1、現(xiàn)狀及問題
在治金行業(yè)選礦工藝中，大量使用礦石
破碎機和磨碎機（如球磨機、棒磨機），對礦石進行破碎和磨細(xì)。這些設(shè)備電機電壓高(一般為6kV)，功率大(往往達數(shù)百kW)，由高壓開關(guān)柜內(nèi)的油斷路器控制分閘和合閘。運行中要求對關(guān)鍵設(shè)備一軸瓦進行有效的溫度保護，以防過熱。否則一旦燒毀，經(jīng)濟損失大，且維修不便，需要較長的修復(fù)時間（往往需3天以上）。當(dāng)前，破碎機和磨碎機仍多為繼電電路控制，存在如下問題：①控制、聯(lián)鎖采用由硬件實現(xiàn)的繼電控制，電器元件多，體積大，故障率高；②功能簡單，難以滿足更高、更準(zhǔn)的控制要求；③靈活性差，運行后調(diào)整（如要更改工藝或聯(lián)鎖關(guān)系）極為不便；④保護系統(tǒng)不完善，常常出現(xiàn)設(shè)備軸瓦燒毀等故障，影響正常生產(chǎn)。
2、設(shè)計方案
無論是破碎機或磨碎機，控制以啟停、聯(lián)鎖為主，信號多為邏輯開關(guān)量；保護主要是設(shè)備軸瓦溫度的保護。軸瓦主要用于電機傳動部分與機械部分的連接與支撐，由特殊合金（如鈦合金）制成。運行時為防止摩擦過熱，需要不停地給軸瓦供油潤滑，這往往由一用一備的兩臺油泵完成。
對于磨碎機，軸瓦的溫度保護相對簡單些，可在機座上打孔裝入嵌入式測溫元件(如Ptl00)經(jīng)測量變送單元送到控制器進行處理。但對于破碎機則困難得多，因為軸瓦安裝位置的不同，無法象磨碎機那樣進行直接測量。但發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軸瓦溫升增加時，主要表現(xiàn)在潤滑系統(tǒng)的油溫升高，決定實時檢測破碎機內(nèi)的進油和回油溫差及其變化率，當(dāng)相關(guān)參數(shù)超過上限值時，系統(tǒng)給出報警指示，必要時予以停機。
為從源頭上防止軸瓦溫升，保證軸瓦供油系統(tǒng)正常，在保護上采取如下措施：①檢測供油壓力，當(dāng)油壓不足時，備用泵立即投入工作。待油壓恢復(fù)正常1分鐘后，備用泵自動切除；②為防止濾網(wǎng)堵塞，檢測回油壓力，當(dāng)供油壓力與回油壓力之間的壓差達到一定值時報警；③在管路上安裝小流量檢測開關(guān)，當(dāng)流量小于某一閥值時，給出報警指示，若連續(xù)報警超過1分鐘，則自動停機；④測量油箱油位，以防油量過小，當(dāng)油位低于下限值時報警。
此外，當(dāng)發(fā)生機械卡死等故障引起軸瓦溫度升高時，由進回油溫差及其變化率給出報警或切機信號。
鑒于控制上以邏輯量為主，決定采用可編程序控制器(PLC)來取代現(xiàn)有繼電控制方式。與傳統(tǒng)繼電控制相比，PLC具有可靠性強、結(jié)構(gòu)緊湊、應(yīng)用靈活等特點，非常適用于這種現(xiàn)場粉塵大、振動強等對控制器抗振動、抗粉塵及抗電磁干擾能力要求很高的場合。特別是近年來，PLC在模擬量處理以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能上也得到大大增強，完全可以滿足上述控制和保護的要求。
3、硬件實現(xiàn)
在礦石破碎或磨礦工藝中，往往有多臺設(shè)備同時工作，但彼此之間一般相互獨立。考慮到系統(tǒng)的可靠性，決定采用分散控制方案，即每臺設(shè)備由一臺控制器分別控制。這樣，當(dāng)一臺設(shè)備處于檢修或維護狀態(tài)時，不影響其它設(shè)備的正常生產(chǎn)。
某廠細(xì)碎車間現(xiàn)有4臺短頭圓錐破碎機，擔(dān)負(fù)著整個選礦廠‘的礦石精細(xì)破碎任務(wù)，設(shè)備彼此之間的開停相經(jīng)獨立，在此系統(tǒng)中，采用可編程序控制器。其中，采用4臺緊湊型PL(CPMIA--CPU40)分別對4臺破碎機進行控制。主要負(fù)責(zé)設(shè)備的啟停、聯(lián)鎖等邏輯控制。由于CPMIA處理摸擬量的功能有限，決定采用OMRONa機(C200HC-CPU43)用于4臺破碎機模擬量（溫度、壓力和流量等）的檢測和處理，如圖1所示。
C200HC與4臺CPMIA之間運用RS485協(xié)議進行通信。每臺CPMIA將破碎機的啟動、停止等狀態(tài)信號送到CoOOHG，而C2(XJHC在對相關(guān)模擬量處理完畢后，將報警或停機信號發(fā)送到相應(yīng)的CPMlA執(zhí)行處理。
lVr - ALOOI和CIFlI分別用于C200HC與CPMIA的R5232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換。C200HG作為主節(jié)點，每臺CPMIA作為485網(wǎng)絡(luò)上的一個從節(jié)點。最多可擴展到32個從節(jié)點，完全滿足一般工業(yè)現(xiàn)場對站點數(shù)量的要求。
4、系統(tǒng)功能與特點
與原控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有如下功能及特點：
①準(zhǔn)確的啟停控制：可準(zhǔn)確控制破碎機自動順序啟動，即先啟油泵，油壓足后再啟破碎機，延時后啟動給料機，停車控制順序相反。特別是在啟停破碎機時，確保每次分合閘只限2s，大大降低了高壓開關(guān)柜內(nèi)由于分合閘故障而導(dǎo)致的分合閘線圈長時間工作而燒毀的現(xiàn)象。
②可靠的聯(lián)鎖功能：實現(xiàn)破碎機、油泵、給料機及出料皮帶之間緊密的聯(lián)鎖關(guān)系。比如，若出料皮帶突然停車，則給料機立即停止給料等。
③完善的保護功能：比如，欠油壓自動補壓；補壓后仍欠壓自動停機；供油壓力、軸瓦溫度或供油流量超過極限值時報警或停機等。
④友善的容錯功能：操作工在操作面板開關(guān)或按鈕時，若操作不當(dāng)，不會因此導(dǎo)致設(shè)備或人身事故。比如，油泵尚未啟動時，按破碎機啟動鈕，破碎機不可能啟動等。
此外，還可以對破碎機進行給料變頻調(diào)速以穩(wěn)定其負(fù)荷。需要指出的是，本系統(tǒng)可以進行計算機聯(lián)網(wǎng)，可連接到整個選礦廠集散控制系統(tǒng)(DCS)中。現(xiàn)場的各種狀態(tài)信息可實時傳輸?shù)讲僮髡居嬎銠C畫面上，便于集中觀察處理。同時，操作人員也可在操作站上發(fā)出控制信號，集中控制現(xiàn)場多臺設(shè)備的運行等。
5、結(jié)束語
目前，該設(shè)計已在某廠細(xì)碎、中碎和磨浮車間中得到成功應(yīng)用，使用方便直觀，控制準(zhǔn)確可靠，保護及時有效，可有效減少現(xiàn)場維護工作量，減少故障率，提高設(shè)備的運行效率，可全面替代老式繼電控制及保護方式，具有很好的應(yīng)用推廣價值。
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