三峡大坝混凝土浇筑总的自动化解决方案　　作者：Mike Ruggles，总经理/工程师，RCD公司，Wilmont，WI　　长江三峡大坝于1994年开始兴建，到2009年全部完成，它将每年为中国提供85亿千瓦时的电能，这几乎相当于目前中国电力网总能量的1/8，它也是目前世界范围内最大的水电工程项目，大坝长度相当于HOOVER大坝的6倍。　　工程施工中需要大量的混凝土，整个工程将需要浇筑34亿立方的混凝土,如果将浇筑宽度定为7054英尺的话，那么石方量将耸起天空达到607英尺高。　　可以想象，将成批的混凝土混合并用皮带进行连续输送将会是一个重要而庞大的工程，它要求施工浇筑设备机械与电气方面具备良好的技术配合。　　人们不可能简单地感受到混凝土在现场如何形成以及用卡车运送到大坝进行浇筑的情景，今天的技术已经发展日益成熟，并且混凝土浇筑项目愈来愈大，尝试在大坝侧修建拌合楼并用皮带输送机对混凝土进行连续输送已经成为当代大坝最为重要的施工手段。　　用皮带输送机对混凝土进行连续输送浇筑的历史较为久远，美国早在1929年就对纽约城最北端的布隆克斯区[BRONX]第238号天桥街的修建就使用过皮带输送机进行混凝土浇筑，从那个时候起皮带输送机就日益成为世界各地重要大坝建设的施工选择设备。当然，实践已经表明在过去的70年内施工技术装备在飞快发展，以前的系统已远远不能满足目前三峡大坝施工的要求。　　　　系统要求　　对于一个工程项目系统有哪些要求呢？比如起动器，我们必须认识到用皮带对混凝土输送是一个连续、稳定的程序过程，拌合好的混凝土从受料口下放到皮带、经皮带输送后从另一端卸料的整个过程中，混凝土应避免过度振动及其他重新处理过程，并且皮带输送应维持在正确的速度范围内，这就要求具备合适的下料口漏斗、转送装置、刮板等操作功能，否则输送机系统将会影响混凝土浇筑的强度，使混凝土缝隙内含有空气而使其强度大副度下降。　　另外，在皮带输送的卸料端，机械设计及控制功能要求混凝土被输送到下一级区域没有明显的中断及转换延迟，否则将会使皮带输送达不到相同的转送运输速度。　　混凝土输送机在停止与起动方式上必须设计正确，一旦输送机停止混凝土被停放在皮带上就要求在最小干扰条件下皮带输送机能在满载条件下重新起动，因为在皮带上混凝土放置的时间不能超出混凝土自身凝固的时间，故对皮带输送机设置停止及起动功能是必要的，这对三峡大坝施工尤其重要，否则混凝土放置的时间过长而凝固成柱状。在某段时间内必须保持皮带上运走的混凝土数量同受料下放到皮带上的混凝土数量大致相当，这可通过控制对皮带的受料下放来实现。　　对皮带输送过程进行监控以及保持较好的卸料水准也是至关重要的，但整个的系统监控也重要。传感器、执行器、程序逻辑控制器[PLC]、电机控制单元[SAMMS]以及电气驱动装置彼此之间协调工作以使系统处于最佳状态，同等重要的是，人工机器接口装置[HMI]也必须用上以作为整个监控系统不可缺少的部分。　　　　控制系统要求　　通过下面专为三峡大坝设计的智能系统可以让我们作一个全面了解。总部位于Elmhurst Lllinois的ROTEC公司是施工机械设备对外总的承包者，根据内定的合同承包方式，ROTEC公司委托位于Wilmont Wisco in的RCD公司完成整个电气控制系统的设计。　　使用西门子总的自动集成概念，RCD公司从单一的系统制造逐步发展到掌握多个控制系统单元的领会使用。使用西门子电机控制中心[MCC]可以起动与停止各项参数，每个MCC安装有以SIMATIC S7-416微处理器[CPU]为中心控制单元的S7-300系列PLC，包括其他单元如西门子SAMMS过载继电器、跳闸单元 A800系列密封式断路器以及软起动器3RW22，另外在拌合楼附近MCC还采用MDV矢量驱动变频调速器对计量皮带的速度进行控制，所有的这些智能单元装置，无论是在拌合楼还是其他任何地方，都采用PROFIBUS协议的形式连接到主PLC以进行通讯，这为操作控制台提供了真实的现场监控信息，MCC之间的连接采用光缆。　　根据计算机键盘操作的提示，现在我们就可以检查各个智能部件如何协调工作，以满足工程项目的需要。　　以早提起系统设备控制要求时，主要是涉及到皮带速度控制问题。当拌合楼安装后，我们可以在皮带的驱动区域起动检测装置，当混凝土拌合好并下放到皮带时，在皮带运行方向的速率与皮带实际速度的任何差异通过混凝土初始落到皮带上的加速或加速过程都必须相等，否则将导致混凝土错乱无章，因此在上述速度控制满足要求的条件下，混凝土跳出皮带边缘或漏料的现象就不会变得很严重。为了保证混凝土不会跳跃翻出，控制速度由矢量驱动器决定的计量皮带在三峡大坝得到应用，三部拌合楼使用了下属的分布方案：（1）卸洪闸段拌合楼[79#站]，（2）上游拌合楼[90#站]，（3）左岸下游拌合楼[120#站]。位于这些拌合楼下的计量输送机都采用了MDV变频器[设置一个下料虎门及计量皮带称]，并采用75马力交流三相感应电机进行变频驱动。　　在三峡大坝RCD公司首次对计量皮带采用了变频调速驱动，先前的控制方案中RCD多采用液压系统,先前的液压系统包括3部液压马达，并在每台由矢量驱动决定的计量皮带上使用一部马达和一台减速齿轮箱，改由矢量变频驱动的好处在于可减少马达的数量并提高设备运行的效率。　　采用矢量驱动的另一个诱惑之处在于对皮带速度控制的精度，非矢量、给料驱动方式因为驱动转矩动力特性差的原因先前并没有得到认识，每个MDV变频器根据电机的实际情况选择动力传感器并根据电机铭牌存储相应机械模块参数,通过存储的数值列表可使驱动装置瞬间从一种状态变换到下一状态，这同其他有级调速系统相比具备更快速的响应特性。　　计量皮带装运的混凝土输送到其他的转料皮带，其他所有的转料皮带输送机都要求具备软起动及停止功能，这通过MCC柜内的软起动器、继电器、接触器控制起动运行电机来实现。　　因为混凝土被输送时具备较大的重量，所以选取的驱动电机容量一般较大，电机功率根据皮带布置安装、长度及坡度情况决定，选取范围从150马力到350马力。根据混凝土混合的一般性规则，混凝土的重量应是被使用混合前的两倍，大坝使用的混凝土相对来说都是重型型号，这显而易见要考虑到混凝土运输时输送机的起动与停止惯性。　　计量皮带在控制运行速度上至关重要，当运行在最高速度时，皮带每小时能传送420立方米的混凝土，皮带运行的速度为每分钟200米。　　　　人工机器接口　　RCD公司使用Visual Basic程序将软件安装在计算机的NT工作平台上，这可根据用户的特殊要求及限制功能程序使用off-the-shelf软件包进行选择，在RCD使用Visual Basic实践的基础上可以进一部拓展HMI同其他项目的通讯连接，这个任务可通过退出OCX功能文件及Active-X并由RCD公司在去年开发完成。　　然而，并不是仅仅局限于某些功能及单个元素画面，RCD已为三峡工程完成了整个系统较为实际的程序编制，这包括在每个计量皮带系统中使用摄像头进行信号收集经电脑处理再以视屏的形式显示出来，用户可通过电脑区域画面的切换观察各子系统的工作状况，这些单元情况包括报警、皮带速度、混凝土数量及其他参数数据等。　　大坝还包括其他的一些独立的监控系统，这不在RCD公司考虑的范围之内，故本文也没有写进这方面的内容。　　　　后序　　象三峡这样的大坝，有许多要向技术挑战的问题，我们的工程师都在为此而尽心努力，以寻求解决技术问题的最佳途径，每个人都能参与这样的大型工程去做点事情是光荣而史无前例的。　　当三峡大坝建成后能有效抵御长江洪水泛滥，在过去的2000多年时间内长江总共发生了200多次洪水，本世纪有三次，在1954年洪水淹没了8百万亩良田，并造成3万人死亡、一千九百万人无家可归的局面，1931年与1935年的洪水淹死20万人。在本世纪，中国官方通过预算估计因为洪水灾害大约有1百万人流离失所。　　当一个工程项目具备为人类生活带来福利的重要潜在机能时，其投资付出努力的结果必定会得到更多的回报。 　　　　　　翻译：周春林  深圳中信康机电设备有限公司三峡项目部 0717-6763888 　　联络地址：湖北宜昌三峡坝区柳树湾设备修配公司2楼5号[443133] 　　注：原文来自SIEME 网站，作者Mike Ruggles是RCD公司的总经理兼工程设计师，曾多次来三峡为ROTE混凝土施工机械设备提供技术服务。