基于PLC及傳感器技術(shù)的球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)

張紀(jì)華

（福建馬坑礦業(yè)股份有限公司一期選礦廠，福建 龍巖 364000）

球磨機(jī)是各個基礎(chǔ)行業(yè)中礦石磨漿的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)前應(yīng)用于金屬礦及非金屬礦的冶煉過程中。為加強(qiáng)球磨機(jī)運(yùn)行故障的控制與管理，隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，球磨機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計中也逐漸引入自動化技術(shù)，并且取得了較好的應(yīng)用效果。電氣控制作為球磨機(jī)運(yùn)行控制的關(guān)鍵系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)部分，也是當(dāng)前該領(lǐng)域研究和關(guān)注的重點(diǎn)。

1 PLC 及傳感器技術(shù)

PLC 控制是信息技術(shù)發(fā)展與廣泛應(yīng)用支持下實現(xiàn)的一種的自動化集中控制模式，采用PLC 控制進(jìn)行企業(yè)生產(chǎn)重要設(shè)備的運(yùn)行控制，不僅控制模式相對簡單、快捷，并且能夠通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)置實現(xiàn)現(xiàn)場信息與設(shè)備信息有效傳送，為設(shè)備運(yùn)行控制可靠性及其在企業(yè)生產(chǎn)使用中的穩(wěn)定性提供充分的保障和支持。傳感器通過對于現(xiàn)場基礎(chǔ)信息狀況的采集，將多種非電信號向標(biāo)準(zhǔn)的電信號轉(zhuǎn)化，為PLC提供更大程度的連接口，從而完成與PLC 的通信。

2 球磨機(jī)電氣系統(tǒng)

2.1 PLC 電氣勵磁裝置控制柜

同步高壓電機(jī)PLC 電氣勵磁裝置控制柜是電氣系統(tǒng)的核心部件，通過電氣控制柜可以完全顯示屏幕上各個系統(tǒng)完整的工作狀況，對各可控硅檢測溫度以及同步電機(jī)定子/轉(zhuǎn)子電流/電壓信號、功率因數(shù)等運(yùn)行的實際狀態(tài)進(jìn)行顯示，將所有的離散狀態(tài)的故障進(jìn)行集中控制，同時在屏幕上形成有效地處理，為電機(jī)的穩(wěn)定工作與運(yùn)行提供支持。以KGLF-2C 型同步電動機(jī)勵磁裝置為例，如下圖1所示。

圖1：KGLF-2C 型同步電動機(jī)勵磁裝置情況說明

上圖1所示的球磨機(jī)電氣勵磁裝置，其控制系統(tǒng)設(shè)計中，通過對S7200-PLC以及Pro-face GP37-24V 型觸摸屏的設(shè)計運(yùn)用，同時采用KGLF-2 型的微機(jī)勵磁控制器共同組成上述電氣勵磁裝置的控制系統(tǒng)，還針對該裝置的整流供電控制設(shè)置了6 只1000W 的KP500A 型晶閘管風(fēng)冷器件，由其共同構(gòu)成一個三相全控橋可控硅；通過全數(shù)字控制技術(shù)運(yùn)用，采用人機(jī)交互界面觸摸屏控制模式，利用計算機(jī)對轉(zhuǎn)差率檢測與運(yùn)行顯示、滅磁控制、故障診斷等功能進(jìn)行自動分析與支持。

2.2 高壓開關(guān)柜

球磨機(jī)電氣系統(tǒng)中，高壓開關(guān)柜是高壓電動機(jī)動力的主要來源，該裝置的重要部件為高壓真空斷路器。高壓開關(guān)柜的運(yùn)行控制受軟啟柜、潤滑油站、勵磁裝置等線路聯(lián)鎖影響，能夠通過外控箱進(jìn)行就地分合閘控制。

2.3 高低壓潤滑站

高低壓潤滑站工作運(yùn)行中采用自動控制模式，由PLC 控制中心控制。該系統(tǒng)一般配置有兩臺低壓油泵裝置，一臺工作運(yùn)行，另一臺作為備用，兩臺設(shè)備之間可以相互切換，此外還配備有兩臺高壓油泵，能夠同時啟動運(yùn)行，并且在低壓油泵啟動運(yùn)行1min 后進(jìn)行啟動工作，對潤滑站端口處的油溫一般控制為35 至45℃，在超出該范圍標(biāo)準(zhǔn)的情況下，就需要開通冷卻水，同時啟動冷卻器，或者是接通電加熱器，以進(jìn)行溫度控制。

2.4 磁控軟啟動裝置

磁控軟啟動裝置在高壓電機(jī)啟動運(yùn)行中為其提供磁控軟啟動支持。

此外，球磨機(jī)電氣系統(tǒng)中還包含各種儀器與儀表設(shè)備，像數(shù)顯溫控表、氣壓表以及油流量開關(guān)表、油壓表等。

3 球磨機(jī) PLC 及傳感器系統(tǒng)設(shè)計方案

3.1 設(shè)計方案

本文在進(jìn)行基于PLC 與傳感器技術(shù)的球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中，PLC 設(shè)計采用CPU 為KGLF-2C 全數(shù)字同步電動機(jī)勵磁裝置系統(tǒng)，通過S7200-PLC 及Pro-face CP37W2 的接觸屏實現(xiàn)整體的勵磁控制，整體的形式為全數(shù)字的控制系統(tǒng)，根據(jù)人機(jī)互動的方式進(jìn)行多種功能運(yùn)行。此外，在球磨機(jī)電氣系統(tǒng)的油站與勵磁柜分別進(jìn)行獨(dú)立的PLC 控制柜設(shè)置，通過與電氣系統(tǒng)集中控制裝置的共同作用，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行控制和故障診斷、管理。

3.1.1 信號采集分析

基于PLC 及傳感器技術(shù)的球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)中，信號采集包括溫度信號、壓力與流量信號等信號內(nèi)容。球磨機(jī)電氣系統(tǒng)運(yùn)行的溫度參數(shù)采集，主要集中在高壓同步電機(jī)前后軸承以及球磨機(jī)前后軸瓦、高低壓油站等溫度變化參數(shù)的采集與分析上；球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行壓力信號采集則是以高低壓油站以及空氣離合器氣囊壓力參數(shù)信息變化與檢測分析為主；流量信號主要是指高低壓油站的油流量變化信息，對該信號采集與壓力信號的采集應(yīng)用裝置相一致，均為電流為4-20MA 的對應(yīng)傳感器設(shè)備[2]。球磨機(jī)振動信號采集以小齒輪與軸瓦等振動部位為主，通過在小齒輪與軸瓦部位分別配置4 個相應(yīng)的振動傳感器，對其信號進(jìn)行采集，并由SM331 模擬量輸入模塊進(jìn)行采集，輸入到PLC，然后由SM332 模擬量輸出模塊向執(zhí)行器進(jìn)行控制輸出，以完成對信號的采集與控制管理。

3.1.2 控制運(yùn)行方案

上述控制系統(tǒng)運(yùn)行中，如果離合器的氣囊的壓力控制在合理的范圍中，可以進(jìn)行高壓電機(jī)的啟動，從而將勵磁控制在正常的狀態(tài)范圍之中，使其處于穩(wěn)妥的狀態(tài)。此外，球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)中還具有恒電流跟蹤補(bǔ)償控制方案，該方案能夠在球磨機(jī)電氣系統(tǒng)運(yùn)行中，針對同步電機(jī)投勵后快速、平穩(wěn)并且可靠的進(jìn)入同步運(yùn)行的控制要求，在對應(yīng)的控制裝置內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)勵整步控制方案，以滿足其運(yùn)行控制的功能和要求。

3.2 球磨機(jī)故障及控制分析

3.2.1 配套設(shè)備故障

通常球磨機(jī)的配套設(shè)備類型復(fù)雜，基于系統(tǒng)復(fù)雜程度較大的現(xiàn)實，需要通過集成的方式進(jìn)行統(tǒng)一處理，通過各系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，完成整個調(diào)試工作的簡化，一定程度將工作的效率提升。以集成化控制為理論基礎(chǔ)，將控制單元與低壓電氣系統(tǒng)柜集成控制，可以減少不必要的冗余雜線的連接，實現(xiàn)整體功能結(jié)構(gòu)的簡化，一定程度將安裝、維護(hù)、調(diào)試的工作減少，大幅度節(jié)約了成本[3]。

3.2.2 球磨機(jī)系統(tǒng)震動及誤停

如果球磨系統(tǒng)有過度的震動及電磁的系統(tǒng)干擾，都會一定程度上引起設(shè)備的誤停，如果齒輪有質(zhì)量問題，潤滑的程度不夠，也會導(dǎo)致過度震動的情況發(fā)生，對于這些問題的解決通常需要通過溫度傳感器完成良好的溫度控制，若有震動的發(fā)生及時解決，強(qiáng)化整體的設(shè)備狀態(tài)養(yǎng)護(hù)，維持良好的設(shè)備穩(wěn)定形式。

3.2.3 球磨機(jī)小齒輪副震動

球磨機(jī)小齒輪副震動作為球磨機(jī)運(yùn)行中常見故障，對其設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行存在著較大的不利影響。如果球磨小齒輪的輪齒有副震動的不符合標(biāo)準(zhǔn)，則會引起其自身的損毀以及整個設(shè)備系統(tǒng)的破壞，因此需要通過必要的措施將震動控制在規(guī)定的范圍中，從而將小齒輪的副震動情況完全消除，方可再次投入使用。

4 結(jié)語

球磨電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，涉及的控制點(diǎn)的內(nèi)容較多，對于工藝的要求程度也更高，為了實現(xiàn)更加新穎、完善的方法的提供，應(yīng)該逐步進(jìn)行整體控制技術(shù)的優(yōu)化，如控制方法的優(yōu)化等，PLC 及傳感器在球磨電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用，較大程度上提升了整體工作的效率，可以在各有需求的行業(yè)中應(yīng)用推廣。