【摘 要】本文用可編程序控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)粗破碎系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)控，解決了破碎機(jī)持續(xù)擠滿(mǎn)給料問(wèn)題，提高了破碎效率。

【關(guān)鍵詞】顎式破碎機(jī)；自動(dòng)化；PLC

富全礦業(yè)井下粗破碎系統(tǒng)主要設(shè)備包括板式給礦機(jī)及顎式破碎機(jī)各一臺(tái)。為保證下道工序的流暢性，破碎機(jī)的破碎礦石粒度需控制在200mm以?xún)?nèi)。根據(jù)顎式破碎機(jī)的工作原理，板式給礦機(jī)的給料量達(dá)到破碎腔容積的2/3時(shí)，破碎機(jī)的工作效率最高，能較好的控制礦石粒度。

1 粗破碎系統(tǒng)原控制系統(tǒng)存在的不足

1.1 所有設(shè)備均采用單一接觸器式啟?？刂苹芈?，控制方式為手動(dòng)分散控制，破碎機(jī)與給礦機(jī)只設(shè)有簡(jiǎn)單的啟停控制聯(lián)鎖，自動(dòng)化程度偏低。

1.2 手動(dòng)給定頻率調(diào)節(jié)板式給礦機(jī)轉(zhuǎn)速，控制精度低，無(wú)法持續(xù)保證破碎腔的料位，導(dǎo)致破碎礦石粒度變化較大，有時(shí)超出規(guī)定要求。

1.3 完全依靠現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)受人為因素影響較大。如果系統(tǒng)中的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就可能導(dǎo)致破碎礦石粒度過(guò)大、破碎機(jī)堵礦停機(jī)，甚至造成設(shè)備損壞，影響各工序正常生產(chǎn)。

1.4 由于現(xiàn)場(chǎng)粉塵多、噪聲高、機(jī)械振動(dòng)大，導(dǎo)致電氣故障的發(fā)生率偏高。

1.5 各設(shè)備電氣保護(hù)可靠性較低，操作人員無(wú)法直觀獲取設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及報(bào)警信息，造成設(shè)備故障率偏高。

2 自動(dòng)化控制要求

為了提高粗破碎系統(tǒng)的可靠性、安全性、可擴(kuò)展性和自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)粗破工序的生產(chǎn)自動(dòng)控制，建立以可編程序控制器PLC為核心的控制系統(tǒng)，具有操作簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。

2.1 自動(dòng)延時(shí)順序啟動(dòng)和停機(jī)

啟動(dòng)流程：1）首先判斷下部礦倉(cāng)料位是否是高料位；2）判斷主溜井料位是否是低料位；3）然后啟動(dòng)破碎機(jī)；4）當(dāng)有破碎機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)10s后再啟動(dòng)板式給料機(jī)及變頻風(fēng)扇電機(jī)。

停止流程：1）先停止板式給礦機(jī)；2）延時(shí)30s停止破碎機(jī)。

2.2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下部礦倉(cāng)料位、主溜井料位、顎口料位、破碎機(jī)和板式給料機(jī)電流及溫度。

當(dāng)檢測(cè)到破碎機(jī)和板式給料機(jī)電流突然增大時(shí)，則按順序停車(chē)，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

當(dāng)檢測(cè)到破碎機(jī)飛輪側(cè)、慣性輪測(cè)軸承和動(dòng)顎基座的油溫超過(guò)70℃時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)破碎機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到某部位出現(xiàn)故障時(shí)，相關(guān)設(shè)備必須按順序及時(shí)停機(jī)，以免故障范圍擴(kuò)大。

2.3 破碎機(jī)擠滿(mǎn)給料

根據(jù)長(zhǎng)期觀察，當(dāng)破碎腔內(nèi)料位達(dá)到2/3高度時(shí)，能實(shí)現(xiàn)礦石間的互相擠壓，提高破碎效率，最大限度避免大塊礦石的出現(xiàn)。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)破碎腔內(nèi)料位高度，將料位高度送入到PLC中，PLC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，根據(jù)料位的設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)板式給礦機(jī)變頻器頻率，從而達(dá)到料穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)。

2.4 手動(dòng)和自動(dòng)切換

手動(dòng)控制方式用于單獨(dú)啟停各設(shè)備，自動(dòng)控制方式用于根據(jù)系統(tǒng)工作需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制。生產(chǎn)過(guò)程以自動(dòng)控制為主，手動(dòng)方式僅在應(yīng)急操作、單機(jī)調(diào)試和檢修等情況下使用。若遇緊急情況，則按急停按鈕停機(jī)。

2.5 針對(duì)352破碎硐室粉塵較多的情況，為降低粉塵，保護(hù)操作人員及減少設(shè)備因粉塵引起的故障，在下部礦倉(cāng)下料口添加噴霧除塵裝置，可根據(jù)礦石的濕度及粉塵情況，設(shè)定手動(dòng)或自動(dòng)啟動(dòng)噴霧除塵裝置。

3 PLC控制硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、模擬量的傳感器、變送器、開(kāi)關(guān)量輸入輸出設(shè)備、一臺(tái)程控柜和兩臺(tái)動(dòng)力柜組成。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)、電磁閥、指示燈、組態(tài)軟件、工控機(jī)等，輸入設(shè)備有主令開(kāi)關(guān)、啟停和復(fù)位按鈕，電流、溫度和壓力傳感器等，輸出設(shè)備主要有接觸器、變頻器、電磁閥、指示燈、報(bào)警器等。動(dòng)力柜中配置電源開(kāi)關(guān)、交流接觸器、變頻器等，程控柜中配置可編程序控制器、控制操作臺(tái)。

系統(tǒng)以PLC為控制核心，專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制的新一代工業(yè)控制裝置，PLC編程簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，能夠滿(mǎn)足破碎站控制系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、干擾源多、運(yùn)行環(huán)境差的要求。

系統(tǒng)采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-200系列小型PLC。PLC硬件選擇：CPU226單元；EM231模擬量輸入模塊；CP243-1以太網(wǎng)通訊模塊。系統(tǒng)通過(guò)紅外料位計(jì)、紅外測(cè)溫儀、電流變送器、頻率信號(hào)變送器等裝置，采集各部位料位信號(hào)、電流信號(hào)、溫度信號(hào)和頻率信號(hào)送入PLC參與系統(tǒng)控制。同時(shí)為將破碎自動(dòng)化系統(tǒng)融入公司集控系統(tǒng)，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的，系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊，將采集到的信號(hào)先經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后，再通過(guò)光纜傳輸至井上調(diào)度集控中心，進(jìn)入公司集控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與公司自動(dòng)化集控系統(tǒng)的完美融合。

圖1

圖2

4 PLC程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)方式設(shè)計(jì)破碎站控制程序，以提高程序的編程效率和可讀性。設(shè)計(jì)時(shí)盡可能提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化操作步驟，給操作人員提供基于WINCC組態(tài)軟件的人機(jī)操作界面。該界面功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，最大程度上減少人為因素對(duì)設(shè)備的影響及操作人員的工作量。同時(shí)考慮系統(tǒng)應(yīng)有足夠的靈活性，以適應(yīng)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況。PLC程序采用梯形圖編制，程序包含手動(dòng)和自動(dòng)方式切換。其中手動(dòng)方式主要用于單體設(shè)備的調(diào)試和檢修。

系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，受控于上位計(jì)算機(jī)，上位計(jì)算機(jī)將初始化流程和取消流程，通過(guò)采集到的主溜井及下部礦倉(cāng)料位及各設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)PLC分析判斷后給出控制命令，并由操作人員確認(rèn)后設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備運(yùn)行中，破碎機(jī)顎口料位實(shí)時(shí)反饋至PLC，經(jīng)分析判斷后，根據(jù)設(shè)定的料位值閉環(huán)控制板式給礦機(jī)的給礦頻率，保持顎口料位穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)擠滿(mǎn)給礦。同時(shí)操作人員可根據(jù)破碎機(jī)襯板磨損情況，修改板式給礦機(jī)運(yùn)行頻率上限設(shè)定值，從而保證給料速度滿(mǎn)足顎口料位要求。具體流程見(jiàn)圖2。

設(shè)備自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行中均能實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，主要有各設(shè)備的運(yùn)行電流、頻率、各部分溫度，并實(shí)時(shí)反饋到人機(jī)界面，同時(shí)生成并保存歷史曲線以備查詢(xún)。各參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)彈出報(bào)警信息并發(fā)出報(bào)警聲響，嚴(yán)重異常時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。

噴霧除塵裝置有解鎖（手動(dòng)）和聯(lián)鎖運(yùn)行兩種方式，操作人員可根據(jù)礦石濕度及粉塵情況，選擇運(yùn)行方式。聯(lián)鎖運(yùn)行時(shí)的聯(lián)鎖設(shè)備為板式給礦機(jī)，投入聯(lián)鎖時(shí)，板式給礦機(jī)運(yùn)行，噴霧裝置同步運(yùn)行。解鎖運(yùn)行時(shí)，可遠(yuǎn)程手動(dòng)啟停噴霧裝置。

系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖3所示。

另外，在破碎機(jī)下料口上方安裝監(jiān)控?cái)z像頭，方便操作人員監(jiān)控實(shí)際顎口料位，并與料位計(jì)采集的信號(hào)做出對(duì)比，以便及時(shí)調(diào)整板式給礦機(jī)給料頻率的上限值，使破碎腔料位始終維持在2/3料位水平，保證礦石的破碎粒度，提高設(shè)備破碎效率。

5 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

5.1 系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)能連續(xù)保持顎式破碎機(jī)破碎腔高料位，實(shí)現(xiàn)擠滿(mǎn)給礦，增大破碎比，提高破碎效率，減少襯板磨損，降低材料消耗

5.2 提高了設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化水平，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境

5.3 系統(tǒng)配備了完善的保護(hù)及設(shè)備聯(lián)鎖，避免了人員過(guò)多參與操作時(shí)造成的誤操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障及料位報(bào)警時(shí)能及時(shí)停機(jī)，避免設(shè)備損壞和故障范圍的擴(kuò)大，減少損失

5.4 系統(tǒng)具備設(shè)備報(bào)警信息和參數(shù)曲線歷史查詢(xún)功能，有助于技術(shù)人員分析故障現(xiàn)象，找出故障原因，及時(shí)找出處理方法，從而避免類(lèi)似故障的再次發(fā)生

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