林智勇，王月芳

(湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

電廠(chǎng)管帶機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

林智勇，王月芳

(湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

從管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)組成、控制邏輯、保護(hù)元件動(dòng)作要求和數(shù)據(jù)監(jiān)控等方面，介紹了一種基于PLC的管帶機(jī)控制系統(tǒng)。

管帶機(jī)；控制系統(tǒng)；PLC；SPIDER。

1 管狀帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀

管狀帶式輸送機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)管帶機(jī))由日本JPC公司于1964年提出， 20世紀(jì)70年代末進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，并通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐，已基本形成了設(shè)計(jì)理論和產(chǎn)品系列。由于它具有密閉輸送物料、可實(shí)現(xiàn)空間曲線(xiàn)布置、大傾角輸送等幾個(gè)方面特點(diǎn)，給帶式輸送機(jī)技術(shù)帶來(lái)了革命性的變革，發(fā)展十分迅速，先后已向12個(gè)國(guó)家和地區(qū)轉(zhuǎn)讓了此項(xiàng)技術(shù)。我國(guó)在20世紀(jì)90年代引進(jìn)了管狀帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，開(kāi)始了管帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)制造工作，并為電力、化工、煤炭等行業(yè)提供了多條管帶機(jī)。

在大唐華銀金竹山電廠(chǎng)擴(kuò)建工程中，采用四川省自貢運(yùn)輸機(jī)械有限公司生產(chǎn)的管帶機(jī)進(jìn)行輸灰，這也是湖南省內(nèi)電廠(chǎng)第一次采用管帶機(jī)進(jìn)行輸灰。

圖1 管帶機(jī)頭部(轉(zhuǎn)運(yùn)站側(cè))

圖2 管帶機(jī)尾部(灰?guī)靷?cè))

該工程管帶機(jī)頭尾均為室內(nèi)布置，頭部(包括驅(qū)動(dòng)裝置)布置于廠(chǎng)外灰場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)(圖1)，尾部布置在廠(chǎng)內(nèi)灰?guī)煜路?圖2)，主要功能是把通過(guò)濕式攪拌機(jī)調(diào)濕的灰從廠(chǎng)區(qū)送至山凹中的貯灰場(chǎng)。整個(gè)管帶機(jī)控制系統(tǒng)由湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)，一次性通過(guò)調(diào)試運(yùn)行成功。

2 管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置介紹

管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置采用瑞典赫格隆(H?GGLUNDS)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒、三臺(tái)液壓馬達(dá)、兩套動(dòng)力站及SPIDER液壓控制系統(tǒng)組成。赫格隆液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括三臺(tái)主油泵電機(jī)、油箱、油泵等組成的動(dòng)力站及低速大扭矩液壓馬達(dá)。其中一臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒兩端配裝兩臺(tái)液壓馬達(dá)，另一臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒兩端配裝一臺(tái)液壓馬達(dá)及一臺(tái)逆止器。

圖3為瑞典赫格隆(H?GGLUNDS)液壓動(dòng)力站內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖3 瑞典赫格隆(HA GGLUNDS)液壓動(dòng)力站

整個(gè)管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括以下電氣供電：

⑴3臺(tái)200 kW 主電機(jī)，需要普通電源，3路380 VAC，50 Hz，3相。

⑵1臺(tái)油箱加熱器，需要普通電源，1.5 kW，1路380 VAC，50 Hz，3相。

⑶1臺(tái)控制器電源，需要1路保安電源220V AC，5A。

⑷3臺(tái)5.5 kW風(fēng)冷冷卻器電機(jī)，需要普通電源，3路380VAC，50Hz，3相。

⑸1臺(tái)沖洗電機(jī)，需要普通電源，5.5 kW，1路380 VAC，50 Hz，3相。

3 控制系統(tǒng)介紹

管帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用MODICON QUANTUM系列產(chǎn)品，配置相應(yīng)的IO模塊及通訊模塊，雙網(wǎng)冗余，光纖連接進(jìn)入灰網(wǎng)。在電廠(chǎng)試運(yùn)和生產(chǎn)過(guò)渡期間，灰場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)設(shè)一上位機(jī)操作員站，實(shí)現(xiàn)對(duì)管帶機(jī)系統(tǒng)的就地監(jiān)控和運(yùn)行操作。由于它通過(guò)光纖連接進(jìn)入灰網(wǎng)，灰網(wǎng)又接入輔控網(wǎng)，實(shí)際上管帶機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)就地、灰網(wǎng)及輔控三級(jí)控制與監(jiān)視。

管帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)在管帶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，接收相關(guān)保護(hù)檢測(cè)元件信號(hào)，通過(guò)管帶機(jī)電氣控制柜，SPIDER液壓控制系統(tǒng)對(duì)管帶機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

整套管帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)還包括如下配套元件、電氣控制柜及液壓控制系統(tǒng)：

⑴保護(hù)元件：在機(jī)頭機(jī)尾設(shè)置跑偏開(kāi)關(guān)，檢測(cè)皮帶跑偏；機(jī)頭設(shè)置物料傾斜開(kāi)關(guān)，檢測(cè)落料口堵料；在機(jī)尾設(shè)置撕裂開(kāi)關(guān)，檢測(cè)皮帶撕裂；沿途安裝20個(gè)拉繩開(kāi)關(guān)，分為10組，運(yùn)行人員沿途巡查發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)拉繩開(kāi)關(guān)給PLC發(fā)迅緊急暫停。

⑵報(bào)警元件：從干灰?guī)熘粱覉?chǎng)沿線(xiàn)設(shè)置20個(gè)電鈴報(bào)警，電鈴設(shè)計(jì)為可同時(shí)在灰場(chǎng)值班室上位機(jī)和灰場(chǎng)值班室內(nèi)就地按鈕兩種操作方式。當(dāng)要啟動(dòng)管帶機(jī)時(shí)，通過(guò)電鈴報(bào)警，通知管帶機(jī)沿線(xiàn)值班巡視人員即將啟動(dòng)管帶機(jī)。管帶機(jī)全長(zhǎng)1384 m，20個(gè)電鈴沿途等間距均布，置于管帶機(jī)上方，共分為兩組配電，每組電鈴10個(gè)。

⑶管帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)配有4個(gè)電氣控制柜，其中1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)電氣柜中自帶軟啟動(dòng)器及旁路接觸器分別控制3臺(tái)主油泵電機(jī)，4號(hào)柜分別控制油箱加熱器、風(fēng)冷電機(jī)及沖洗電機(jī)。

⑷瑞典赫格隆SPIDER液壓控制系統(tǒng)：接收PLC的指令，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括液壓馬達(dá)調(diào)速，對(duì)4號(hào)電氣控制柜中設(shè)備啟停。在油箱溫度超溫時(shí)，SPIDER控制系統(tǒng)啟動(dòng)風(fēng)冷電機(jī)，液壓馬達(dá)出口部分油進(jìn)入風(fēng)冷電機(jī)進(jìn)行風(fēng)冷再生；油箱溫度過(guò)低時(shí)，啟動(dòng)電加熱器對(duì)油進(jìn)行加熱。液壓馬達(dá)上裝有一測(cè)速編碼器，SPIDER控制系統(tǒng)接收馬達(dá)轉(zhuǎn)速，可由PLC選擇開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速。

3.1 管帶機(jī)控制系統(tǒng)控制邏輯

⑴啟動(dòng)過(guò)程

①PLC向SPIDER發(fā)出沖洗電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)；②SPIDER向液壓站4號(hào)電控柜給出沖洗電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)；③液壓站4號(hào)電控柜向PLC和SPIDER給出沖洗電機(jī)運(yùn)行信號(hào)；④PLC收到?jīng)_洗電機(jī)運(yùn)行信號(hào)后，延時(shí)5 min，PLC發(fā)出1＃主電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)信號(hào)；⑤1＃主電動(dòng)機(jī)軟啟器旁路運(yùn)行后，依次延時(shí)1 min啟動(dòng)2＃、3＃主電動(dòng)機(jī)；⑥三臺(tái)主電動(dòng)機(jī)均旁路運(yùn)行后，SPIDER向PLC發(fā)出液壓動(dòng)力站已準(zhǔn)備好信號(hào)；⑦延時(shí)1-2 min后，PLC向SPIDER給出1個(gè)液壓馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)；⑧SPIDER反饋給PLC液壓馬達(dá)已啟動(dòng)信號(hào)，作為PLC與SPIDER的液壓馬達(dá)啟動(dòng)握手信號(hào)。PLC收到握手信號(hào)后，進(jìn)行液壓馬達(dá)提速；⑨PLC發(fā)出速度指令信號(hào)，SPIDER按速度開(kāi)始起動(dòng)；可一次提速至100%，也可分步完成。

⑵正常停機(jī)

①PLC發(fā)出降速指令；②液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速為零后皮帶機(jī)停止，再延時(shí)1 min，PLC停止3臺(tái)主電動(dòng)機(jī)和沖洗電機(jī)；

⑶ 液壓系統(tǒng)內(nèi)部故障緊急停機(jī)

①液壓系統(tǒng)內(nèi)部故障時(shí)，SPIDER直接將三臺(tái)主電機(jī)和沖洗電機(jī)停止；②同時(shí)，SPIDER發(fā)出1個(gè)緊急停機(jī)信號(hào)給PLC，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，運(yùn)行人員應(yīng)盡快排除故障。

⑷PLC要求緊急事故停機(jī)

①PLC給出緊急事故停機(jī)信號(hào)；②液壓系統(tǒng)停止液壓馬達(dá)，不停止主電機(jī)和沖洗電機(jī)；③事故原因查明并排除后，給出相關(guān)速度指令，啟動(dòng)液壓馬達(dá)；④事故較為嚴(yán)重時(shí)，PLC發(fā)出指令，停止沖洗電機(jī)和主電機(jī)；⑤電氣故障造成1臺(tái)主電動(dòng)機(jī)停機(jī)，PLC檢測(cè)到某臺(tái)主電動(dòng)機(jī)電流為零時(shí)，按正常程序停止液壓馬達(dá)，再停止其它兩臺(tái)主電機(jī)和沖洗電機(jī)。

3.2 管帶機(jī)保護(hù)元件動(dòng)作要求

⑴管帶機(jī)上保護(hù)元件：

機(jī)頭，輕度和重度跑偏開(kāi)關(guān)各2個(gè)；

機(jī)尾，輕度和重度跑偏開(kāi)關(guān)各2個(gè)；

機(jī)頭，轉(zhuǎn)速監(jiān)控器1個(gè)；

機(jī)頭，物料傾斜開(kāi)關(guān)1個(gè)；

機(jī)尾，撕裂開(kāi)關(guān)5個(gè)，在濕式攪拌機(jī)下方布置。

⑵皮帶輕度跑偏，PLC只報(bào)警但不停機(jī)，運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)檢查；管帶機(jī)上其它保護(hù)元件動(dòng)作時(shí)，PLC報(bào)警同時(shí)均發(fā)出停機(jī)指令。

⑶拉繩開(kāi)關(guān)故障時(shí)，保護(hù)元件送至PLC的干接點(diǎn)信號(hào)由常閉變?yōu)槌ｉ_(kāi)；其它保護(hù)元件故障動(dòng)作時(shí)，保護(hù)元件送至PLC的干接點(diǎn)信號(hào)均由常開(kāi)變?yōu)槌ｉ]。

3.3 管帶機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控

⑴三臺(tái)主電機(jī)A、B、C三相電流以4～20mA信號(hào)送PLC，設(shè)定相應(yīng)的電流保護(hù)定值實(shí)現(xiàn)過(guò)載延時(shí)和過(guò)流速斷。

⑵三臺(tái)主電機(jī)均埋有Pt100鉑電阻，由PLC溫度模塊接收溫度值輸入。測(cè)量值為鉑電阻溫度減去室溫即溫升，接近溫升最大值時(shí)應(yīng)報(bào)警，超過(guò)溫升應(yīng)停機(jī)檢查。

⑶液壓馬達(dá)運(yùn)行壓力由SPIDER送至PLC，4～20mA信號(hào)，滿(mǎn)刻度值應(yīng)與赫格隆液壓站數(shù)據(jù)一致。

⑷液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速由安裝在一臺(tái)液壓馬達(dá)上的旋轉(zhuǎn)編碼器輸將轉(zhuǎn)速信號(hào)送SPIDER，SPIDER除用此轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速PID閉環(huán)調(diào)節(jié)外，還將轉(zhuǎn)速4～20 mA信號(hào)送至PLC。在PLC中，可作轉(zhuǎn)速顯示，并可由一定的計(jì)算公式(Pw=K×P×V)計(jì)算液壓馬達(dá)的軸功率，系數(shù)K由瑞典赫格隆公司確定。

⑸PLC上位機(jī)設(shè)計(jì)有管帶機(jī)運(yùn)行模擬畫(huà)面顯示，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線(xiàn)處理，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及顯示，以便在故障時(shí)查找事故地址、事故原因和事故數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

在大唐華銀金竹山電廠(chǎng)擴(kuò)建工程中，管帶機(jī)輸灰試運(yùn)行一次性成功通過(guò)，投產(chǎn)后管帶機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)穩(wěn)定、可靠，有效地對(duì)輸灰生產(chǎn)工藝進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)管帶機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)光纖連接進(jìn)入灰網(wǎng)控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)整個(gè)除灰系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

[1] 龔欣榮.管狀帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)介[J].礦山機(jī)械，2000，(8).

Design and Application of the Control System of a Pipe Conveyer Based on PLC

LIN Zhi-yong, WANG Yue-fang
(Hunan Electric Power Design Institute, Changsha 410007, China)

This paper present a Control System of the pipe conveyer based on PLC through the driving equipment、Control System’s composing、Control logic、protecting component’s acting request and data monitoring and controlling etc.

pipe conveyer; control system; PLC; SPIDER

TM621

B

1671-9913(2010)06-0053-03

2010-10-14

林智勇(1974-)，男，湖南瀏陽(yáng)人，碩士，工程師，主要從事熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究。