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變頻調速控制系統(tǒng)在礦石破碎篩分系統(tǒng)的應用

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、PLC、變頻器實現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、應用及實施效果。

變頻調速; PLC; 篩分系統(tǒng); 破碎機

0 前言

某公司的石灰石礦山以開采出售石灰石原礦為主，產品附加值低，利潤薄，造成公司經濟效益較差。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

經反復討論研究，公司選擇的礦石破碎篩分系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

礦石由礦倉經振動給料機(15 kW)進入粗破碎機(110 kW)，破碎后經2號給料機(15 kW)進入2臺細破碎機(2×37 kW)，破碎后由皮帶運輸機(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(3×7.5 kW)運送到堆料場，最上層篩分出的大塊礦石經回料皮帶(5.5 kW)輸送到4號顎式破碎機(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)主要負責破碎、篩分及輸送皮帶的啟/?？刂?、聯鎖控制及保護，以及對設備運行狀態(tài)和關鍵參數的監(jiān)測記錄，包括2臺振動給料機、4臺顎式破碎機、1臺振動篩及5臺皮帶運輸機的電機啟/?？刂?、電機過載(熱繼電器狀態(tài))的監(jiān)測及自動聯鎖。

該系統(tǒng)共有12臺設備組成，控制環(huán)節(jié)較多，系統(tǒng)較復雜，且開機、停機要按一定順序。為降低大功率電機啟動電流，不僅要降壓啟動，還要有保護裝置。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、勞動強度高。并且破碎機、振動給礦機、振動篩、皮帶機處于工頻恒速運行狀態(tài)，不能隨礦石的粒度、原礦倉礦石量等調整，造成各臺設備產能不匹配，經常造成堵料、斷料等，影響生產，不僅造成電能的巨大浪費，且影響電機和破碎機的使用壽命。

為了克服傳統(tǒng)控制線路的以上缺陷，根據前述控制要求，結合當前控制技術及電氣技術的發(fā)展，在充分考慮了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、通用性基礎上，設計了一套由計算機、可編程控制器(PLC)、變頻調速器組成的自動化礦石破碎篩分系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用集中式控制結構，分為3級：過程監(jiān)控站、PLC控制器、變頻調速器和現場電氣驅動及信號檢測。

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、振動給礦機、振動篩、皮帶機處于工頻恒速運行狀態(tài)，不能隨礦石的粒度、原礦倉礦石量等調整，造成各臺設備產能不匹配，經常造成堵料、斷料等問題。為了解決上述問題，需對這些設備采用調速控制。以前普遍采用滑差調速、調壓調速、直流調速等，這些調速系統(tǒng)存在結構復雜、故障率高、調速性能差等缺點，目前大多已被先進的變頻調速技術所取代。并且通過變頻器還可實現礦石破碎篩分系統(tǒng)的軟啟動，不再單獨設置降壓啟動電路，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系統(tǒng)的調速需求。利用變頻調速技術控制破碎機、皮帶運輸機、振動篩的拖動系統(tǒng)，滿足了系統(tǒng)各設備之間根據礦石情況調整運行速度的目的，做到了產能匹配，提高了礦石破碎、篩分生產系統(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、低速高轉矩輸出、良好的動態(tài)特性及超強的過載能力等。經過比較，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)作為一種先進的自動控制裝置，具有編程靈活、功能強大、調試使用方便、性價比高等眾多優(yōu)點，特別是其適應各種工業(yè)環(huán)境的能力和高可靠性，使其得到廣泛應用，故決定采用PLC來實現控制系統(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功能外，通過PLC實現了系統(tǒng)的短路、過壓、欠壓、過流等保護及開關機順序、控制回路保護、電機過熱報警等功能。并且運用組態(tài)軟件設計了功能豐富、生動直觀的監(jiān)控流程畫面，實現了生產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、使用維護方便以及最佳的性價比。選擇PLC機型時，可以根據系統(tǒng)的控制要求，產品的性能、技術指標和用戶的使用要求加以選擇。根據該控制系統(tǒng)輸入輸出點數，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 控制方式設計

從靈活高效、安全可靠的原則出發(fā)，設計了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)計算機控制，正常生產時使用，工人通過監(jiān)控站畫面實現設備單動或聯動;(3)就地控制，用機旁電氣開關實現設備的啟/停，用于設備試車、檢修、緊急事故處理。在PLC柜上設有轉換預置按鈕和轉換開關，可在3種控制方式間進行轉換。

計算機采用工控機，使用WinCC組態(tài)軟件。WinCC是西門子控制系統(tǒng)的人機界面組件，只要在組態(tài)時設置通信參數和PLC類型，并在監(jiān)控畫面的控件屬性中設置正確的字地址或PLC位地址，監(jiān)控軟件就能建立起與PLC內部地址的通信和連接。利用WinCC豐富的用戶函數和強大的圖形組態(tài)技術，設計了以下功能：(1)流程監(jiān)控畫面。通過數字、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、電氣設備的工況。操作人員點擊畫面按鈕可以實現全線設備聯動啟/停、單動啟/停、現場詢問、緊急停車等控制功能;(2)自動報表。在監(jiān)控畫面設計了報表打印按鈕，可以將生產統(tǒng)計數據按生產班次定時打印，也可以在任何需要的時候進行打印;(3)生產數據統(tǒng)計。對設備的啟/停時間、啟/停次數累計、班運轉時間等信息自動記錄并顯示，對于合理安排設備檢修和生產具有重要意義;(4)報警功能。在每幅畫面上都有報警標志，工藝參數異常、設備故障都會觸發(fā)相應的報警，每次報警都有詳細的原因解釋和說明，并有完善的報警屏蔽、報警確認和報警歷史記錄; (5)權限安全設置。通過設置工程師和操作員2級權限，明確了管理和生產操作職責，防止了誤操作，有效的增強了系統(tǒng)的可靠性、安全性。

4 運行中發(fā)現的問題及解決方案

4.1 皮帶跑偏

皮帶在運行中有時會跑偏，如不及時停機，會損壞皮帶。為解決這個問題，在皮帶機上加裝了跑偏開關。當皮帶跑偏時，跑偏開關動作，皮帶機停機。

4.2 皮帶打滑

運行中發(fā)現當皮帶粘上泥水、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，會造成皮帶磨損。為解決這個問題，給皮帶機加裝了速度開關，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。

4.3 設備順序啟動延時時間不合理

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

4.4 控制室操作人員看不到現場情況

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

5 運行結果

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)生產效率顯著提高。因設備調速運行，使各臺設備產能匹配，解決了堵料、斷料現象，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，維護工作量小，設備穩(wěn)定運轉得到充分保障;(3)設備得到有效保護。破碎機、皮帶運輸機、振動篩負荷電流受到監(jiān)控，一旦超限會及時聯鎖制動和報警，解決了因為堵料造成皮帶燒毀、電機因超載損壞等問題，設備維修費用下降25%;(4)因實現了自動控制，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 結束語

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

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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，大學本科，電氣工程師，現從事電氣技術管理工作。

TM921.51

B

1008-5122(2015)04-0041-03