超細(xì)粉磨分級設(shè)備自控系統(tǒng)的實(shí)踐與研究

劉文青，高少偉，劉泉海

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000）

粉磨系統(tǒng)自動控制的研制，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)參數(shù)在線控制及調(diào)節(jié)。本課題采用了先進(jìn)的可編程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了多個信號采集和反饋裝置，從而很好的解決了整個系統(tǒng)的控制問題。

1 大型對撞式超細(xì)粉磨分級設(shè)備的創(chuàng)新點(diǎn)

1）能耗低。對破碎轉(zhuǎn)子的角度、錘頭與襯板的形式進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，進(jìn)一步提高一次粉碎比，進(jìn)料粒度達(dá)20 mm，一次粉碎比由CM51型超細(xì)粉碎機(jī)的800提高到2000，礦石經(jīng)過一級粗碎后可以直接投入機(jī)內(nèi)生產(chǎn)超細(xì)粉體，無需多級預(yù)破碎，設(shè)備的適用范圍更廣，能量利用率也隨之提高，單位產(chǎn)品能耗≤145 kWh/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前國內(nèi)同類設(shè)備≥180 kWh/t的水平，達(dá)到降耗24%的效果。

2）壽命長。優(yōu)化粉碎腔的腔體結(jié)構(gòu)，改變以前老型號設(shè)備二室仍以沖擊粉碎為主的破碎方式，在本設(shè)備中，下層兩腔仍然采用以沖擊和碰撞為主要的粉碎方式，這樣可以更加充分的將粉碎能量作用于大顆粒物料上，上層粉碎室采用以剪切和研磨為主的粉碎方式，更加有利于對小型物料顆粒的粉碎，從而使各粉碎室能力均衡匹配；動、靜耐磨部件材質(zhì)的合理配對，使用壽命延長；

3）效率高。借鑒新型干法水泥預(yù)熱工藝對整套系統(tǒng)的風(fēng)力系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將整個系統(tǒng)的氣固比由原來的70 g/m3提高至150～200 g/m3，使系統(tǒng)在高氣固比條件下工作，提高物料與粉磨轉(zhuǎn)子、物料與物料間發(fā)生碰撞的幾率；合理分布系統(tǒng)內(nèi)的流場，對物料進(jìn)行一定的預(yù)分級，使分級效率提高了1倍多。

2 與國內(nèi)各類設(shè)備的對比

樣機(jī)組裝完畢后，與外購的分級機(jī)、濾筒式集塵器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備組成系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)深入的分析，對設(shè)備的不足之處進(jìn)行了完善與改進(jìn)，以盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。試驗(yàn)工藝設(shè)備配置[1]如圖1所示。

圖1 大型對撞式超細(xì)粉磨分級設(shè)備配置示意圖Fig.1 Configuration diagram of large collision type ultra－fine powder grinding grading equipment

通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和分析，樣機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，與國內(nèi)目前主流的幾種干法超細(xì)粉碎設(shè)備相比具有明顯的節(jié)能降耗優(yōu)勢。

3 自動控制系統(tǒng)的實(shí)踐與研究

3.1 軟啟動實(shí)現(xiàn)電路

軟啟動器實(shí)現(xiàn)大功率電動機(jī)的啟動，在CC2000大型對撞式超細(xì)粉磨分級設(shè)備自動控制系統(tǒng)[2]中，主風(fēng)機(jī)、一室、二室、三室研磨機(jī)拖動電機(jī)，功率都是110 kW，額定電流210 A，不允許直接啟動，根據(jù)設(shè)備控制工藝要求，選用一個軟啟動器實(shí)現(xiàn)一拖四控制，用軟啟動器先啟動主風(fēng)機(jī)，主風(fēng)機(jī)啟動全壓運(yùn)行后自動切除軟啟動器，再用軟啟動器啟動三室拖動電動機(jī)，三室拖動電動機(jī)啟動全壓運(yùn)行后切除軟啟動器，再啟動二室拖動電動機(jī)，以此類推直到一室拖動電動機(jī)啟動全壓運(yùn)行后，切除軟啟動器，對每個電動機(jī)保護(hù)采用電動機(jī)綜合保護(hù)器實(shí)現(xiàn)過載、短路、缺相保護(hù)，以確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。

圖2 軟啟動實(shí)現(xiàn)電路Fig.2 Soft start circuit

3.2 PLC控制電路

利用PLC實(shí)現(xiàn)CC2000大型對撞式超細(xì)粉磨分級設(shè)備的自動控制，該設(shè)備中共有13個拖動電機(jī)，根據(jù)工藝控制要求，設(shè)有手動/自動控制旋鈕，每個拖動電機(jī)都有各自的啟動和停止按鈕，在手動工作時(shí)，每個電機(jī)都可以單獨(dú)啟動、停止，不受其它電機(jī)工作的制約，以便于調(diào)試和檢修。在自動工作時(shí)每個電機(jī)工作要受其它電機(jī)的約束，啟動順序依次為，主風(fēng)機(jī)、分級機(jī)、三室研磨機(jī)、二室研磨機(jī)、一室研磨機(jī)、一二室排渣電機(jī)、一二室給料電機(jī)，停止時(shí)動作順序和啟動時(shí)剛好相反，例如分級機(jī)不工作時(shí)研磨機(jī)、排渣電機(jī)、給料電機(jī)都不允許工作。拖動電動機(jī)的啟動、停止、以及過載信號都送給PLC的開關(guān)量輸入端子，PLC的開關(guān)量輸出控制每個電機(jī)啟動和停止，邏輯控制及給料電動機(jī)速度調(diào)節(jié)都由PLC實(shí)現(xiàn)[3]，PLC控制既有開關(guān)量的邏輯控制，又有PID閉環(huán)模擬量自動調(diào)節(jié)控制[4]，實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖3所示，軟起邏輯控制梯形圖程序[5]如圖4所示。

圖3 PLC控制電路原理圖Fig.3 PLC control circuit principle diagram

3.3 過載—給料自動調(diào)節(jié)電路

在一室、二室、三室研磨拖動電機(jī)電路中裝有對應(yīng)的過載檢測變送單元，通過各自的電流互感器檢測研磨機(jī)工作電流，電流互感器輸出0～5A電流送給數(shù)字電流表，電流表顯示工作電流的同時(shí)把0～5A的電流變換成0～20MA電流送給PLC，PLC按到程序設(shè)計(jì)進(jìn)行PID運(yùn)算自動調(diào)節(jié)一室給料、二室給料變頻器輸出，以驅(qū)動各自給料電機(jī)使其高效率工作，若出現(xiàn)一室研磨機(jī)或二室研磨機(jī)過載時(shí)，各自的過載檢測變送單元將過載信號送給PLC，通過PLC運(yùn)算調(diào)節(jié)其模擬量輸出控制各自的給料變頻器驅(qū)動電機(jī)減少送料或停止給料，待研磨機(jī)負(fù)載減輕后，再自動調(diào)節(jié)送料速度，達(dá)到自動調(diào)整效果，若三室研磨機(jī)過載時(shí)，PLC內(nèi)部進(jìn)行PID運(yùn)算和比較，同時(shí)調(diào)節(jié)一室、二室給料電機(jī)速度，使其減少送料或停止給料實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效、安全運(yùn)行。

通過以上自動化控制，實(shí)現(xiàn)了CC2000大型對撞式超細(xì)粉磨分級設(shè)備系統(tǒng)具有自動參數(shù)調(diào)節(jié)功能和可靠的安全運(yùn)行性能，降低了損耗、提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率[5]，充分體現(xiàn)了自動化控制水平的提高在實(shí)際生產(chǎn)中節(jié)能、高效、安全的運(yùn)用。

4 結(jié) 論

研制的大型對撞式超細(xì)粉磨分級機(jī)組樣機(jī)具有如下特點(diǎn)：礦石經(jīng)過一級粗碎后可以直接投入機(jī)內(nèi)生產(chǎn)；超細(xì)粉體，無需多級預(yù)破碎，一次粉碎比大，進(jìn)料粒徑可達(dá) 20mm，生產(chǎn)能力大；能量利用率高，單位產(chǎn)品能耗不大于 145 kW·h/t，磨耗不大于0.7 g/t，單機(jī)處理能力不小于 2 t/h，使用壽命延長；節(jié)能降耗效果顯著，達(dá)到降低能耗24%，使分級效率提高1倍多的特點(diǎn)。高氣－固比條件工作，分級效率高，分級點(diǎn)控制精確[6]。

在一年多的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，沒有發(fā)生任何機(jī)械設(shè)備事故。從試驗(yàn)結(jié)果可知，新研制的CC2000大型對撞式超細(xì)粉磨機(jī)及配套設(shè)備具有較高、較準(zhǔn)確的自動化水平，運(yùn)行安全可靠。

圖4 邏輯控制梯形圖Fig.4 Logic control ladder diagram

[1]祝戰(zhàn)科.一種新型超細(xì)粉磨設(shè)備的研制 [J].中國粉體技術(shù)，2013，6（3）:74－76.ZHU Zhan-ke.Anew type of the development of superfine grinding equipment[J].China Powder Technology，2013，6（3）:74－76

[2]祝戰(zhàn)科.對撞式超細(xì)粉磨分級系統(tǒng)電氣控制裝置的研制[D].西安：西安交通大學(xué)，2012.

[3]柴瑞娟.西門子PLC高級培訓(xùn)教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[4]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5]祝戰(zhàn)科，梁盈富.大型超細(xì)粉磨機(jī)進(jìn)料自動控制技術(shù)的研究[J].采礦技術(shù)，2013，13（4）:107-111.ZHU Zhan-ke，LIANG Ying-fu.Large ultrafine pulverizer feed automatic control technology research[J].Mining Technology，2013，13（4）:107-111.

[6]祝戰(zhàn)科，梁盈富.大型超細(xì)粉磨機(jī)PLC控制技術(shù)研究[J].礦山機(jī)械，2013，41（6）:61-65.ZHU Zhan-ke，LIANG Ying-fu.Large ultrafine pulverizer PLC control technology research Liang's tracker[J].Mining Technology Equipment，2013，41（6）:61-65.