基于PLC及傳感器技術(shù)的球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)

張紀(jì)華

（福建馬坑礦業(yè)股份有限公司一期選礦廠，福建 龍巖 364000）

球磨機(jī)是各個(gè)基礎(chǔ)行業(yè)中礦石磨漿的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)前應(yīng)用于金屬礦及非金屬礦的冶煉過(guò)程中。為加強(qiáng)球磨機(jī)運(yùn)行故障的控制與管理，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，球磨機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也逐漸引入自動(dòng)化技術(shù)，并且取得了較好的應(yīng)用效果。電氣控制作為球磨機(jī)運(yùn)行控制的關(guān)鍵系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)部分，也是當(dāng)前該領(lǐng)域研究和關(guān)注的重點(diǎn)。

1 PLC 及傳感器技術(shù)

PLC 控制是信息技術(shù)發(fā)展與廣泛應(yīng)用支持下實(shí)現(xiàn)的一種的自動(dòng)化集中控制模式，采用PLC 控制進(jìn)行企業(yè)生產(chǎn)重要設(shè)備的運(yùn)行控制，不僅控制模式相對(duì)簡(jiǎn)單、快捷，并且能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)置實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息與設(shè)備信息有效傳送，為設(shè)備運(yùn)行控制可靠性及其在企業(yè)生產(chǎn)使用中的穩(wěn)定性提供充分的保障和支持。傳感器通過(guò)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)信息狀況的采集，將多種非電信號(hào)向標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化，為PLC提供更大程度的連接口，從而完成與PLC 的通信。

2 球磨機(jī)電氣系統(tǒng)

2.1 PLC 電氣勵(lì)磁裝置控制柜

同步高壓電機(jī)PLC 電氣勵(lì)磁裝置控制柜是電氣系統(tǒng)的核心部件，通過(guò)電氣控制柜可以完全顯示屏幕上各個(gè)系統(tǒng)完整的工作狀況，對(duì)各可控硅檢測(cè)溫度以及同步電機(jī)定子/轉(zhuǎn)子電流/電壓信號(hào)、功率因數(shù)等運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行顯示，將所有的離散狀態(tài)的故障進(jìn)行集中控制，同時(shí)在屏幕上形成有效地處理，為電機(jī)的穩(wěn)定工作與運(yùn)行提供支持。以KGLF-2C 型同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置為例，如下圖1所示。

圖1：KGLF-2C 型同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置情況說(shuō)明

上圖1所示的球磨機(jī)電氣勵(lì)磁裝置，其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)S7200-PLC以及Pro-face GP37-24V 型觸摸屏的設(shè)計(jì)運(yùn)用，同時(shí)采用KGLF-2 型的微機(jī)勵(lì)磁控制器共同組成上述電氣勵(lì)磁裝置的控制系統(tǒng)，還針對(duì)該裝置的整流供電控制設(shè)置了6 只1000W 的KP500A 型晶閘管風(fēng)冷器件，由其共同構(gòu)成一個(gè)三相全控橋可控硅；通過(guò)全數(shù)字控制技術(shù)運(yùn)用，采用人機(jī)交互界面觸摸屏控制模式，利用計(jì)算機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)差率檢測(cè)與運(yùn)行顯示、滅磁控制、故障診斷等功能進(jìn)行自動(dòng)分析與支持。

2.2 高壓開關(guān)柜

球磨機(jī)電氣系統(tǒng)中，高壓開關(guān)柜是高壓電動(dòng)機(jī)動(dòng)力的主要來(lái)源，該裝置的重要部件為高壓真空斷路器。高壓開關(guān)柜的運(yùn)行控制受軟啟柜、潤(rùn)滑油站、勵(lì)磁裝置等線路聯(lián)鎖影響，能夠通過(guò)外控箱進(jìn)行就地分合閘控制。

2.3 高低壓潤(rùn)滑站

高低壓潤(rùn)滑站工作運(yùn)行中采用自動(dòng)控制模式，由PLC 控制中心控制。該系統(tǒng)一般配置有兩臺(tái)低壓油泵裝置，一臺(tái)工作運(yùn)行，另一臺(tái)作為備用，兩臺(tái)設(shè)備之間可以相互切換，此外還配備有兩臺(tái)高壓油泵，能夠同時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行，并且在低壓油泵啟動(dòng)運(yùn)行1min 后進(jìn)行啟動(dòng)工作，對(duì)潤(rùn)滑站端口處的油溫一般控制為35 至45℃，在超出該范圍標(biāo)準(zhǔn)的情況下，就需要開通冷卻水，同時(shí)啟動(dòng)冷卻器，或者是接通電加熱器，以進(jìn)行溫度控制。

2.4 磁控軟啟動(dòng)裝置

磁控軟啟動(dòng)裝置在高壓電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行中為其提供磁控軟啟動(dòng)支持。

此外，球磨機(jī)電氣系統(tǒng)中還包含各種儀器與儀表設(shè)備，像數(shù)顯溫控表、氣壓表以及油流量開關(guān)表、油壓表等。

3 球磨機(jī) PLC 及傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)方案

本文在進(jìn)行基于PLC 與傳感器技術(shù)的球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，PLC 設(shè)計(jì)采用CPU 為KGLF-2C 全數(shù)字同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置系統(tǒng)，通過(guò)S7200-PLC 及Pro-face CP37W2 的接觸屏實(shí)現(xiàn)整體的勵(lì)磁控制，整體的形式為全數(shù)字的控制系統(tǒng)，根據(jù)人機(jī)互動(dòng)的方式進(jìn)行多種功能運(yùn)行。此外，在球磨機(jī)電氣系統(tǒng)的油站與勵(lì)磁柜分別進(jìn)行獨(dú)立的PLC 控制柜設(shè)置，通過(guò)與電氣系統(tǒng)集中控制裝置的共同作用，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行控制和故障診斷、管理。

3.1.1 信號(hào)采集分析

基于PLC 及傳感器技術(shù)的球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)中，信號(hào)采集包括溫度信號(hào)、壓力與流量信號(hào)等信號(hào)內(nèi)容。球磨機(jī)電氣系統(tǒng)運(yùn)行的溫度參數(shù)采集，主要集中在高壓同步電機(jī)前后軸承以及球磨機(jī)前后軸瓦、高低壓油站等溫度變化參數(shù)的采集與分析上；球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行壓力信號(hào)采集則是以高低壓油站以及空氣離合器氣囊壓力參數(shù)信息變化與檢測(cè)分析為主；流量信號(hào)主要是指高低壓油站的油流量變化信息，對(duì)該信號(hào)采集與壓力信號(hào)的采集應(yīng)用裝置相一致，均為電流為4-20MA 的對(duì)應(yīng)傳感器設(shè)備[2]。球磨機(jī)振動(dòng)信號(hào)采集以小齒輪與軸瓦等振動(dòng)部位為主，通過(guò)在小齒輪與軸瓦部位分別配置4 個(gè)相應(yīng)的振動(dòng)傳感器，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行采集，并由SM331 模擬量輸入模塊進(jìn)行采集，輸入到PLC，然后由SM332 模擬量輸出模塊向執(zhí)行器進(jìn)行控制輸出，以完成對(duì)信號(hào)的采集與控制管理。

3.1.2 控制運(yùn)行方案

上述控制系統(tǒng)運(yùn)行中，如果離合器的氣囊的壓力控制在合理的范圍中，可以進(jìn)行高壓電機(jī)的啟動(dòng)，從而將勵(lì)磁控制在正常的狀態(tài)范圍之中，使其處于穩(wěn)妥的狀態(tài)。此外，球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)中還具有恒電流跟蹤補(bǔ)償控制方案，該方案能夠在球磨機(jī)電氣系統(tǒng)運(yùn)行中，針對(duì)同步電機(jī)投勵(lì)后快速、平穩(wěn)并且可靠的進(jìn)入同步運(yùn)行的控制要求，在對(duì)應(yīng)的控制裝置內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)整步控制方案，以滿足其運(yùn)行控制的功能和要求。

3.2 球磨機(jī)故障及控制分析

3.2.1 配套設(shè)備故障

通常球磨機(jī)的配套設(shè)備類型復(fù)雜，基于系統(tǒng)復(fù)雜程度較大的現(xiàn)實(shí)，需要通過(guò)集成的方式進(jìn)行統(tǒng)一處理，通過(guò)各系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，完成整個(gè)調(diào)試工作的簡(jiǎn)化，一定程度將工作的效率提升。以集成化控制為理論基礎(chǔ)，將控制單元與低壓電氣系統(tǒng)柜集成控制，可以減少不必要的冗余雜線的連接，實(shí)現(xiàn)整體功能結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，一定程度將安裝、維護(hù)、調(diào)試的工作減少，大幅度節(jié)約了成本[3]。

3.2.2 球磨機(jī)系統(tǒng)震動(dòng)及誤停

如果球磨系統(tǒng)有過(guò)度的震動(dòng)及電磁的系統(tǒng)干擾，都會(huì)一定程度上引起設(shè)備的誤停，如果齒輪有質(zhì)量問(wèn)題，潤(rùn)滑的程度不夠，也會(huì)導(dǎo)致過(guò)度震動(dòng)的情況發(fā)生，對(duì)于這些問(wèn)題的解決通常需要通過(guò)溫度傳感器完成良好的溫度控制，若有震動(dòng)的發(fā)生及時(shí)解決，強(qiáng)化整體的設(shè)備狀態(tài)養(yǎng)護(hù)，維持良好的設(shè)備穩(wěn)定形式。

3.2.3 球磨機(jī)小齒輪副震動(dòng)

球磨機(jī)小齒輪副震動(dòng)作為球磨機(jī)運(yùn)行中常見故障，對(duì)其設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行存在著較大的不利影響。如果球磨小齒輪的輪齒有副震動(dòng)的不符合標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)引起其自身的損毀以及整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的破壞，因此需要通過(guò)必要的措施將震動(dòng)控制在規(guī)定的范圍中，從而將小齒輪的副震動(dòng)情況完全消除，方可再次投入使用。

4 結(jié)語(yǔ)

球磨電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，涉及的控制點(diǎn)的內(nèi)容較多，對(duì)于工藝的要求程度也更高，為了實(shí)現(xiàn)更加新穎、完善的方法的提供，應(yīng)該逐步進(jìn)行整體控制技術(shù)的優(yōu)化，如控制方法的優(yōu)化等，PLC 及傳感器在球磨電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用，較大程度上提升了整體工作的效率，可以在各有需求的行業(yè)中應(yīng)用推廣。