三峽大壩

三峽大壩混凝土澆築總的自動化解決方案　　作者：Mike Ruggles，總經理/工程師，RCD公司，Wilmont，WI　　長江三峽大壩於1994年開始興建，到2009年全部完成，它將每年為中國提供85億千瓦時的電能，這幾乎相當於目前中國電力網總能量的1/8，它也是目前世界範圍內最大的水電工程項目，大壩長度相當於HOOVER大壩的6倍。　　工程施工中需要大量的混凝土，整個工程將需要澆築34億立方的混凝土,如果將澆築寬度定為7054英尺的話，那麼石方量將聳起天空達到607英尺高。　　可以想象，將成批的混凝土混合並用皮帶進行連續輸送將會是一個重要而龐大的工程，它要求施工澆築設備機械與電氣方麵具備良好的技術配合。　　人們不可能簡單地感受到混凝土在現場如何形成以及用卡車運送到大壩進行澆築的情景，今天的技術已經發展日益成熟，並且混凝土澆築項目愈來愈大，嚐試在大壩側修建拌合樓並用皮帶輸送機對混凝土進行連續輸送已經成為當代大壩最為重要的施工手段。　　用皮帶輸送機對混凝土進行連續輸送澆築的曆史較為久遠，美國早在1929年就對紐約城最北端的布隆克斯區[BRONX]第238號天橋街的修建就使用過皮帶輸送機進行混凝土澆築，從那個時候起皮帶輸送機就日益成為世界各地重要大壩建設的施工選擇設備。當然，實踐已經表明在過去的70年內施工技術裝備在飛快發展，以前的係統已遠遠不能滿足目前三峽大壩施工的要求。　　　　係統要求　　對於一個工程項目係統有哪些要求呢？比如起動器，我們必須認識到用皮帶對混凝土輸送是一個連續、穩定的程序過程，拌合好的混凝土從受料口下放到皮帶、經皮帶輸送後從另一端卸料的整個過程中，混凝土應避免過度振動及其他重新處理過程，並且皮帶輸送應維持在正確的速度範圍內，這就要求具備合適的下料口漏鬥、轉送裝置、刮板等操作功能，否則輸送機係統將會影響混凝土澆築的強度，使混凝土縫隙內含有空氣而使其強度大副度下降。　　另外，在皮帶輸送的卸料端，機械設計及控製功能要求混凝土被輸送到下一級區域沒有明顯的中斷及轉換延遲，否則將會使皮帶輸送達不到相同的轉送運輸速度。　　混凝土輸送機在停止與起動方式上必須設計正確，一旦輸送機停止混凝土被停放在皮帶上就要求在最小幹擾條件下皮帶輸送機能在滿載條件下重新起動，因為在皮帶上混凝土放置的時間不能超出混凝土自身凝固的時間，故對皮帶輸送機設置停止及起動功能是必要的，這對三峽大壩施工尤其重要，否則混凝土放置的時間過長而凝固成柱狀。在某段時間內必須保持皮帶上運走的混凝土數量同受料下放到皮帶上的混凝土數量大致相當，這可通過控製對皮帶的受料下放來實現。　　對皮帶輸送過程進行監控以及保持較好的卸料水準也是至關重要的，但整個的係統監控也重要。傳感器、執行器、程序邏輯控製器[PLC]、電機控製單元[SAMMS]以及電氣驅動裝置彼此之間協調工作以使係統處於最佳狀態，同等重要的是，人工機器接口裝置[HMI]也必須用上以作為整個監控係統不可缺少的部分。　　　　控製係統要求　　通過下麵專為三峽大壩設計的智能係統可以讓我們作一個全麵了解。總部位於Elmhurst Lllinois的ROTEC公司是施工機械設備對外總的承包者，根據內定的合同承包方式，ROTEC公司委托位於Wilmont Wisco in的RCD公司完成整個電氣控製係統的設計。　　使用西門子總的自動集成概念，RCD公司從單一的係統製造逐步發展到掌握多個控製係統單元的領會使用。使用西門子電機控製中心[MCC]可以起動與停止各項參數，每個MCC安裝有以SIMATIC S7-416微處理器[CPU]為中心控製單元的S7-300係列PLC，包括其他單元如西門子SAMMS過載繼電器、跳閘單元 A800係列密封式斷路器以及軟起動器3RW22，另外在拌合樓附近MCC還采用MDV矢量驅動變頻調速器對計量皮帶的速度進行控製，所有的這些智能單元裝置，無論是在拌合樓還是其他任何地方，都采用PROFIBUS協議的形式連接到主PLC以進行通訊，這為操作控製台提供了真實的現場監控信息，MCC之間的連接采用光纜。　　根據計算機鍵盤操作的提示，現在我們就可以檢查各個智能部件如何協調工作，以滿足工程項目的需要。　　以早提起係統設備控製要求時，主要是涉及到皮帶速度控製問題。當拌合樓安裝後，我們可以在皮帶的驅動區域起動檢測裝置，當混凝土拌合好並下放到皮帶時，在皮帶運行方向的速率與皮帶實際速度的任何差異通過混凝土初始落到皮帶上的加速或加速過程都必須相等，否則將導致混凝土錯亂無章，因此在上述速度控製滿足要求的條件下，混凝土跳出皮帶邊緣或漏料的現象就不會變得很嚴重。為了保證混凝土不會跳躍翻出，控製速度由矢量驅動器決定的計量皮帶在三峽大壩得到應用，三部拌合樓使用了下屬的分布方案：（1）卸洪閘段拌合樓[79#站]，（2）上遊拌合樓[90#站]，（3）左岸下遊拌合樓[120#站]。位於這些拌合樓下的計量輸送機都采用了MDV變頻器[設置一個下料虎門及計量皮帶稱]，並采用75馬力交流三相感應電機進行變頻驅動。　　在三峽大壩RCD公司首次對計量皮帶采用了變頻調速驅動，先前的控製方案中RCD多采用液壓係統,先前的液壓係統包括3部液壓馬達，並在每台由矢量驅動決定的計量皮帶上使用一部馬達和一台減速齒輪箱，改由矢量變頻驅動的好處在於可減少馬達的數量並提高設備運行的效率。　　采用矢量驅動的另一個誘惑之處在於對皮帶速度控製的精度，非矢量、給料驅動方式因為驅動轉矩動力特性差的原因先前並沒有得到認識，每個MDV變頻器根據電機的實際情況選擇動力傳感器並根據電機銘牌存儲相應機械模塊參數,通過存儲的數值列表可使驅動裝置瞬間從一種狀態變換到下一狀態，這同其他有級調速係統相比具備更快速的響應特性。　　計量皮帶裝運的混凝土輸送到其他的轉料皮帶，其他所有的轉料皮帶輸送機都要求具備軟起動及停止功能，這通過MCC櫃內的軟起動器、繼電器、接觸器控製起動運行電機來實現。　　因為混凝土被輸送時具備較大的重量，所以選取的驅動電機容量一般較大，電機功率根據皮帶布置安裝、長度及坡度情況決定，選取範圍從150馬力到350馬力。根據混凝土混合的一般性規則，混凝土的重量應是被使用混合前的兩倍，大壩使用的混凝土相對來說都是重型型號，這顯而易見要考慮到混凝土運輸時輸送機的起動與停止慣性。　　計量皮帶在控製運行速度上至關重要，當運行在最高速度時，皮帶每小時能傳送420立方米的混凝土，皮帶運行的速度為每分鍾200米。　　　　人工機器接口　　RCD公司使用Visual Basic程序將軟件安裝在計算機的NT工作平台上，這可根據用戶的特殊要求及限製功能程序使用off-the-shelf軟件包進行選擇，在RCD使用Visual Basic實踐的基礎上可以進一部拓展HMI同其他項目的通訊連接，這個任務可通過退出OCX功能文件及Active-X並由RCD公司在去年開發完成。　　然而，並不是僅僅局限於某些功能及單個元素畫麵，RCD已為三峽工程完成了整個係統較為實際的程序編製，這包括在每個計量皮帶係統中使用攝像頭進行信號收集經電腦處理再以視屏的形式顯示出來，用戶可通過電腦區域畫麵的切換觀察各子係統的工作狀況，這些單元情況包括報警、皮帶速度、混凝土數量及其他參數數據等。　　大壩還包括其他的一些獨立的監控係統，這不在RCD公司考慮的範圍之內，故本文也沒有寫進這方麵的內容。　　　　後序　　象三峽這樣的大壩，有許多要向技術挑戰的問題，我們的工程師都在為此而盡心努力，以尋求解決技術問題的最佳途徑，每個人都能參與這樣的大型工程去做點事情是光榮而史無前例的。　　當三峽大壩建成後能有效抵禦長江洪水泛濫，在過去的2000多年時間內長江總共發生了200多次洪水，本世紀有三次，在1954年洪水淹沒了8百萬畝良田，並造成3萬人死亡、一千九百萬人無家可歸的局麵，1931年與1935年的洪水淹死20萬人。在本世紀，中國官方通過預算估計因為洪水災害大約有1百萬人流離失所。　　當一個工程項目具備為人類生活帶來福利的重要潛在機能時，其投資付出努力的結果必定會得到更多的回報。 　　　　　　翻譯：周春林  深圳中信康機電設備有限公司三峽項目部 0717-6763888 　　聯絡地址：湖北宜昌三峽壩區柳樹灣設備修配公司2樓5號[443133] 　　注：原文來自SIEME 網站，作者Mike Ruggles是RCD公司的總經理兼工程設計師，曾多次來三峽為ROTE混凝土施工機械設備提供技術服務。