安谷水電站砂石加工系統(tǒng)PLC 控制技術(shù)的自主設(shè)計(jì)與應(yīng)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(tǒng)采用天然料篩分與人工破碎并重的生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)毛料處理能力為1200 t/h，成品料生產(chǎn)能力為880 t/h，主要承擔(dān)廠壩樞紐土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程總計(jì)約214萬m3混凝土所需的骨料供應(yīng)任務(wù)。為節(jié)約工程成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，安谷水電站砂石加工系統(tǒng)采用了自主設(shè)計(jì)的PLC控制技術(shù)。

2 控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與組成

2.1 控制系統(tǒng)的技術(shù)要求

(1)篩分流程。

要求膠帶機(jī)、圓振動篩、洗砂機(jī)、脫水篩等設(shè)備在啟動時上、下級設(shè)備間相互聯(lián)鎖，依次逆料流方向延時啟動，啟動時間根據(jù)膠帶機(jī)和設(shè)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(yīng)設(shè)備。

(2)破碎流程。

中碎和細(xì)碎車間的破碎機(jī)作為大型設(shè)備首先啟動運(yùn)行，具備該條件后，破碎線中的其他膠帶機(jī)、圓振動篩、洗砂機(jī)、脫水篩則逆料流方向延時聯(lián)鎖啟動。停止時，順料流方向延時停止，破碎機(jī)應(yīng)在其他設(shè)備確認(rèn)停止后停機(jī)。

(3)制砂流程。

制砂流程應(yīng)先啟動制砂車間的制砂機(jī)，待制砂機(jī)啟動后，再逆料流方向延時連鎖啟動其他的設(shè)備;停止時，先停止其他設(shè)備，后停止制砂機(jī)，即制砂機(jī)遵循“先啟后?！钡脑瓌t。

(4)其他技術(shù)要求。

現(xiàn)場應(yīng)滿足“現(xiàn)地手動”、“遠(yuǎn)方自動”的控制方式。在設(shè)備維護(hù)階段，能夠轉(zhuǎn)換至現(xiàn)地方式，滿足現(xiàn)地設(shè)備檢修;在系統(tǒng)運(yùn)行中若出現(xiàn)特殊狀況，能夠轉(zhuǎn)換至現(xiàn)地手動方式或按動事故閘刀停止相應(yīng)設(shè)備，且上級聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)立即響應(yīng)停止。

控制系統(tǒng)應(yīng)能對系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，且能對主要設(shè)備的負(fù)荷情況進(jìn)行采集和反饋。考慮到后期系統(tǒng)的改進(jìn)和設(shè)備的增減，控制系統(tǒng)應(yīng)能隨之靈活改進(jìn)，以適應(yīng)工藝流程的變化。同時，系統(tǒng)應(yīng)能安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行，便于維護(hù)和檢修，滿足系統(tǒng)生產(chǎn)要求。

2.2 控制系統(tǒng)的組成

控制系統(tǒng)由上位機(jī)(WINCC 服務(wù)器)和下位機(jī)(PLC 程控系統(tǒng)，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(shè)備有1臺上位機(jī)、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(jī)主要實(shí)現(xiàn)砂石加工系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)時過程監(jiān)控、故障報警和主要設(shè)備電流的采集、反饋和歸檔功能。下位機(jī)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)砂石系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)見圖1、2。

圖1 1#配電所PLC 控制室硬件組態(tài)圖

圖2 2#配電所PLC 控制室硬件組態(tài)圖

在1#配電所PLC 集中控制室中，上位機(jī)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，同時通過連接電流傳感器和數(shù)顯表采集S5#、S6#、S10#、S16#、S17#和S23#膠帶機(jī)，中碎車間S3800破碎機(jī)、細(xì)碎車間HP300破碎機(jī)以及6臺洗砂機(jī)的負(fù)荷電流;PLC程控主要控制預(yù)篩分圓振動篩，第一、三篩分車間洗砂機(jī)、圓振動篩和脫水篩，中碎和細(xì)碎車間破碎機(jī)以及相互關(guān)聯(lián)的膠帶機(jī)?？刂瞥绦蚍譃椤昂Y分調(diào)用”和“破碎調(diào)用”?！昂Y分調(diào)用”主要針對篩分線，控制預(yù)篩分車間1#、2#圓振篩，第一篩分車間圓振篩、洗砂機(jī)和脫水篩，以及S3#～S10#、S16#～S19#、S24#～S29#和S37#～S39#膠帶機(jī)等設(shè)備?！捌扑檎{(diào)用”主要針對破碎線，實(shí)現(xiàn)對中碎車間2臺S3800破碎機(jī)、細(xì)碎車間2臺HP300破碎機(jī)、S13#～S15#、S18#～S20#、S23#～S29#、S37#～S39#膠帶機(jī)、第三篩分車間圓振動篩、洗砂機(jī)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(chǎn)部分，控制S30#～S32#、S32-1#、S33#～S35#膠帶機(jī)、第二篩分車間圓振動篩，制砂車間2臺巴馬克B8100制砂機(jī)和1臺VS1500A制砂機(jī)等設(shè)備。

2.3 系統(tǒng)控制方式

安谷水電站砂石加工系統(tǒng)的控制方式分為集中、遠(yuǎn)方和現(xiàn)地控制。集中控制方式即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)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(gòu)成，負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)鎖運(yùn)行;遠(yuǎn)方控制方式在1#、2#配電所配電柜操作面板實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備;現(xiàn)地控制方式主要是在現(xiàn)場對設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制，方便工作人員實(shí)施檢修和維護(hù)。

3 自主設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性

通過對安谷水電站砂石加工系統(tǒng)PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，對控制系統(tǒng)進(jìn)行了很大的改進(jìn)和優(yōu)化，提高了該系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、高效性和適應(yīng)性。

3.1 安全性

在以往的砂石加工系統(tǒng)工程項(xiàng)目中的PLC程序編程中，膠帶機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備的啟停多采用置位復(fù)位指令實(shí)現(xiàn)(圖3)。該程序段在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)下述問題:電力系統(tǒng)如果因瞬時故障造成砂石加工系統(tǒng)全線停機(jī)后突然來電，PLC 則重新進(jìn)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(tài)，則系統(tǒng)會突然啟動，不僅會造成大量設(shè)備故障，還會威脅到工作人員的人身安全。

圖3 置位復(fù)位實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的PLC 控制系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)時，結(jié)合以往工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了編程，對膠帶機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備的啟停采用新的設(shè)計(jì)方式:即取消置位復(fù)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(shí)現(xiàn)(圖4)。改進(jìn)后的PLC 程序，保證了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)對突發(fā)瞬時停電事故的能力，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

3.2 高效性

安谷水電站砂石加工系統(tǒng)在PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)地安裝有“現(xiàn)地轉(zhuǎn)換開關(guān)”和事故閘刀，轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)置“單開”和“聯(lián)鎖”兩檔?！皢伍_”位置方便工作人員現(xiàn)場檢修維護(hù)設(shè)備及運(yùn)行中停車;“聯(lián)鎖”位置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)備與上下級設(shè)備之間的聯(lián)鎖運(yùn)行(即進(jìn)入PLC 自動控制下運(yùn)行)。該控制方式下，在系統(tǒng)運(yùn)行中，現(xiàn)場工作人員可以根據(jù)需要切換運(yùn)行方式。當(dāng)檢修或故障處理完成后，事故閘刀和轉(zhuǎn)換開關(guān)復(fù)位(切至“聯(lián)鎖”檔)，設(shè)備及其聯(lián)鎖的設(shè)備即可立即延時進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)。改進(jìn)后的控制方式極大地方便了現(xiàn)場維護(hù)人員，避免了中控室遠(yuǎn)程恢復(fù)自動運(yùn)行的繁復(fù)和不安全因素，較大程度地提高了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率。

圖4 改進(jìn)后的設(shè)備啟/停方式示意圖

3.3 適應(yīng)性

安谷水電站砂石加工系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用自主設(shè)計(jì)和安裝，較類似工程PLC 控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。

(1)PLC 控制系統(tǒng)的自主設(shè)計(jì)與安裝。

通過對PLC 控制技術(shù)進(jìn)行自主設(shè)計(jì)和應(yīng)用，能夠很輕松地應(yīng)對工程后期的維護(hù)和故障檢修，對于控制系統(tǒng)故障，能夠很快地分析出其產(chǎn)生的原因并進(jìn)行處理。PLC 編程充分考慮了以往工程項(xiàng)目中出現(xiàn)的各種問題，并很好地征詢了現(xiàn)場工作人員對電氣系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)提出的各種要求，真正地結(jié)合了項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行程序的編寫。例如，安谷水電站砂石加工系統(tǒng)S23#膠帶機(jī)由于負(fù)荷較大，要求在下線5#、6#振動篩切換至“現(xiàn)地”檔后，S23#膠帶機(jī)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(yīng)系統(tǒng)工藝流程的改進(jìn)。

圖5 改進(jìn)后的S23#膠帶機(jī)程序段示意圖

安谷水電站砂石加工系統(tǒng)PLC 控制系統(tǒng)由于實(shí)施了自主設(shè)計(jì)和安裝，程序的編寫充分結(jié)合了工程項(xiàng)目實(shí)際，能夠很好地適應(yīng)系統(tǒng)工藝流程的變化和改進(jìn)。

系統(tǒng)在后期的運(yùn)行維護(hù)中，可能會出現(xiàn)因?yàn)橄到y(tǒng)生產(chǎn)能力需要提高或工藝流程需要改進(jìn)，進(jìn)而增加破碎機(jī)、洗砂機(jī)、膠帶機(jī)等設(shè)備，也有可能根據(jù)實(shí)際要求某些設(shè)備退出生產(chǎn)運(yùn)行。針對這些情況，以往類似工程項(xiàng)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(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)的要求。本系統(tǒng)由項(xiàng)目技術(shù)人員自主編寫程序并完成電氣安裝，工程技術(shù)人員能夠根據(jù)系統(tǒng)后期工藝流程的變化，在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，不斷地修改控制程序，進(jìn)而滿足系統(tǒng)正常穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

4 結(jié)語

通過對PLC 控制技術(shù)的自主設(shè)計(jì)和應(yīng)用，不僅節(jié)約了工程成本，而且使其更加符合工程實(shí)際，更能夠適應(yīng)系統(tǒng)后期工藝流程的改進(jìn)。目前，自主設(shè)計(jì)的PLC 控制系統(tǒng)在安谷水電站砂石加工系統(tǒng)中運(yùn)行穩(wěn)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(yīng)需求。

［1］廖常初，主編.S7-300/400PLC 應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］廖常初，主編.PLC 編程及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)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(xué)出版社，2004.