鐵礦粗破碎系統(tǒng)的自動化改造

【摘 要】本文用可編程序控制器實現(xiàn)對粗破碎系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)控，解決了破碎機持續(xù)擠滿給料問題，提高了破碎效率。

【關(guān)鍵詞】顎式破碎機；自動化；PLC

富全礦業(yè)井下粗破碎系統(tǒng)主要設(shè)備包括板式給礦機及顎式破碎機各一臺。為保證下道工序的流暢性，破碎機的破碎礦石粒度需控制在200mm以內(nèi)。根據(jù)顎式破碎機的工作原理，板式給礦機的給料量達(dá)到破碎腔容積的2/3時，破碎機的工作效率最高，能較好的控制礦石粒度。

1 粗破碎系統(tǒng)原控制系統(tǒng)存在的不足

1.1 所有設(shè)備均采用單一接觸器式啟停控制回路，控制方式為手動分散控制，破碎機與給礦機只設(shè)有簡單的啟停控制聯(lián)鎖，自動化程度偏低。

1.2 手動給定頻率調(diào)節(jié)板式給礦機轉(zhuǎn)速，控制精度低，無法持續(xù)保證破碎腔的料位，導(dǎo)致破碎礦石粒度變化較大，有時超出規(guī)定要求。

1.3 完全依靠現(xiàn)場人員進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)受人為因素影響較大。如果系統(tǒng)中的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題沒有及時發(fā)現(xiàn)，就可能導(dǎo)致破碎礦石粒度過大、破碎機堵礦停機，甚至造成設(shè)備損壞，影響各工序正常生產(chǎn)。

1.4 由于現(xiàn)場粉塵多、噪聲高、機械振動大，導(dǎo)致電氣故障的發(fā)生率偏高。

1.5 各設(shè)備電氣保護(hù)可靠性較低，操作人員無法直觀獲取設(shè)備運行參數(shù)及報警信息，造成設(shè)備故障率偏高。

2 自動化控制要求

為了提高粗破碎系統(tǒng)的可靠性、安全性、可擴(kuò)展性和自動化程度，實現(xiàn)粗破工序的生產(chǎn)自動控制，建立以可編程序控制器PLC為核心的控制系統(tǒng)，具有操作簡單、控制功能強、可靠性高等特點。

2.1 自動延時順序啟動和停機

啟動流程：1）首先判斷下部礦倉料位是否是高料位；2）判斷主溜井料位是否是低料位；3）然后啟動破碎機；4）當(dāng)有破碎機運行反饋信號10s后再啟動板式給料機及變頻風(fēng)扇電機。

停止流程：1）先停止板式給礦機；2）延時30s停止破碎機。

2.2 狀態(tài)監(jiān)測和故障報警

實時監(jiān)測下部礦倉料位、主溜井料位、顎口料位、破碎機和板式給料機電流及溫度。

當(dāng)檢測到破碎機和板式給料機電流突然增大時，則按順序停車，保證設(shè)備的安全運行。

當(dāng)檢測到破碎機飛輪側(cè)、慣性輪測軸承和動顎基座的油溫超過70℃時，發(fā)出報警信號。實時監(jiān)測破碎機，當(dāng)檢測到某部位出現(xiàn)故障時，相關(guān)設(shè)備必須按順序及時停機，以免故障范圍擴(kuò)大。

2.3 破碎機擠滿給料

根據(jù)長期觀察，當(dāng)破碎腔內(nèi)料位達(dá)到2/3高度時，能實現(xiàn)礦石間的互相擠壓，提高破碎效率，最大限度避免大塊礦石的出現(xiàn)。

實時監(jiān)測破碎腔內(nèi)料位高度，將料位高度送入到PLC中，PLC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，根據(jù)料位的設(shè)定值，實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)板式給礦機變頻器頻率，從而達(dá)到料穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)。

2.4 手動和自動切換

手動控制方式用于單獨啟停各設(shè)備，自動控制方式用于根據(jù)系統(tǒng)工作需要實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制。生產(chǎn)過程以自動控制為主，手動方式僅在應(yīng)急操作、單機調(diào)試和檢修等情況下使用。若遇緊急情況，則按急停按鈕停機。

2.5 針對352破碎硐室粉塵較多的情況，為降低粉塵，保護(hù)操作人員及減少設(shè)備因粉塵引起的故障，在下部礦倉下料口添加噴霧除塵裝置，可根據(jù)礦石的濕度及粉塵情況，設(shè)定手動或自動啟動噴霧除塵裝置。

3 PLC控制硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、模擬量的傳感器、變送器、開關(guān)量輸入輸出設(shè)備、一臺程控柜和兩臺動力柜組成。其中執(zhí)行機構(gòu)有電動機、變頻調(diào)速電機、電磁閥、指示燈、組態(tài)軟件、工控機等，輸入設(shè)備有主令開關(guān)、啟停和復(fù)位按鈕，電流、溫度和壓力傳感器等，輸出設(shè)備主要有接觸器、變頻器、電磁閥、指示燈、報警器等。動力柜中配置電源開關(guān)、交流接觸器、變頻器等，程控柜中配置可編程序控制器、控制操作臺。

系統(tǒng)以PLC為控制核心，專門用于工業(yè)過程自動化控制的新一代工業(yè)控制裝置，PLC編程簡單，功能強大，能夠滿足破碎站控制系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行、干擾源多、運行環(huán)境差的要求。

系統(tǒng)采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列小型PLC。PLC硬件選擇：CPU226單元；EM231模擬量輸入模塊；CP243-1以太網(wǎng)通訊模塊。系統(tǒng)通過紅外料位計、紅外測溫儀、電流變送器、頻率信號變送器等裝置，采集各部位料位信號、電流信號、溫度信號和頻率信號送入PLC參與系統(tǒng)控制。同時為將破碎自動化系統(tǒng)融入公司集控系統(tǒng)，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的，系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊，將采集到的信號先經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后，再通過光纜傳輸至井上調(diào)度集控中心，進(jìn)入公司集控系統(tǒng)，實現(xiàn)與公司自動化集控系統(tǒng)的完美融合。

圖1

圖2

4 PLC程序設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)方式設(shè)計破碎站控制程序，以提高程序的編程效率和可讀性。設(shè)計時盡可能提高系統(tǒng)的自動化程度，簡化操作步驟，給操作人員提供基于WINCC組態(tài)軟件的人機操作界面。該界面功能強大，操作簡單，最大程度上減少人為因素對設(shè)備的影響及操作人員的工作量。同時考慮系統(tǒng)應(yīng)有足夠的靈活性，以適應(yīng)復(fù)雜的現(xiàn)場運行情況。PLC程序采用梯形圖編制，程序包含手動和自動方式切換。其中手動方式主要用于單體設(shè)備的調(diào)試和檢修。

系統(tǒng)在自動運行時，受控于上位計算機，上位計算機將初始化流程和取消流程，通過采集到的主溜井及下部礦倉料位及各設(shè)備狀態(tài)信號，經(jīng)PLC分析判斷后給出控制命令，并由操作人員確認(rèn)后設(shè)備進(jìn)入自動運行狀態(tài)。設(shè)備運行中，破碎機顎口料位實時反饋至PLC，經(jīng)分析判斷后，根據(jù)設(shè)定的料位值閉環(huán)控制板式給礦機的給礦頻率，保持顎口料位穩(wěn)定，實現(xiàn)擠滿給礦。同時操作人員可根據(jù)破碎機襯板磨損情況，修改板式給礦機運行頻率上限設(shè)定值，從而保證給料速度滿足顎口料位要求。具體流程見圖2。

設(shè)備自動和手動運行中均能實時采集設(shè)備運行參數(shù)，主要有各設(shè)備的運行電流、頻率、各部分溫度，并實時反饋到人機界面，同時生成并保存歷史曲線以備查詢。各參數(shù)出現(xiàn)異常時系統(tǒng)自動彈出報警信息并發(fā)出報警聲響，嚴(yán)重異常時系統(tǒng)自動停機。

噴霧除塵裝置有解鎖（手動）和聯(lián)鎖運行兩種方式，操作人員可根據(jù)礦石濕度及粉塵情況，選擇運行方式。聯(lián)鎖運行時的聯(lián)鎖設(shè)備為板式給礦機，投入聯(lián)鎖時，板式給礦機運行，噴霧裝置同步運行。解鎖運行時，可遠(yuǎn)程手動啟停噴霧裝置。

系統(tǒng)運行界面如圖3所示。

另外，在破碎機下料口上方安裝監(jiān)控攝像頭，方便操作人員監(jiān)控實際顎口料位，并與料位計采集的信號做出對比，以便及時調(diào)整板式給礦機給料頻率的上限值，使破碎腔料位始終維持在2/3料位水平，保證礦石的破碎粒度，提高設(shè)備破碎效率。

5 系統(tǒng)優(yōu)點

5.1 系統(tǒng)自動運行時能連續(xù)保持顎式破碎機破碎腔高料位，實現(xiàn)擠滿給礦，增大破碎比，提高破碎效率，減少襯板磨損，降低材料消耗

5.2 提高了設(shè)備運行的自動化水平，降低了操作人員的勞動強度，改善了勞動環(huán)境

5.3 系統(tǒng)配備了完善的保護(hù)及設(shè)備聯(lián)鎖，避免了人員過多參與操作時造成的誤操作，實現(xiàn)設(shè)備故障及料位報警時能及時停機，避免設(shè)備損壞和故障范圍的擴(kuò)大，減少損失

5.4 系統(tǒng)具備設(shè)備報警信息和參數(shù)曲線歷史查詢功能，有助于技術(shù)人員分析故障現(xiàn)象，找出故障原因，及時找出處理方法，從而避免類似故障的再次發(fā)生

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