HFCG輥壓機自動控制系統(tǒng)簡析

□□ ，，，

(中建材(合肥)粉體科技裝備有限公司，安徽 合肥 230051)

引言

HFCG輥壓機自動控制系統(tǒng)是確保輥壓機設(shè)備安全、高效運行的有效保障，一旦設(shè)備出現(xiàn)異常，自動控制系統(tǒng)即能及時提供保護。HFCG輥壓機采用PLC可編程控制器來實現(xiàn)自動控制，型號為S7-300，由西門子公司提供，其采用模塊化結(jié)構(gòu)，可隨時增加程序功能和進行程序編制；通訊控制采用MPI基本接口，可同時選擇DP通訊方式、TCP/IP通信方式進行通訊監(jiān)督與管理。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次清晰、開放性好、擴展靈活、操作方便?？刂破髦饕瓿涩F(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和控制輸出，觸摸屏通過與PLC可編程控制器之間的數(shù)據(jù)通訊來完成人機對話，與系統(tǒng)操作控制、數(shù)據(jù)管理同步。目前在浙江紅獅集團、南方水泥集團、中聯(lián)水泥集團等大型生產(chǎn)線中采用的HFCG輥壓機水泥擠壓系統(tǒng)，均采用這種自控系統(tǒng)，應(yīng)用效果良好。

1 PLC自動控制系統(tǒng)的組成及信號檢測

任何一種控制系統(tǒng)都是為被控對象如生產(chǎn)設(shè)備或工藝過程提供監(jiān)控與保護，以獲得生產(chǎn)的高效率和產(chǎn)品的高質(zhì)量。因此，需要PLC自動控制系統(tǒng)能夠最大限度地滿足工藝設(shè)備要求。對于HFCG輥壓機系統(tǒng)，其軸承及其減速機溫度、主電機電流、液壓系統(tǒng)壓力、活動輥與固定輥的間隙等參數(shù)是影響工藝運行的關(guān)鍵點，也是PLC自動控制系統(tǒng)信號的主要檢測點。

(1)溫度檢測點。包括活動輥左右側(cè)軸承溫度、固定輥左右側(cè)軸承溫度、活動輥減速機溫度、固定輥減速機溫度、活動輥減速機供油溫度、固定輥減速機供油溫度等，均納入檢測監(jiān)控。檢測信號分別由Pt100型熱電阻通過溫度隔離器模塊采集，進行集中控制。在工作狀態(tài)下，綠色指示燈為運行正常，當軸承溫度≥60 ℃紅色指示燈顯示，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，當軸承溫度≥65 ℃表示溫度達到極限觸發(fā)故障。安裝時應(yīng)重點注意溫度傳感器的正確安裝、端面接觸良好，運行維護中應(yīng)定期檢查接線是否松動，出現(xiàn)問題時及時更換。

(2)輥壓機電流反映系統(tǒng)運行的穩(wěn)定狀況。系統(tǒng)正常工作時，活動輥與固定輥電機電流約為額定電流的60%～70%。當超過這個范圍時，操作人員應(yīng)根據(jù)工藝要求進行調(diào)整，例如加大輥壓機系統(tǒng)的循環(huán)量、改變輥壓機系統(tǒng)的風量等?，F(xiàn)場維護工作主要是定期檢查電流互感器、電流變送器。輥壓機的電流檢測信號由自動控制系統(tǒng)中的電流互感器傳遞給電流變送器，轉(zhuǎn)換后送至電流采集模塊實現(xiàn)監(jiān)控。

(3)液壓系統(tǒng)壓力檢測信號通過壓力變送器和壓力采集模塊采集、監(jiān)測。系統(tǒng)的壓力設(shè)定關(guān)系到輥壓機系統(tǒng)的擠壓效果，是自動控制系統(tǒng)的重點檢測控制點。當輥壓機工作壓力發(fā)生改變超過設(shè)定值時，自控系統(tǒng)報警并出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象，現(xiàn)場操作人員應(yīng)及時調(diào)整電磁溢流閥的手動設(shè)定值，使其至少比輥壓機工作壓力高1.5～2.0 MPa。現(xiàn)場維護應(yīng)定期檢查壓力變送器和壓力采集模塊，隨時觀測并確保輥壓機工作壓力處于正常狀態(tài)。

(4)輥壓機活動輥與固定輥之間的縫隙。工作時的正常輥縫為30～40 mm，由于原料粒度變化或操作因素，輥縫會發(fā)生改變甚至產(chǎn)生兩輥軸向偏移，形成近似于漏斗狀的輥縫間隙差。當輥縫間隙差大于設(shè)定值或工作輥縫接近于原始輥縫(制造過程預(yù)留的縫隙+調(diào)試時的墊鐵厚度)時，擠壓效果變差，需通過增大或減小穩(wěn)流倉料位、系統(tǒng)風量、回料量等操作將輥縫調(diào)整到正常輥縫。根據(jù)調(diào)試操作經(jīng)驗，輥壓機兩輥輥縫間隙差≯15 mm即可保持系統(tǒng)正常、高效地運行。輥縫由分別安裝在活動輥左右軸承座上的2個位移傳感器進行監(jiān)控。運行過程中，當工作輥縫或兩輥軸向偏移超過設(shè)定值時，自控系統(tǒng)視超限值響應(yīng)自動糾偏或自動停機保護?，F(xiàn)場維護人員應(yīng)定期檢查位移傳感器接線、安裝件是否出現(xiàn)松動等情況，確保傳感器和變送器工作狀態(tài)良好，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

2 HFCG輥壓機自控系統(tǒng)配置及其控制范圍

2.1 系統(tǒng)硬件配置

以浙江紅獅、南方水泥、中聯(lián)水泥等大型生產(chǎn)線的HFCG輥壓機水泥擠壓系統(tǒng)采用的PLC控制系統(tǒng)為例，其硬件配置見表1。

表1 輥壓機PLC控制系統(tǒng)硬件配置

其中，CPU帶MPI通訊接口，功能包括：編程器/OP通訊、全局數(shù)據(jù)通訊標、擴展通訊；數(shù)據(jù)傳輸功能：CPU相鄰站點之間，串聯(lián)中繼器的最大傳輸距離為9 100 m，通過光纖電纜(帶有星型耦合器)的最大傳輸距離為23.8 km。

2.2 系統(tǒng)軟件組態(tài)

在西門子STEP7軟件組態(tài)中，通過OB(組織塊)、FC(功能塊)、DB(數(shù)據(jù)塊)創(chuàng)建用戶程序，用戶程序?qū)⑤亯簷C系統(tǒng)各檢測信號進行分析處理，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的控制及聯(lián)鎖、顯示和故障報警，以保障設(shè)備安全、可靠地運行。系統(tǒng)軟件組態(tài)見圖1。

圖1 系統(tǒng)軟件組態(tài)截圖

系統(tǒng)模擬量處理功能將系統(tǒng)檢測到的溫度信號、壓力信號、電流信號、輥縫信號存儲在DB(數(shù)據(jù)塊)中，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示、實時更新，這對于現(xiàn)場巡檢監(jiān)控、數(shù)據(jù)實時記錄極為方便。系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)見圖2，系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換見圖3。

圖2 系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)

圖3 系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

圖3中，PIW282是現(xiàn)場電流變送器采集到的固定輥電流信號(4～20 mA)系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實例，電流信號通過模擬量功能轉(zhuǎn)換模塊(FC1)轉(zhuǎn)換后，將采集到的信息由二進制代碼轉(zhuǎn)換為實數(shù)信號保存在數(shù)據(jù)塊DB10.DBD0中，并在用戶程序中加以控制，從而實現(xiàn)輥壓機電流的實時監(jiān)測控制，保證輥壓機在設(shè)定的負荷范圍內(nèi)穩(wěn)定地運行。

STEP7軟件組態(tài)中的邏輯控制采用模塊化程序設(shè)計，根據(jù)采集到的輥壓機系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，通過邏輯運算、數(shù)據(jù)比較、程序控制、浮點運算等功能指令，完成觸摸屏與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)人機對話。同時，采用INTERNET、PROFIBUS-DP、MODEBUS等通訊方式與中控系統(tǒng)通訊，更有利于排除信號傳輸過程中的干擾和線性偏差，大大節(jié)省I/O通道和電纜，充分顯示現(xiàn)場總線控制的優(yōu)越性。

2.3 系統(tǒng)控制范圍

輥壓機系統(tǒng)控制主要包括：主電機過負荷保護控制、軸承過負載保護控制、輥縫間隙自動糾偏控制、液壓系統(tǒng)壓力超限自動卸壓控制、信號顯示及報警控制等。其中液壓系統(tǒng)加壓卸荷自動控制是整個控制系統(tǒng)的核心，輥壓機起動前應(yīng)將兩輥間的原料放空，使主電機輕載起動，以減少對電網(wǎng)設(shè)備的沖擊。

(1)主電機過負荷保護控制。當負荷電流≥90%時，系統(tǒng)報警信號顯示；當負荷電流≥100%時，系統(tǒng)自動保護停機。

(2)軸承過負載保護控制。當軸承溫度≥60 ℃時，系統(tǒng)報警信號顯示；當軸承溫度≥65 ℃時，系統(tǒng)自動保護停機。

(3)輥縫間隙自動糾偏控制。當輥縫間隙差≥15 mm 時，液壓系統(tǒng)自動響應(yīng)糾偏；當輥縫間隙差大于設(shè)定極限值時，系統(tǒng)報警顯示，系統(tǒng)自動保護停機。

(4)液壓系統(tǒng)壓力超限自動卸壓控制。液壓系統(tǒng)壓力一般根據(jù)物料性質(zhì)而定，通常水泥粉磨系統(tǒng)的液壓壓力為8～9 MPa。當液壓壓力≥11 MPa時，系統(tǒng)自動卸壓延時保護，防止壓力過高而損壞輥壓機輥面；當延時保護失效，壓力依然超限時，系統(tǒng)即自動保護停機。

3 結(jié)語

HFCG輥壓機水泥粉磨系統(tǒng)的大量應(yīng)用表明，PLC自動控制系統(tǒng)具有功能完備、控制精度高、操作簡單、維護方便等特點，完全能夠滿足不同原料的生產(chǎn)控制要求，為確保輥壓機工藝設(shè)備的穩(wěn)定運行和擠壓系統(tǒng)的高產(chǎn)、節(jié)能提供了有效保障，值得進一步開發(fā)與應(yīng)用。