PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在礦石破碎篩分系統(tǒng)的應(yīng)用

周棟梁

(白銀有色非金屬材料有限公司， 甘肅 白銀 730900)

電力節(jié)能

PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在礦石破碎篩分系統(tǒng)的應(yīng)用

周棟梁

(白銀有色非金屬材料有限公司， 甘肅 白銀 730900)

某廠利用計算機(jī)、PLC、變頻器實現(xiàn)了礦石破碎篩分的自動控制。本文介紹了控制系統(tǒng)的組成、選擇、應(yīng)用及實施效果。

變頻調(diào)速; PLC; 篩分系統(tǒng); 破碎機(jī)

0 前言

某公司的石灰石礦山以開采出售石灰石原礦為主，產(chǎn)品附加值低，利潤薄，造成公司經(jīng)濟(jì)效益較差。為此，公司決定對石灰石原礦深加工，通過新增一條100 t/h的礦石破碎篩分系統(tǒng)，把石灰石破碎篩分后出售給電石廠、白灰廠，提高產(chǎn)品附加值，每年可增加利潤200萬元。

1 礦石破碎篩分系統(tǒng)工藝流程

經(jīng)反復(fù)討論研究，公司選擇的礦石破碎篩分系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

礦石由礦倉經(jīng)振動給料機(jī)(15 kW)進(jìn)入粗破碎機(jī)(110 kW)，破碎后經(jīng)2號給料機(jī)(15 kW)進(jìn)入2臺細(xì)破碎機(jī)(2×37 kW)，破碎后由皮帶運輸機(jī)(11 kW)運送到振動篩(22 kW)，振動篩將其篩分為四級礦石。其中三種不同規(guī)格的成品礦石由三條皮帶運輸機(jī)(3×7.5 kW)運送到堆料場，最上層篩分出的大塊礦石經(jīng)回料皮帶(5.5 kW)輸送到4號顎式破碎機(jī)(37 kW)再次破碎后回到上料皮帶，提高成品率。

圖1 礦石破碎篩分系統(tǒng)工藝流程圖

2 控制系統(tǒng)選擇

控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)破碎、篩分及輸送皮帶的啟/?？刂?、聯(lián)鎖控制及保護(hù)，以及對設(shè)備運行狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測記錄，包括2臺振動給料機(jī)、4臺顎式破碎機(jī)、1臺振動篩及5臺皮帶運輸機(jī)的電機(jī)啟/?？刂?、電機(jī)過載(熱繼電器狀態(tài))的監(jiān)測及自動聯(lián)鎖。

該系統(tǒng)共有12臺設(shè)備組成，控制環(huán)節(jié)較多，系統(tǒng)較復(fù)雜，且開機(jī)、停機(jī)要按一定順序。為降低大功率電機(jī)啟動電流，不僅要降壓啟動，還要有保護(hù)裝置。在礦石破碎篩分工藝中，目前大部分企業(yè)都采用傳統(tǒng)的由繼電器、接觸器組成的控制電路。如果采用傳統(tǒng)的繼電器聯(lián)鎖控制，會使控制系統(tǒng)繁瑣、可靠性低、故障率高、維修量大、勞動強(qiáng)度高。并且破碎機(jī)、振動給礦機(jī)、振動篩、皮帶機(jī)處于工頻恒速運行狀態(tài)，不能隨礦石的粒度、原礦倉礦石量等調(diào)整，造成各臺設(shè)備產(chǎn)能不匹配，經(jīng)常造成堵料、斷料等，影響生產(chǎn)，不僅造成電能的巨大浪費，且影響電機(jī)和破碎機(jī)的使用壽命。

為了克服傳統(tǒng)控制線路的以上缺陷，根據(jù)前述控制要求，結(jié)合當(dāng)前控制技術(shù)及電氣技術(shù)的發(fā)展，在充分考慮了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、通用性基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套由計算機(jī)、可編程控制器(PLC)、變頻調(diào)速器組成的自動化礦石破碎篩分系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用集中式控制結(jié)構(gòu)，分為3級：過程監(jiān)控站、PLC控制器、變頻調(diào)速器和現(xiàn)場電氣驅(qū)動及信號檢測。

3 控制系統(tǒng)實施過程

3.1 變頻器選擇

如果采用傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，破碎機(jī)、振動給礦機(jī)、振動篩、皮帶機(jī)處于工頻恒速運行狀態(tài)，不能隨礦石的粒度、原礦倉礦石量等調(diào)整，造成各臺設(shè)備產(chǎn)能不匹配，經(jīng)常造成堵料、斷料等問題。為了解決上述問題，需對這些設(shè)備采用調(diào)速控制。以前普遍采用滑差調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、直流調(diào)速等，這些調(diào)速系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、調(diào)速性能差等缺點，目前大多已被先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)所取代。并且通過變頻器還可實現(xiàn)礦石破碎篩分系統(tǒng)的軟啟動，不再單獨設(shè)置降壓啟動電路，簡化了控制線路，降低了啟動電流，啟動過程平穩(wěn)、可靠，所以最終選擇變頻器實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)速需求。利用變頻調(diào)速技術(shù)控制破碎機(jī)、皮帶運輸機(jī)、振動篩的拖動系統(tǒng)，滿足了系統(tǒng)各設(shè)備之間根據(jù)礦石情況調(diào)整運行速度的目的，做到了產(chǎn)能匹配，提高了礦石破碎、篩分生產(chǎn)系統(tǒng)的效率，節(jié)能效果明顯。

變頻器需要具有穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動態(tài)特性及超強(qiáng)的過載能力等。經(jīng)過比較，選擇了性價比較高的英威騰變頻器。

3.2 PLC選擇

可編程控制器(PLC)作為一種先進(jìn)的自動控制裝置，具有編程靈活、功能強(qiáng)大、調(diào)試使用方便、性價比高等眾多優(yōu)點，特別是其適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的能力和高可靠性，使其得到廣泛應(yīng)用，故決定采用PLC來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)除了變頻器所具有的故障自診斷功能和各種保護(hù)功能外，通過PLC實現(xiàn)了系統(tǒng)的短路、過壓、欠壓、過流等保護(hù)及開關(guān)機(jī)順序、控制回路保護(hù)、電機(jī)過熱報警等功能。并且運用組態(tài)軟件設(shè)計了功能豐富、生動直觀的監(jiān)控流程畫面，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程信息的集中顯示和處理。

選擇PLC的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證可靠、使用維護(hù)方便以及最佳的性價比。選擇PLC機(jī)型時，可以根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，產(chǎn)品的性能、技術(shù)指標(biāo)和用戶的使用要求加以選擇。根據(jù)該控制系統(tǒng)輸入輸出點數(shù)，并考慮到I/O端口的分組情況以及隔離與接地要求，選擇了西門子公司的SIMATIC S7- 300。

3.3 控制方式設(shè)計

從靈活高效、安全可靠的原則出發(fā)，設(shè)計了3種控制方式：(1)操作臺控制，作為監(jiān)控站失效時的備用;(2)計算機(jī)控制，正常生產(chǎn)時使用，工人通過監(jiān)控站畫面實現(xiàn)設(shè)備單動或聯(lián)動;(3)就地控制，用機(jī)旁電氣開關(guān)實現(xiàn)設(shè)備的啟/停，用于設(shè)備試車、檢修、緊急事故處理。在PLC柜上設(shè)有轉(zhuǎn)換預(yù)置按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)，可在3種控制方式間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

計算機(jī)采用工控機(jī)，使用WinCC組態(tài)軟件。WinCC是西門子控制系統(tǒng)的人機(jī)界面組件，只要在組態(tài)時設(shè)置通信參數(shù)和PLC類型，并在監(jiān)控畫面的控件屬性中設(shè)置正確的字地址或PLC位地址，監(jiān)控軟件就能建立起與PLC內(nèi)部地址的通信和連接。利用WinCC豐富的用戶函數(shù)和強(qiáng)大的圖形組態(tài)技術(shù)，設(shè)計了以下功能：(1)流程監(jiān)控畫面。通過數(shù)字、動態(tài)、閃爍、變色、曲線及棒圖的方式實時監(jiān)視各工藝參數(shù)、電氣設(shè)備的工況。操作人員點擊畫面按鈕可以實現(xiàn)全線設(shè)備聯(lián)動啟/停、單動啟/停、現(xiàn)場詢問、緊急停車等控制功能;(2)自動報表。在監(jiān)控畫面設(shè)計了報表打印按鈕，可以將生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)按生產(chǎn)班次定時打印，也可以在任何需要的時候進(jìn)行打印;(3)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計。對設(shè)備的啟/停時間、啟/停次數(shù)累計、班運轉(zhuǎn)時間等信息自動記錄并顯示，對于合理安排設(shè)備檢修和生產(chǎn)具有重要意義;(4)報警功能。在每幅畫面上都有報警標(biāo)志，工藝參數(shù)異常、設(shè)備故障都會觸發(fā)相應(yīng)的報警，每次報警都有詳細(xì)的原因解釋和說明，并有完善的報警屏蔽、報警確認(rèn)和報警歷史記錄; (5)權(quán)限安全設(shè)置。通過設(shè)置工程師和操作員2級權(quán)限，明確了管理和生產(chǎn)操作職責(zé)，防止了誤操作，有效的增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、安全性。

4 運行中發(fā)現(xiàn)的問題及解決方案

4.1 皮帶跑偏

皮帶在運行中有時會跑偏，如不及時停機(jī)，會損壞皮帶。為解決這個問題，在皮帶機(jī)上加裝了跑偏開關(guān)。當(dāng)皮帶跑偏時，跑偏開關(guān)動作，皮帶機(jī)停機(jī)。

4.2 皮帶打滑

運行中發(fā)現(xiàn)當(dāng)皮帶粘上泥水、主動滾筒磨損大、皮帶異?？ㄋ阑蚪o料量太大等情況時，皮帶會打滑，造成系統(tǒng)不能正常運行，如不及時停機(jī)，會造成皮帶磨損。為解決這個問題，給皮帶機(jī)加裝了速度開關(guān)，用于檢測皮帶運行速度，以便判斷皮帶運行速度是否正常。打滑發(fā)生時，可立即停機(jī)。

4.3 設(shè)備順序啟動延時時間不合理

按系統(tǒng)要求，開機(jī)時設(shè)備的啟動要按一定的順序，每臺設(shè)備的啟動都有一定的啟動時間，而這些時間對于每臺設(shè)備可能是不同的，因此設(shè)備的啟動完畢應(yīng)包括啟動時間。在試運行時，因延時時間設(shè)定不合理，造成前面啟動的設(shè)備啟動沒完成，后面設(shè)備已啟動的現(xiàn)象。通過單機(jī)試車測定每臺設(shè)備的啟動時間，重新設(shè)定延時時間解決了問題。

4.4 控制室操作人員看不到現(xiàn)場情況

控制室計算機(jī)操作人員看不到現(xiàn)場具體情況，當(dāng)現(xiàn)場、設(shè)備有異常時，不能及時采取相應(yīng)的控制措施。針對這個問題，安裝了一套視頻監(jiān)控設(shè)備，使操作人員在控制室就能看到現(xiàn)場及每臺設(shè)備的視頻圖像，能及時了解現(xiàn)場及設(shè)備運行情況，提高了管理水平。

5 運行結(jié)果

上述系統(tǒng)于2012年8月在公司成功投入使用，取得了良好的效果，與傳統(tǒng)的礦石破碎篩分系統(tǒng)相比：(1)生產(chǎn)效率顯著提高。因設(shè)備調(diào)速運行，使各臺設(shè)備產(chǎn)能匹配，解決了堵料、斷料現(xiàn)象，處理能力得到充分發(fā)揮，臺時處理量提高15%，每天多破碎礦石300 t，綜合電耗降低了30%;(2)系統(tǒng)故障率低，維護(hù)工作量小，設(shè)備穩(wěn)定運轉(zhuǎn)得到充分保障;(3)設(shè)備得到有效保護(hù)。破碎機(jī)、皮帶運輸機(jī)、振動篩負(fù)荷電流受到監(jiān)控，一旦超限會及時聯(lián)鎖制動和報警，解決了因為堵料造成皮帶燒毀、電機(jī)因超載損壞等問題，設(shè)備維修費用下降25%;(4)因?qū)崿F(xiàn)了自動控制，減少了人員編制，每班操作人員由5人減為2人，按總計4班計算，共減少12人，每年節(jié)省工資約36萬元。

6 結(jié)束語

從實際生產(chǎn)效果看，該系統(tǒng)設(shè)計合理，運行可靠，自動化程度高，顯著提高了生產(chǎn)效率。同時通過變頻調(diào)速器最大限度地節(jié)約了電能，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)電率可達(dá)30%以上，顯著地提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 張培志. 電氣控制與可編程控制器[M]. 第1版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007:1-31，80-84.

[2] 王永華，王東云，宋寅卯，等.現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù)[M]. 第1版. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002:1-35，69-62.

[3] 方承遠(yuǎn)，張振國.工廠電氣控制技術(shù)[M]. 第3版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2007:3-153.

[4] 周亞軍,張衛(wèi).電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2008: 1-59、127-150.

[5] 顧繩谷.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)[M]. 第3版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006:140-144.

[6] 林明星，董愛梅，張華強(qiáng)，等. 電氣控制及可編程序控制器[M]. 第1版. 機(jī)械工業(yè)出版社,2004:75-159.

Application of PLC Frequency Control System in Ore Crushing and Screening System

ZHOU Dong-liang

The target of auto-control in ore crushing and screening system was achieved by utilizing computer, PLC and frequency converter in a plant. The paper introduces the control system components, selection, application and implementing effect.

frequency control; PLC; screening system; crusher

2014-12-26

周棟梁(1968—)，男，甘肅省榆中人，大學(xué)本科，電氣工程師，現(xiàn)從事電氣技術(shù)管理工作。

TM921.51

B

1008-5122(2015)04-0041-03