廖仕達

（福建馬坑礦業(yè)股份有限公司）

某公司新建膠凝材料廠粉磨系統(tǒng)采用處理能力50～60 t/h的LM35-3N 型立式輥磨機，主要用于破碎、研磨濕水渣，該設(shè)備具有產(chǎn)量高、能耗低的顯著優(yōu)點。立磨機的遠程控制、狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警、運行數(shù)據(jù)監(jiān)測對生產(chǎn)礦微粉至關(guān)重要，為了實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的分散控制、集中顯示和綜合協(xié)調(diào)生產(chǎn)等功能，設(shè)計以西門子S7-1500PLC（CPU 型號：1515-2PN）為基礎(chǔ)，通過了解立磨機控制原理和西門子通訊原理，采用S7-1500PLC 與立磨機S7-1200PLC（CPU 型號：1214C）進行S7通訊，以實現(xiàn)立磨機的遠程控制、提高對立磨機的狀態(tài)監(jiān)測，從而達到提高生產(chǎn)效率、減輕崗位勞動強度、減少崗位人員的目的［1-4］。

1 立磨機簡述

1.1 立磨機結(jié)構(gòu)組成及作用［5］

立磨機主要由粉磨、潤滑、傳動、分選等部分構(gòu)成。粉磨部分主要由磨盤、磨輥及液壓系統(tǒng)等組成，潤滑部分主要由主減速機潤滑和磨輥潤滑組成，傳動部分主要由電機、輔傳電機以及減速機組成，分選部分主要由選粉機構(gòu)成。

1.2 立磨機控制原理

1.2.1 液壓系統(tǒng)控制原理

立磨機的液壓系統(tǒng)主要由油泵、電磁閥、液壓缸等組成（圖1），其工作原理是通過液壓泵運轉(zhuǎn)，將液壓泵的機械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力，再通過控制閥，液壓油經(jīng)過管道的傳輸，液壓油達到指定執(zhí)行機構(gòu)，從而將液壓轉(zhuǎn)換成驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作的機械能。

（1）磨輥落輥加壓保壓過程。主程序控制液壓站油泵啟動，在斷電情況下?lián)Q向閥與左回路相連。液壓油通過油箱、濾油器、換向閥、單向閥進入液壓缸有桿腔，實現(xiàn)磨輥落輥過程。當液壓系統(tǒng)壓力達到設(shè)定壓力值時，液壓泵停止運行，加壓完成。同時，液壓缸無桿腔中的液壓油在單向閥的作用下不能返回，液壓缸有桿腔的壓力進入保持狀態(tài)，進行水渣研磨。在研磨過程中，液壓系統(tǒng)間接性承受磨輥振動的外力沖擊，蓄能器能夠相應(yīng)地起緩沖作用，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）磨輥抬輥過程。在研磨完成后，磨輥需遠離水渣，完成抬輥動作。在主程序控制下，液壓站油泵啟動，換向閥得電，鎖緊閥失電，卸荷閥得電，使液壓油從油箱經(jīng)過換向閥右油路、鎖緊閥油路至液壓缸無桿腔，液壓缸有桿腔液壓油經(jīng)卸荷閥回流至油箱，實現(xiàn)磨輥抬輥動作。

液壓系統(tǒng)由立磨控制系統(tǒng)中的MCC 柜進行控制，包括換向閥、卸荷閥、液壓泵、循環(huán)泵、加熱器等，同時MCC 柜也控制輔傳電機、選粉機。液壓系統(tǒng)油箱溫度、液位、壓力等數(shù)據(jù)，通過信號線反饋至立磨控制系統(tǒng)中PLC柜的各模擬量輸入模塊。

1.2.2 潤滑系統(tǒng)控制原理

1.2.2.1 主機潤滑站

主機潤滑站主要分為低壓供油系統(tǒng)與高壓供油系統(tǒng)兩部分。低壓系統(tǒng)由2臺螺桿泵組成，正常運行時處于1 備1 用狀態(tài)。低壓系統(tǒng)螺桿泵出口油壓由彈簧式安全閥調(diào)定，流經(jīng)過濾器、油冷卻器，直接提供齒輪潤滑，同時對4 臺高壓泵吸油口供油。4 臺高壓泵通過4 個液壓集成塊，形成16 路高壓供油系統(tǒng)，直接將高壓油輸送至主機各供油點。低壓系統(tǒng)工作壓力由壓力變送器通過數(shù)顯控制儀進行控制，保證低壓系統(tǒng)正常工作。油站啟動前，油溫低于38 ℃時，電加熱器可先自動啟動加熱潤滑油，油溫達到38℃后，自動停止加熱器。啟動低壓泵，運行一段時間，使?jié)櫥驮谙到y(tǒng)中循環(huán)后油箱中的潤滑油均勻達到40℃左右，再提供給主機減速機潤滑。在正常運行中，出油口油溫為40 ℃，出油口油溫高于45 ℃冷卻器自動運行，低于38 ℃時冷卻器自動停止工作。當?shù)蛪河蛪毫_到0.12 MPa時，高壓泵才能啟動，高壓泵十六路同時工作時，當高壓泵出口壓力達到一定值，主電機才能起動。主機正常運行中，低壓供油壓力低于0.1 MPa 或稀油站粗過濾器前后壓差高于0.1 MPa時，聲光報警。油箱油位由油位控制器進行控制，最高或最低油位發(fā)出報警信號，若油位過低時，發(fā)出停車信號，主機停車。

1.2.2.2 磨輥潤滑站

磨輥潤滑站主要由供油系統(tǒng)和回油系統(tǒng)組成，供油系統(tǒng)工作壓力由安全閥調(diào)節(jié)，系統(tǒng)工作時的最高壓力為0.3 MPa，最低壓力為0.12 MPa；當供油壓力低于0.12 MPa時，備用泵自動投入工作，當供油壓力達到0.3 MPa時，原工作泵自動停止運行。油站在啟動前，油站油溫低于38 ℃，先開動加熱器，油溫達到38 ℃時，自動停止電加熱器，啟動低壓泵，在主機正常運行中，供油出口油溫降到35 ℃時再自動開動電加熱器，低壓供油出口溫度達到42 ℃時，自動打開油冷卻器閥門。油站采用雙筒網(wǎng)式過濾器，1用1備，由壓差發(fā)訊器控制，當壓差為0.10 MPa 時報警，不停機情況下可由手動切換更換工作筒。油箱上裝有油位控制器，控制低點、最低點油位，低點時發(fā)出報警訊號，最低點時重故障報警，主機跳停。油箱出油口裝有流量分配器閥塊，可均勻分配流量成3路，分別進行3 只磨輥內(nèi)的軸承潤滑。回油系統(tǒng)裝有3 只回油泵裝置，可分別抽吸3 只磨輥內(nèi)的潤滑油，分別保證輥子內(nèi)潤滑油回油暢通，確?；赜涂趦?nèi)腔壓力為微正壓。

主減速機潤滑和磨輥潤滑獨立配套控制柜，可實現(xiàn)本地手動控制。通過接控制線方式，實現(xiàn)主立磨PLC 柜對主減速機潤滑和磨輥潤滑的遠程啟停控制。同時通過信號線將主減速機潤滑和磨輥潤滑的壓力、溫度、故障、備妥、運行狀態(tài)等信號反饋至PLC柜的數(shù)字量、模擬量輸入模塊，由立磨機PLC 柜進行監(jiān)測監(jiān)控。

1.2.3 主電機系統(tǒng)控制原理

主電機動力部分由1 800 kW 繞線式異步電動機、10 kV 高壓柜、進相器、水阻柜組成。其中，10 kV高壓柜直接與繞線式異步電動機定子繞組直連，繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組，經(jīng)進相器與水阻柜直連。其中，10 kV 高壓柜分、合閘信號通過端子接線至水阻柜，水阻柜備妥信號通過端子接線至10 kV 高壓柜，形成聯(lián)鎖控制。當高壓柜合閘，水阻柜隨即啟動，隨著電動機轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的可變電阻逐級減小。啟動完畢后，可變電阻減小到零，轉(zhuǎn)子繞組被直接短接，電動機便在額定狀態(tài)下運行。其中，高壓柜遠程啟停主要由主PLC 柜進行控制，磨機運行、故障、電流等信號反饋至PLC柜，由立磨機PLC柜進行監(jiān)測監(jiān)控。

通過分析液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、主電機等系統(tǒng)控制原理，說明立磨系統(tǒng)各設(shè)備由立磨機PLC柜和MCC柜進行控制。其中，PLC 柜中的CPU1200 采用S7 通訊協(xié)議實現(xiàn)與MCC柜遠程I/O模塊（型號UR20-FBCPN-IRT）進行通訊，實現(xiàn)PLC柜對MCC柜的控制。

2 通訊配置

為了實現(xiàn)DCS 對立磨系統(tǒng)的控制，必須進行立磨PLC 和DCS 主PLC 的通訊配置，實現(xiàn)立磨PLC 和DCS主PLC正常數(shù)據(jù)交互，控制系統(tǒng)見圖2。

（1）將立磨PLC 的IP 地址和DCS 主PLC 的IP 地址設(shè)置成同一網(wǎng)段。

（2）在DCS項目中建立1500與1200的S7連接。

（3）分別在2 個項目中新建DB塊，1200 PLC 發(fā)送、接收數(shù)據(jù)塊分別是DB2、DB3，1500PLC 發(fā)送、接收數(shù)據(jù)塊分別是DB7、DB6，通過“GET”和“PUT”功能塊，實現(xiàn)1500PLC與1200PLC的數(shù)據(jù)交互（表1）。

（4）在HMI 組態(tài)中，新建變量表將變量表中的數(shù)據(jù)與DB2 和DB3 的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，用于顯示組態(tài)界面讀取立磨機溫度、壓力、振動等數(shù)據(jù)和發(fā)送啟動、停止、復(fù)位等指令。

（5）編輯組態(tài)界面，組態(tài)界面包括立磨機啟動、停止按鈕，選粉機頻率設(shè)定I/O框，溫度顯示、設(shè)備啟停指示燈等。如：在I/O 域組態(tài)中關(guān)聯(lián)溫度、頻率、壓力模擬量的變量；在按鈕組態(tài)中關(guān)聯(lián)立磨機啟動變量，添加事件“按鼠標→置位位→關(guān)聯(lián)置位變量”。

（6）運用HMI 腳本中的VB 腳本，編寫獲取數(shù)據(jù)和形成數(shù)據(jù)報表的VB 腳本，實現(xiàn)自動獲取設(shè)備運行數(shù)據(jù)，形成當日運行數(shù)據(jù)報表。

3 接入DCS前后對比分析

通過對立磨控制系統(tǒng)改造，完成自動化控制系統(tǒng)CPU 與立磨機CPU 之間的通訊，能夠?qū)α⒛C進行遠程控制和狀態(tài)監(jiān)測，同時獲取設(shè)備運行數(shù)據(jù)，形成設(shè)備運行報表，系統(tǒng)改造前后對比分析見表2。

4 結(jié)論

膠凝材料廠通過自動化控制系統(tǒng)CPU 與立磨機之間CPU 的S7 通訊，實現(xiàn)DCS 對立磨機設(shè)備運行系統(tǒng)的控制，加強了DCS系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備的集中管理和分散控制，解決了崗位人員現(xiàn)場勞動強度高和立磨機無法遠程控制、監(jiān)測的問題。通過對立磨機的狀態(tài)監(jiān)測，提高了對設(shè)備的精細化管理和控制，可保證生產(chǎn)更加高效、穩(wěn)定，同時設(shè)備運行報表的生成也為后期生產(chǎn)工藝智慧化工廠建立奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。