天鐵集團(tuán)石灰石礦原料破碎系統(tǒng)的自動(dòng)控制

曹彩娜（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司石灰石礦，河北涉縣056404）

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天鐵集團(tuán)石灰石礦原料破碎系統(tǒng)的自動(dòng)控制

曹彩娜
（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司石灰石礦，河北涉縣056404）

［摘要］為滿足生產(chǎn)需求，對(duì)石灰石礦原料破碎系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，引進(jìn)了自動(dòng)控制系統(tǒng)。該自動(dòng)控制系統(tǒng)包括破碎全流程集中控制系統(tǒng)，破碎機(jī)控制系統(tǒng)，礦倉料位控制系統(tǒng)和工藝流程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)4個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中控制，降低了能耗，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，能夠滿足生產(chǎn)需要。

［關(guān)鍵詞］破碎；系統(tǒng)；自動(dòng)控制；可編程序控制器；變頻器

1　引言

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

2　破碎系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程

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

圖1　破碎系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程

3　自動(dòng)控制的應(yīng)用背景

由于原破碎系統(tǒng)生產(chǎn)線始建于20世紀(jì)70年代初，設(shè)備間的聯(lián)鎖靠一些簡(jiǎn)單的邏輯控制的電子器件：如中間繼電器、接觸器等來實(shí)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(chǎng)噪聲大，粉塵濃度高，經(jīng)常導(dǎo)致其損壞，這樣就使破碎生產(chǎn)的工藝參數(shù)和儀表監(jiān)測(cè)難以控制，經(jīng)常發(fā)生設(shè)備故障和生產(chǎn)事故，雖然后來陸續(xù)引入了新的電氣設(shè)備，但并沒有解決根本問題。九軸給料機(jī)、顎式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)是破碎系統(tǒng)的主體設(shè)備，調(diào)整九軸的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整給料速度，九軸給料機(jī)采用三相交流換向器調(diào)速電機(jī)，料流的調(diào)節(jié)靠調(diào)節(jié)電機(jī)上的刷移機(jī)構(gòu)。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，經(jīng)常造成換向器上的碳刷和銅頭接觸不良而發(fā)生打火，設(shè)備故障率高；另外，此種調(diào)節(jié)方式靈活性差，精確度低，經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)整后造成料流過大或過低，進(jìn)而造成破碎機(jī)缺料或堵料現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。顎式破碎機(jī)功率大，配備高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的繞線式異步電動(dòng)機(jī)，采用轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)過程復(fù)雜，能耗高，而且轉(zhuǎn)子碳刷經(jīng)常損壞。圓錐破碎機(jī)采用深鼠籠異步電機(jī)，直接啟動(dòng)，能耗高。此時(shí)，破碎系統(tǒng)生產(chǎn)線的控制靠現(xiàn)場(chǎng)單機(jī)操作，控制簡(jiǎn)單，啟停設(shè)備須現(xiàn)場(chǎng)操作，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，能耗高，易發(fā)生設(shè)備故障及生產(chǎn)事故，已不能滿足生產(chǎn)的需要，這樣就需要對(duì)電氣部分進(jìn)行升級(jí)改造，經(jīng)研究，引入了自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)采用兩級(jí)微機(jī)控制系統(tǒng)，上位機(jī)為硏華工業(yè)控制機(jī)，下位機(jī)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(jié)合儀表控制、電氣控制和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)了破碎作業(yè)全過程自動(dòng)化控制。工控機(jī)適應(yīng)于工業(yè)控制場(chǎng)合，可以24 h連續(xù)工作，抗干擾、抗灰塵、散熱好、運(yùn)行速度高，上位機(jī)操作界面采用西門子WINCC人機(jī)接口軟件。該軟件使用方便、操作簡(jiǎn)單，西門子S7-300PLC系統(tǒng)功能強(qiáng)、價(jià)格低、便于維護(hù)、便于擴(kuò)展，其配置見圖2。

圖2　PLC配置圖

4.2破碎系統(tǒng)自動(dòng)控制的組成及功能

破碎系統(tǒng)自動(dòng)控制主要包括4個(gè)部分：破碎全流程集中控制系統(tǒng)、破碎機(jī)控制系統(tǒng)、礦倉料位控制系統(tǒng)和工藝流程實(shí)時(shí)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(dòng)控制，集中手動(dòng)控制和單臺(tái)設(shè)備手動(dòng)控制。集中自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了給料、破碎加工和成品運(yùn)轉(zhuǎn)的全自動(dòng)控制，它是正常生產(chǎn)的一般狀態(tài)，全部設(shè)備實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)鎖，并設(shè)置了逆序啟動(dòng)程序和順序停車程序，啟動(dòng)設(shè)備時(shí)與礦料的運(yùn)行方向相反。停止生產(chǎn)時(shí)又必須和啟動(dòng)的次序相反，每臺(tái)設(shè)備按工藝流程規(guī)定的順序，以一定的時(shí)間間隔相繼啟動(dòng)，停車時(shí)的時(shí)間間隔足以能夠處理設(shè)備上的剩余物料，設(shè)備故障時(shí)，故障設(shè)備的后序設(shè)備延時(shí)停車，延時(shí)時(shí)間間隔也應(yīng)足以處理設(shè)備上的剩余物料。集中手動(dòng)控制可以在控制室手動(dòng)啟停，適用于調(diào)試階段或程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)的備用方式。單臺(tái)設(shè)備手動(dòng)控制是在設(shè)備解鎖的狀態(tài)，此時(shí)設(shè)備在控制程序上和電氣連接上均已斷開回路，可單獨(dú)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，適用于設(shè)備故障檢修和維護(hù)保養(yǎng)，是人身和設(shè)備的安全保障。

4.2.2破碎機(jī)控制系統(tǒng)

破碎機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)備有九軸給料機(jī)、圓錐破碎機(jī)和顎式破碎機(jī)，九軸給料機(jī)采用EV2000變頻器控制，在上位機(jī)上可隨時(shí)控制九軸變頻器輸出頻率，顯示給料機(jī)速度。設(shè)定九軸給料機(jī)運(yùn)行的頻率，便可調(diào)節(jié)九軸給料機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)料流大小，進(jìn)而調(diào)整給礦量。顎式破碎機(jī)采用TV2000變頻器控制，實(shí)現(xiàn)了顎式破碎機(jī)的軟啟動(dòng)，減少了降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備的沖擊。另外，當(dāng)受料槽缺料時(shí)可調(diào)低顎式破碎機(jī)的運(yùn)行頻率，最低可在5 Hz運(yùn)行，這樣不僅降低了高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)設(shè)備的磨損，而且還節(jié)約了設(shè)備空轉(zhuǎn)時(shí)的能耗。在圓錐破碎機(jī)上安裝超聲波料位計(jì)，對(duì)圓錐破碎機(jī)的載礦量及變化率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過變頻器調(diào)整給礦量，實(shí)現(xiàn)圓錐破碎機(jī)擠滿給礦及功率調(diào)整，使其在滿負(fù)荷狀態(tài)工作，提高了破碎機(jī)的工作效率，降低能耗。對(duì)破碎機(jī)潤(rùn)滑油壓力、液壓油壓力和破碎機(jī)電流集中顯示并進(jìn)行報(bào)警和連鎖，實(shí)現(xiàn)了九軸給料機(jī)和顎式破碎機(jī)的同步調(diào)速，使得設(shè)備上下道工序間的運(yùn)行更加可靠，減少了堵料卡料事故。破碎機(jī)控制系統(tǒng)功能程序段見圖3。

圖3　破碎機(jī)控制程序段

4.2.3礦倉料位監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

在成品倉頂部安裝超聲波料位計(jì)，及時(shí)準(zhǔn)確地反映實(shí)時(shí)料位，實(shí)現(xiàn)料位的預(yù)警控制。料位高于警戒線時(shí)，全系統(tǒng)自動(dòng)停車；低于警戒線時(shí)，顯示缺料警示信號(hào)，確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

4.2.4工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

采用西門子WINCC人機(jī)接口軟件，完成全部設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備故障記錄及停車時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定，制作動(dòng)態(tài)工藝畫面，完成生產(chǎn)運(yùn)行工藝曲線。每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可在工藝流程圖中動(dòng)態(tài)顯示，并可在狀態(tài)表中顯示其運(yùn)行、停止、故障、手動(dòng)、自動(dòng)等狀態(tài)，并有緊急停車和報(bào)警功能，使安全生產(chǎn)得到雙重保障。

5　應(yīng)用效果

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了破碎生產(chǎn)線的全自動(dòng)控制，提高了作業(yè)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了人工成本，生產(chǎn)工人便于統(tǒng)一管理，經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)后，就可以掌握和使用。電氣控制實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)聯(lián)鎖，使設(shè)備上下工序間運(yùn)行更加可靠，生產(chǎn)調(diào)控更加靈活自如。實(shí)現(xiàn)了儀表的實(shí)時(shí)監(jiān)控，降低了設(shè)備故障率，節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用，減少設(shè)備的重力負(fù)荷和無功消耗，降低了能耗。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，區(qū)域工人由原來的10人減為6人，破碎生產(chǎn)率提高了10％以上，成品礦石的單位電耗降低5 kWh/t，設(shè)備維修費(fèi)用也明顯降低。此次破碎系統(tǒng)的改造還考慮到清潔生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的要求，將原系統(tǒng)的成品料露天堆積改為進(jìn)入成品倉內(nèi)存放，減少了輸送、倒運(yùn)中的揚(yáng)塵。在成品倉北側(cè)新增兩臺(tái)斗式提升機(jī)，減少了場(chǎng)地占用，縮短了生產(chǎn)線長(zhǎng)度，使破碎系統(tǒng)更加集中，便于管理和維護(hù)。

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(jiǎn)介：曹彩娜（1983—），女，工程師，主要從事電氣自動(dòng)化管理工作。