括1#4#遠(yuǎn)程控制站。1#4#遠(yuǎn)程控制站控制程序包括：（）通訊程序（transmit）：主要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)交換任務(wù)（包括接收PLC控制站控制命令和將本控制站控制數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程給PLC控制站）。(）控制程序（control）：主要完成本地控制設(shè)備的控制任務(wù)。    1#4#遠(yuǎn)程控制站分別安裝在長(zhǎng)距離膠帶機(jī)前中部、中部、后中部及尾部，主要完成長(zhǎng)距離膠帶機(jī)跑偏和拉繩保護(hù)信號(hào)采集，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給PLC控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、判斷，控制長(zhǎng)距離膠帶機(jī)的運(yùn)行