曹彩娜（天津天鐵冶金集團有限公司石灰石礦，河北涉縣056404）

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天鐵集團石灰石礦原料破碎系統(tǒng)的自動控制

曹彩娜
（天津天鐵冶金集團有限公司石灰石礦，河北涉縣056404）

［摘要］為滿足生產需求，對石灰石礦原料破碎系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)進行改造，引進了自動控制系統(tǒng)。該自動控制系統(tǒng)包括破碎全流程集中控制系統(tǒng)，破碎機控制系統(tǒng)，礦倉料位控制系統(tǒng)和工藝流程實時監(jiān)控系統(tǒng)4個部分，實現(xiàn)了遠程集中控制，降低了能耗，提高了勞動生產率，能夠滿足生產需要。

［關鍵詞］破碎；系統(tǒng)；自動控制；可編程序控制器；變頻器

1　引言

天鐵集團石灰石礦破碎系統(tǒng)生產線用于石灰石的破碎，原料是礦山開采的原礦。原礦經過顎式破碎機擠壓粗破，再經圓錐破碎機二次破碎后篩分分級，獲得石灰石成品，石灰石成品根據(jù)粒級不同分別用于煅燒活性石灰和公司基建。由于原有生產系統(tǒng)存在一定缺陷，在近期系統(tǒng)更新中，對電氣控制進行了升級改造。

2　破碎系統(tǒng)生產工藝流程

汽車運輸石灰石原礦（≤800 mm）卸至下料口，經九軸輸送機輸送至顎式破碎機破碎（粗破），破碎后的物料由1#皮帶輸送至圓錐破碎機二次破碎，再由2#皮帶輸送至1#、2#斗提提升機提升至成品罐倉頂部，經篩分系統(tǒng)篩分分級為0～5 mm，10～20 mm、20～40 mm、40～80 mm 4種規(guī)格粒級的成品原料，再由皮帶分別輸送至4個料倉內。破碎系統(tǒng)生產工藝流程見圖1。

圖1　破碎系統(tǒng)生產工藝流程

3　自動控制的應用背景

由于原破碎系統(tǒng)生產線始建于20世紀70年代初，設備間的聯(lián)鎖靠一些簡單的邏輯控制的電子器件：如中間繼電器、接觸器等來實現(xiàn)，這些電子器件工作環(huán)境要求高、抗干擾能力差、穩(wěn)定性差，但現(xiàn)場噪聲大，粉塵濃度高，經常導致其損壞，這樣就使破碎生產的工藝參數(shù)和儀表監(jiān)測難以控制，經常發(fā)生設備故障和生產事故，雖然后來陸續(xù)引入了新的電氣設備，但并沒有解決根本問題。九軸給料機、顎式破碎機和圓錐破碎機是破碎系統(tǒng)的主體設備，調整九軸的轉速可以調整給料速度，九軸給料機采用三相交流換向器調速電機，料流的調節(jié)靠調節(jié)電機上的刷移機構。由于現(xiàn)場環(huán)境差，經常造成換向器上的碳刷和銅頭接觸不良而發(fā)生打火，設備故障率高；另外，此種調節(jié)方式靈活性差，精確度低，經常出現(xiàn)調整后造成料流過大或過低，進而造成破碎機缺料或堵料現(xiàn)象，影響正常生產。顎式破碎機功率大，配備高啟動轉矩的繞線式異步電動機，采用轉子串聯(lián)頻敏變阻器降壓啟動，啟動過程復雜，能耗高，而且轉子碳刷經常損壞。圓錐破碎機采用深鼠籠異步電機，直接啟動，能耗高。此時，破碎系統(tǒng)生產線的控制靠現(xiàn)場單機操作，控制簡單，啟停設備須現(xiàn)場操作，人員勞動強度大，能耗高，易發(fā)生設備故障及生產事故，已不能滿足生產的需要，這樣就需要對電氣部分進行升級改造，經研究，引入了自動控制系統(tǒng)。

4　電氣控制系統(tǒng)介紹

4.1控制系統(tǒng)硬件組成

自動控制系統(tǒng)采用兩級微機控制系統(tǒng)，上位機為硏華工業(yè)控制機，下位機的控制核心部分采用西門子PLC（可編程序控制器）S7-300系統(tǒng)，結合儀表控制、電氣控制和計算機控制系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)了破碎作業(yè)全過程自動化控制。工控機適應于工業(yè)控制場合，可以24 h連續(xù)工作，抗干擾、抗灰塵、散熱好、運行速度高，上位機操作界面采用西門子WINCC人機接口軟件。該軟件使用方便、操作簡單，西門子S7-300PLC系統(tǒng)功能強、價格低、便于維護、便于擴展，其配置見圖2。

圖2　PLC配置圖

4.2破碎系統(tǒng)自動控制的組成及功能

破碎系統(tǒng)自動控制主要包括4個部分：破碎全流程集中控制系統(tǒng)、破碎機控制系統(tǒng)、礦倉料位控制系統(tǒng)和工藝流程實時監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2.1破碎全流程集中控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括3種控制方式：集中自動控制，集中手動控制和單臺設備手動控制。集中自動控制實現(xiàn)了給料、破碎加工和成品運轉的全自動控制，它是正常生產的一般狀態(tài)，全部設備實現(xiàn)相互聯(lián)鎖，并設置了逆序啟動程序和順序停車程序，啟動設備時與礦料的運行方向相反。停止生產時又必須和啟動的次序相反，每臺設備按工藝流程規(guī)定的順序，以一定的時間間隔相繼啟動，停車時的時間間隔足以能夠處理設備上的剩余物料，設備故障時，故障設備的后序設備延時停車，延時時間間隔也應足以處理設備上的剩余物料。集中手動控制可以在控制室手動啟停，適用于調試階段或程序出現(xiàn)錯誤時的備用方式。單臺設備手動控制是在設備解鎖的狀態(tài)，此時設備在控制程序上和電氣連接上均已斷開回路，可單獨對設備進行操作，適用于設備故障檢修和維護保養(yǎng)，是人身和設備的安全保障。

4.2.2破碎機控制系統(tǒng)

破碎機控制系統(tǒng)的主要設備有九軸給料機、圓錐破碎機和顎式破碎機，九軸給料機采用EV2000變頻器控制，在上位機上可隨時控制九軸變頻器輸出頻率，顯示給料機速度。設定九軸給料機運行的頻率，便可調節(jié)九軸給料機的輸出轉速，從而調節(jié)料流大小，進而調整給礦量。顎式破碎機采用TV2000變頻器控制，實現(xiàn)了顎式破碎機的軟啟動，減少了降壓啟動時對設備的沖擊。另外，當受料槽缺料時可調低顎式破碎機的運行頻率，最低可在5 Hz運行，這樣不僅降低了高速運轉時對設備的磨損，而且還節(jié)約了設備空轉時的能耗。在圓錐破碎機上安裝超聲波料位計，對圓錐破碎機的載礦量及變化率進行實時監(jiān)測和記錄。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過變頻器調整給礦量，實現(xiàn)圓錐破碎機擠滿給礦及功率調整，使其在滿負荷狀態(tài)工作，提高了破碎機的工作效率，降低能耗。對破碎機潤滑油壓力、液壓油壓力和破碎機電流集中顯示并進行報警和連鎖，實現(xiàn)了九軸給料機和顎式破碎機的同步調速，使得設備上下道工序間的運行更加可靠，減少了堵料卡料事故。破碎機控制系統(tǒng)功能程序段見圖3。

圖3　破碎機控制程序段

4.2.3礦倉料位監(jiān)測控制系統(tǒng)

在成品倉頂部安裝超聲波料位計，及時準確地反映實時料位，實現(xiàn)料位的預警控制。料位高于警戒線時，全系統(tǒng)自動停車；低于警戒線時，顯示缺料警示信號，確保生產的順利進行。

4.2.4工藝流程的實時監(jiān)控系統(tǒng)

采用西門子WINCC人機接口軟件，完成全部設備的實時監(jiān)控，對設備的運行狀態(tài)、運行時間、設備故障記錄及停車時間進行統(tǒng)計，對工藝參數(shù)進行調整和設定，制作動態(tài)工藝畫面，完成生產運行工藝曲線。每臺設備的運行狀態(tài)，可在工藝流程圖中動態(tài)顯示，并可在狀態(tài)表中顯示其運行、停止、故障、手動、自動等狀態(tài)，并有緊急停車和報警功能，使安全生產得到雙重保障。

5　應用效果

本系統(tǒng)實現(xiàn)了破碎生產線的全自動控制，提高了作業(yè)效率，減輕勞動強度，降低了人工成本，生產工人便于統(tǒng)一管理，經過簡單培訓后，就可以掌握和使用。電氣控制實現(xiàn)全自動聯(lián)鎖，使設備上下工序間運行更加可靠，生產調控更加靈活自如。實現(xiàn)了儀表的實時監(jiān)控，降低了設備故障率，節(jié)約了維護費用，減少設備的重力負荷和無功消耗，降低了能耗。經過生產實踐，區(qū)域工人由原來的10人減為6人，破碎生產率提高了10％以上，成品礦石的單位電耗降低5 kWh/t，設備維修費用也明顯降低。此次破碎系統(tǒng)的改造還考慮到清潔生產和環(huán)境保護的要求，將原系統(tǒng)的成品料露天堆積改為進入成品倉內存放，減少了輸送、倒運中的揚塵。在成品倉北側新增兩臺斗式提升機，減少了場地占用，縮短了生產線長度，使破碎系統(tǒng)更加集中，便于管理和維護。

Automatic Control of Raw Material Crushing System at Lime Stone of Tiantie Group

CAO Cai-na
（Lime Stone Mines，Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractIn order to meet the requirement by the production，the electric system of raw material crushing system at Lime Stone Mines was revamped and automatic control system for crushing system introduced. This system includes four parts of full crushing integrated control system，crusher control system，silo level control system，and real time process supervision system，realizes remote integrated control，reduces energy consumption，improves the productivity and meets production requirements.

Key wordscrush，system，automatic control，programmable logic controller，frequency converter

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.009

收稿日期：2016- 02- 08修回日期：2016- 02- 25

作者簡介：曹彩娜（1983—），女，工程師，主要從事電氣自動化管理工作。