魏勝男

（同煤集團(tuán)建材有限責(zé)任公司， 山西 大同 037000）

引言

如今，隨著房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，對水泥的用量和質(zhì)量要求越來越高。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求需從水泥生產(chǎn)設(shè)備、工藝等方面不斷提升水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，工業(yè)生產(chǎn)水泥需消耗大量的熱能和電能，二者的比例為4∶1。此外，水泥的生產(chǎn)還需大量的粉磨物料作支撐。實(shí)踐表明，每生產(chǎn)一噸水泥消耗各種粉磨物料約3.5 t 左右[1]。目前，我國水泥廠所采用的粉磨工藝水平低、效率低、耗能高，粉磨物料所消耗的電能占據(jù)水泥廠電能總消耗量的65%左右。因此，可通過改進(jìn)輥壓機(jī)粉磨料的工藝及輥壓機(jī)的電氣系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能減排的目的。本文將根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的電氣系統(tǒng)，并對其控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1 輥壓機(jī)的概述

所謂粉磨指的是在外力的作用下將物料的粒度減小至小于5 mm 以下的水平。對于生產(chǎn)水泥而言，需根據(jù)水泥生料、成品等不同等級將對應(yīng)物料粉磨成不同粒度的產(chǎn)品。根據(jù)不同粉磨方法可分為濕磨、干磨以及烘干兼粉磨；根據(jù)產(chǎn)品的成熟度而言，可將其分為預(yù)粉磨和終粉磨[2]。

目前，應(yīng)用關(guān)于粉磨工藝環(huán)節(jié)的設(shè)備有管磨機(jī)、輥式磨、輥壓機(jī)以及選粉機(jī)等，其中以輥壓機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。輥壓機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

輥壓機(jī)粉碎主要依靠物料與物料之間的壓力，而不是固定輥和活動輥之間的間隙大小。在實(shí)際粉磨過程中，可將輥壓機(jī)的粉磨過程分為壓緊密實(shí)階段、粉碎階段以及結(jié)餅排料階段。

圖1 輥壓機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 輥壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輥壓機(jī)作為水泥生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其高性能的控制系統(tǒng)不僅可提升水泥的生產(chǎn)效率，還可避免設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，間接降低生產(chǎn)成本。

為滿足輥壓機(jī)實(shí)際生產(chǎn)的需求，要求與其對應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)能夠?qū)θ缦乱c(diǎn)進(jìn)行控制。

1）實(shí)現(xiàn)對活動輥與固定輥之間間隙的監(jiān)測與控制。在實(shí)際生產(chǎn)中，需根據(jù)待粉磨物料的類型調(diào)整物料層的厚度，從而確定活動輥和固定輥之間的縫隙。針對水泥生產(chǎn)中的粉磨工藝，要求活動輥和固定輥之間的縫隙為25 mm，而且誤差保持在3 mm 內(nèi)為正常[3]。因此，為確保粉磨質(zhì)量要求電氣控制系統(tǒng)對活動輥和固定輥之間的縫隙進(jìn)行監(jiān)測。

2）進(jìn)料倉料位監(jiān)測及下料啟動閥閥口的控制。為確保粉磨下料后能夠連續(xù)形成相對密實(shí)的料餅，要求在穩(wěn)流倉內(nèi)的物料達(dá)到70%左右。因此，需對進(jìn)料倉內(nèi)的料位及穩(wěn)流倉內(nèi)物料量進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)控結(jié)果控制下料閥閥口的開度大小。

3）對設(shè)備關(guān)鍵部件的監(jiān)測。為確保輥壓機(jī)運(yùn)行的安全性，需對設(shè)備各零部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，要求電氣控制系統(tǒng)對設(shè)備主軸承溫度、液壓油油位、液壓系統(tǒng)壓力及潤滑系統(tǒng)等分系統(tǒng)的工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)超出限值，應(yīng)及時發(fā)出報警。

3 電氣控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

基于上文所述的控制要求，輥壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備及其零部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并將所采集的數(shù)據(jù)輸送至PLC 控制器中，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)值對比后得出相應(yīng)的控制系統(tǒng)，從而對輥壓機(jī)主機(jī)、潤滑泵、液壓泵以及卸壓泵等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制[4]。此外，當(dāng)監(jiān)測到設(shè)備及其零部件運(yùn)行狀態(tài)超出限值時應(yīng)發(fā)出報警。輥壓機(jī)的控制流程如圖2 所示。

圖2 輥壓機(jī)電氣控制流程圖

4 輥壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

輥壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的核心硬件為PLC 控制器和相關(guān)傳感器的選型。

4.1 PLC 控制器的選型

PLC 控制器為電氣控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，基于對電氣控制系統(tǒng)控制需求及各類PLC 控制器對比的基礎(chǔ)上，最終所選PLC 控制器的類型型號為S7-315-2DP 型。根據(jù)控制需求設(shè)計(jì)如表1 所示的I/O 模塊。

表1 PLC 控制器I/O 模塊及功能

4.2 監(jiān)測元器件的選型

根據(jù)控制需求需為電氣控制系統(tǒng)配置壓力傳感器、位移傳感器、熱電阻等監(jiān)測元器件。監(jiān)測元器件的選型結(jié)果如表2 所示。

表2 監(jiān)測元器件選型結(jié)果

5 輥壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

根據(jù)上文所述的輥壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的控制功能要求，本文特設(shè)計(jì)如圖3 所示的程序流程圖。

圖3 輥壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)程序流程圖

如圖3 所示，輥壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)可對主電機(jī)的電流值、軸承溫度、固定輥與活動輥之間的縫隙等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。其中，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到主電機(jī)電流過載110%時，控制活動輥大行程后退；若主電機(jī)電流仍無法減小，設(shè)備應(yīng)自動停機(jī)。當(dāng)軸承溫度高于55 ℃時，系統(tǒng)發(fā)出報警；當(dāng)軸承溫度高于60 ℃時，設(shè)備自動停機(jī)；當(dāng)固定輥和活動輥之間的縫隙大于5 mm 小于28 mm 時，系統(tǒng)應(yīng)控制相應(yīng)卸壓泵進(jìn)行糾偏操作；當(dāng)固定輥和活動輥之間的縫隙超出限定值（28 mm）時，設(shè)備應(yīng)自動停機(jī)[5]。

此外，系統(tǒng)啟動時應(yīng)首先監(jiān)測出料閥是否已被開啟，只有出料閥被開啟后才可啟動輥壓機(jī)；而輥壓機(jī)進(jìn)料閥待設(shè)備完全啟動可工作后才可開啟。

6 結(jié)語

輥壓機(jī)為水泥生產(chǎn)工藝中必不可少的設(shè)備，其主要功能是將物料根據(jù)生產(chǎn)需求粉磨至一定粒度大小的顆粒。在實(shí)際生產(chǎn)中，輥壓機(jī)的耗能較大且自動化程度低、故障率高。為此，基于PLC 的電氣控制系統(tǒng)能夠?qū)亯簷C(jī)運(yùn)行過程中電機(jī)電流、軸承溫度以及固定輥與活動輥之間的距離等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對相關(guān)泵的工作進(jìn)行控制或者發(fā)出聲光報警?；陔姎饪刂葡到y(tǒng)能夠提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)零部件的運(yùn)行狀態(tài)超出限值，系統(tǒng)可自行糾偏或者停機(jī)，避免對系統(tǒng)造成更大的損壞，為提升水泥的產(chǎn)量和效率奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。