羅 敏 張 磊

(1.河北鋼鐵集團(tuán)司家營(yíng)研山鐵礦有限公司；2.河北鋼鐵集團(tuán)機(jī)電檢修公司)

RPS16-170/180高壓輥磨機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅 敏1張 磊2

(1.河北鋼鐵集團(tuán)司家營(yíng)研山鐵礦有限公司；2.河北鋼鐵集團(tuán)機(jī)電檢修公司)

通過(guò)專用PLC和上位機(jī)監(jiān)控軟件，對(duì)輥壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所需要的所有操作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，專門的控制系統(tǒng)既滿足了設(shè)備工藝所提出的所有技術(shù)要求，又便于用戶操作，操作員除對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和偶爾的調(diào)整外，不需進(jìn)行任何操控。該智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)提高RPS16-170/180高壓輥磨機(jī)運(yùn)行可靠性，保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等都起到了重要作用。

研山鐵礦 高壓輥磨機(jī) ROLCOX 自動(dòng)控制

河北鋼鐵集團(tuán)司家營(yíng)研山鐵礦本著設(shè)備現(xiàn)代化、自動(dòng)化的原則，引進(jìn)KHD公司新型、高效、低耗的高壓輥磨機(jī)，機(jī)器型號(hào)為RPS16-170/180，輥直徑1 700 mm，輥寬1 800 mm，給料粒級(jí)為12～50 mm的中碎產(chǎn)品。高壓輥磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中要求對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如壓力、電機(jī)功率以及輥?zhàn)娱g隙等，以保證在運(yùn)行過(guò)程中保持穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。研山鐵礦在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)設(shè)計(jì)了與KHD公司輥壓機(jī)配套的智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器，通過(guò)設(shè)計(jì)專用控制程序進(jìn)而滿足設(shè)備工藝所提出的技術(shù)要求，便于用戶操作，對(duì)提高其運(yùn)行可靠性，保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等都起到了重要作用。

1 高壓輥磨機(jī)的工作原理

高壓輥磨機(jī)主體為框架結(jié)構(gòu)，由一個(gè)靜輥和一個(gè)動(dòng)輥組成，兩個(gè)輥?zhàn)釉谥麟姍C(jī)的驅(qū)動(dòng)下做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，動(dòng)輥被一組液壓缸推動(dòng)從而做水平方向滑動(dòng)，并與定輥保持一定的間隙。當(dāng)預(yù)粉碎的礦石靠自重流入兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)又g時(shí)，除了與輥面直接接觸的物料受到輥面直接的壓力外，兩輥間隙內(nèi)的物料還被兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)訅簩?shí)，物料因承受了多點(diǎn)壓力而被破碎，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)粉磨的過(guò)程。

2 高壓輥磨機(jī)自控系統(tǒng)

高壓輥磨機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括PLC和上位機(jī)監(jiān)控軟件，PLC選用SIEMENS的SIMATIC S7-300的CPU；上位機(jī)監(jiān)控軟件選用SIEMENS的WINCC組態(tài)軟件。輥磨機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線和中控室連接。為了輥壓機(jī)運(yùn)行安全，主電機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)總是設(shè)定位離散的IO點(diǎn)。系統(tǒng)可對(duì)輥縫、壓力、軸承溫度、潤(rùn)滑等進(jìn)行檢測(cè)并報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)輥磨機(jī)本體的保護(hù)、自動(dòng)控制、顯示與報(bào)警。高壓輥磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)見圖1。

2.1 主要測(cè)量裝置

(1)壓力測(cè)量。壓力是通過(guò)動(dòng)輥?zhàn)笥覂蓚?cè)的壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量的，采用兩線制變送器，量程范圍為0～400 bar，輸出信號(hào)為4～20 mA。傳感器和變送器集合在一個(gè)盒子內(nèi)，一旦接線損壞即發(fā)出故障信號(hào)，輥壓機(jī)會(huì)立即停機(jī)。

(2)軸承間距測(cè)量。軸承間距在動(dòng)輥的左右兩側(cè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因無(wú)法直接監(jiān)測(cè)2個(gè)輥面內(nèi)的輥縫間距，通過(guò)監(jiān)測(cè)輥?zhàn)虞S承的間距可間接取得輥面之間的間隙。該傳感器為感應(yīng)式并帶變送器，變送器為4線制，測(cè)量范圍為0～100 mm，輸出信號(hào)為4～20 mA。一旦接線損壞即發(fā)出故障信號(hào)，輥壓機(jī)會(huì)立即停機(jī)。

(3)溫度測(cè)量。輥?zhàn)虞S承溫度和減速機(jī)油溫均分別采用PT100熱電阻進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些熱電阻均采用3線制接入溫度變送器，變送器采用兩線制，測(cè)量范圍為-20～+100 ℃，輸出信號(hào)為4～20 mA。一旦接線損壞即發(fā)出故障信號(hào)，輥壓機(jī)會(huì)立即停機(jī)。

2.2 上位機(jī)操作系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用WINCC組態(tài)軟件，由系統(tǒng)總覽畫面、輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)畫面(見圖2)、輥壓機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)畫面、歷時(shí)趨勢(shì)畫面、報(bào)警信息畫面組成。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程工藝流程及各參數(shù)的采集顯示、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及趨勢(shì)圖、生成報(bào)表等監(jiān)控功能。

圖1 高壓輥磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

圖2 液壓系統(tǒng)畫面

3 ROLCOX系統(tǒng)功能

ROLCOX是輥壓機(jī)綜合控制裝置，它對(duì)輥壓機(jī)驅(qū)動(dòng)，減速機(jī)潤(rùn)滑油泵，潤(rùn)滑脂泵，液壓泵和輥壓機(jī)正常運(yùn)行所要求的所有其他元件進(jìn)行控制。做為一個(gè)粉磨工藝的組合單元，輥壓機(jī)是一種整體，需要與其他單元之間有相應(yīng)的聯(lián)鎖回路(如喂料和出料設(shè)備等)，所有必需的信號(hào)都將在ROLCOX和SCADA之間傳送。

ROLCOX控制程序采用西門子step7語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)的主要控制功能有:①主電機(jī)、潤(rùn)滑油泵、液壓油泵、各電磁閥的起停順序和聯(lián)鎖控制；②主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流不超過(guò)額定值的110%，主傳動(dòng)電機(jī)繞組、軸承溫度超限報(bào)警停機(jī)；③保持輥?zhàn)悠叫?，并控制兩輥?zhàn)笥覀?cè)的間隙差小于6 mm；④保持兩輥間的壓力在設(shè)定的范圍內(nèi)恒定；⑤確保減速機(jī)油溫大于60 ℃時(shí)起動(dòng)冷卻系統(tǒng)，70 ℃時(shí)報(bào)警，85 ℃時(shí)停機(jī)，軸承溫度大于50 ℃時(shí)報(bào)警、停機(jī)；⑥主潤(rùn)滑泵、攪拌泵運(yùn)行、停止定時(shí)控制；⑦潤(rùn)滑流量報(bào)警等。

3.1 壓力控制功能

液壓系統(tǒng)主要完成的動(dòng)作包括退輥、進(jìn)輥、右側(cè)加壓、右側(cè)減壓、左側(cè)加壓、左側(cè)減壓、平行自動(dòng)控制、壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)等。主要通過(guò)對(duì)各個(gè)電磁閥和液壓電機(jī)的控制以及各種液壓系統(tǒng)信號(hào)的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)輥的移動(dòng)或加壓等過(guò)程。

系統(tǒng)壓力增加，動(dòng)輥開始向靜輥靠近。液壓系統(tǒng)壓力達(dá)到一定壓力誤差之值后，增壓閥按照壓力增壓周期設(shè)定的時(shí)間以脈沖方式進(jìn)行增壓[1]，以便使液壓系統(tǒng)在避免出現(xiàn)過(guò)壓現(xiàn)象的情況下，準(zhǔn)確穩(wěn)定地達(dá)到操作壓力設(shè)定值。達(dá)到設(shè)定壓力后增壓閥關(guān)閉，液壓泵停止運(yùn)行。

最大壓力取決于下列壓力值之和，即：操作壓力值+操作壓力最大增加值+壓力誤差值。該壓力受液壓泵限壓閥的最大操作壓力限制。

如果由于物料的變化造成系統(tǒng)壓力超過(guò)操作壓力值與壓力誤差值之和時(shí)，減壓用電磁閥將根據(jù)壓力降壓周期開停間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至壓力達(dá)到操作壓力之后所有閥關(guān)閉。壓力控制系統(tǒng)采取對(duì)左右壓力進(jìn)行獨(dú)立控制設(shè)計(jì)。為避免短期壓力波動(dòng)時(shí)電磁閥和液壓泵頻繁動(dòng)作，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的壓力偏差值之后延時(shí)3 s再進(jìn)行調(diào)節(jié)。

比壓力控制更重要的是對(duì)輥隙幾何形狀的監(jiān)測(cè)。保持輥?zhàn)釉谄叫械那闆r下運(yùn)行[2](在誤差范圍內(nèi))是優(yōu)先于保持輥?zhàn)觾蓚?cè)壓力一致的首要控制原則。這意味著在對(duì)輥隙進(jìn)行修正后輥?zhàn)觾蓚?cè)的實(shí)際壓力設(shè)定值可能會(huì)有不同。

3.2 按輥隙控制設(shè)定控制功能

該控制功能允許按料餅厚度隨時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力[3]。只有當(dāng)“壓力比”設(shè)定值輸入為>0 bar/mm時(shí)，該附加功能開始起作用。壓力大于0時(shí)，按輥隙設(shè)定的特性曲線見圖3。

4 結(jié) 論

高壓輥磨機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)專用控制程序滿足了設(shè)備工藝所提出的所有技術(shù)要求，便于用戶操作，輥壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，操作人員無(wú)需對(duì)設(shè)備進(jìn)行任何操作，對(duì)提高輥壓機(jī)運(yùn)行可靠性，保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等都起到了重要作用。

圖3 壓力大于0時(shí)，按輥隙設(shè)定特性曲線

[1] 任德樹，陳啟鴻.輥壓機(jī)料團(tuán)粉碎機(jī)理及在金屬礦山的應(yīng)用[J].金屬礦山，2007(5)：5-9.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：第二冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3] 李啟衡.碎礦與磨礦[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

2015-05-18)

羅 敏(1987—)，女，助理工程師，063000 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)。