基于PLC及傳感器技術的球磨機電氣控制系統

張紀華

（福建馬坑礦業股份有限公司一期選礦廠，福建 龍巖 364000）

球磨機是各個基礎行業中礦石磨漿的關鍵設備，當前應用于金屬礦及非金屬礦的冶煉過程中。為加強球磨機運行故障的控制與管理，隨著自動化技術的不斷發展與廣泛應用，球磨機運行控制系統設計中也逐漸引入自動化技術，并且取得了較好的應用效果。電氣控制作為球磨機運行控制的關鍵系統與結構部分，也是當前該領域研究和關注的重點。

1 PLC 及傳感器技術

PLC 控制是信息技術發展與廣泛應用支持下實現的一種的自動化集中控制模式，采用PLC 控制進行企業生產重要設備的運行控制，不僅控制模式相對簡單、快捷，并且能夠通過網絡通信設置實現現場信息與設備信息有效傳送，為設備運行控制可靠性及其在企業生產使用中的穩定性提供充分的保障和支持。傳感器通過對于現場基礎信息狀況的采集，將多種非電信號向標準的電信號轉化，為PLC提供更大程度的連接口，從而完成與PLC 的通信。

2 球磨機電氣系統

2.1 PLC 電氣勵磁裝置控制柜

同步高壓電機PLC 電氣勵磁裝置控制柜是電氣系統的核心部件，通過電氣控制柜可以完全顯示屏幕上各個系統完整的工作狀況，對各可控硅檢測溫度以及同步電機定子/轉子電流/電壓信號、功率因數等運行的實際狀態進行顯示，將所有的離散狀態的故障進行集中控制，同時在屏幕上形成有效地處理，為電機的穩定工作與運行提供支持。以KGLF-2C 型同步電動機勵磁裝置為例，如下圖1所示。

圖1：KGLF-2C 型同步電動機勵磁裝置情況說明

上圖1所示的球磨機電氣勵磁裝置，其控制系統設計中，通過對S7200-PLC以及Pro-face GP37-24V 型觸摸屏的設計運用，同時采用KGLF-2 型的微機勵磁控制器共同組成上述電氣勵磁裝置的控制系統，還針對該裝置的整流供電控制設置了6 只1000W 的KP500A 型晶閘管風冷器件，由其共同構成一個三相全控橋可控硅；通過全數字控制技術運用，采用人機交互界面觸摸屏控制模式，利用計算機對轉差率檢測與運行顯示、滅磁控制、故障診斷等功能進行自動分析與支持。

2.2 高壓開關柜

球磨機電氣系統中，高壓開關柜是高壓電動機動力的主要來源，該裝置的重要部件為高壓真空斷路器。高壓開關柜的運行控制受軟啟柜、潤滑油站、勵磁裝置等線路聯鎖影響，能夠通過外控箱進行就地分合閘控制。

2.3 高低壓潤滑站

高低壓潤滑站工作運行中采用自動控制模式，由PLC 控制中心控制。該系統一般配置有兩臺低壓油泵裝置，一臺工作運行，另一臺作為備用，兩臺設備之間可以相互切換，此外還配備有兩臺高壓油泵，能夠同時啟動運行，并且在低壓油泵啟動運行1min 后進行啟動工作，對潤滑站端口處的油溫一般控制為35 至45℃，在超出該范圍標準的情況下，就需要開通冷卻水，同時啟動冷卻器，或者是接通電加熱器，以進行溫度控制。

2.4 磁控軟啟動裝置

磁控軟啟動裝置在高壓電機啟動運行中為其提供磁控軟啟動支持。

此外，球磨機電氣系統中還包含各種儀器與儀表設備，像數顯溫控表、氣壓表以及油流量開關表、油壓表等。

3 球磨機 PLC 及傳感器系統設計方案

3.1 設計方案

本文在進行基于PLC 與傳感器技術的球磨機電氣控制系統設計中，PLC 設計采用CPU 為KGLF-2C 全數字同步電動機勵磁裝置系統，通過S7200-PLC 及Pro-face CP37W2 的接觸屏實現整體的勵磁控制，整體的形式為全數字的控制系統，根據人機互動的方式進行多種功能運行。此外，在球磨機電氣系統的油站與勵磁柜分別進行獨立的PLC 控制柜設置，通過與電氣系統集中控制裝置的共同作用，進行系統運行控制和故障診斷、管理。

3.1.1 信號采集分析

基于PLC 及傳感器技術的球磨機電氣控制系統中，信號采集包括溫度信號、壓力與流量信號等信號內容。球磨機電氣系統運行的溫度參數采集，主要集中在高壓同步電機前后軸承以及球磨機前后軸瓦、高低壓油站等溫度變化參數的采集與分析上；球磨機電氣控制系統進行壓力信號采集則是以高低壓油站以及空氣離合器氣囊壓力參數信息變化與檢測分析為主；流量信號主要是指高低壓油站的油流量變化信息，對該信號采集與壓力信號的采集應用裝置相一致，均為電流為4-20MA 的對應傳感器設備[2]。球磨機振動信號采集以小齒輪與軸瓦等振動部位為主，通過在小齒輪與軸瓦部位分別配置4 個相應的振動傳感器，對其信號進行采集，并由SM331 模擬量輸入模塊進行采集，輸入到PLC，然后由SM332 模擬量輸出模塊向執行器進行控制輸出，以完成對信號的采集與控制管理。

3.1.2 控制運行方案

上述控制系統運行中，如果離合器的氣囊的壓力控制在合理的范圍中，可以進行高壓電機的啟動，從而將勵磁控制在正常的狀態范圍之中，使其處于穩妥的狀態。此外，球磨機電氣控制系統中還具有恒電流跟蹤補償控制方案，該方案能夠在球磨機電氣系統運行中，針對同步電機投勵后快速、平穩并且可靠的進入同步運行的控制要求，在對應的控制裝置內進行強勵整步控制方案，以滿足其運行控制的功能和要求。

3.2 球磨機故障及控制分析

3.2.1 配套設備故障

通常球磨機的配套設備類型復雜，基于系統復雜程度較大的現實，需要通過集成的方式進行統一處理，通過各系統的統一控制，完成整個調試工作的簡化，一定程度將工作的效率提升。以集成化控制為理論基礎，將控制單元與低壓電氣系統柜集成控制，可以減少不必要的冗余雜線的連接，實現整體功能結構的簡化，一定程度將安裝、維護、調試的工作減少，大幅度節約了成本[3]。

3.2.2 球磨機系統震動及誤停

如果球磨系統有過度的震動及電磁的系統干擾，都會一定程度上引起設備的誤停，如果齒輪有質量問題，潤滑的程度不夠，也會導致過度震動的情況發生，對于這些問題的解決通常需要通過溫度傳感器完成良好的溫度控制，若有震動的發生及時解決，強化整體的設備狀態養護，維持良好的設備穩定形式。

3.2.3 球磨機小齒輪副震動

球磨機小齒輪副震動作為球磨機運行中常見故障，對其設備穩定運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的不符合標準，則會引起其自身的損毀以及整個設備系統的破壞，因此需要通過必要的措施將震動控制在規定的范圍中，從而將小齒輪的副震動情況完全消除，方可再次投入使用。

4 結語

球磨電氣控制系統的結構相對較為復雜，涉及的控制點的內容較多，對于工藝的要求程度也更高，為了實現更加新穎、完善的方法的提供，應該逐步進行整體控制技術的優化，如控制方法的優化等，PLC 及傳感器在球磨電氣系統中的應用，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中應用推廣。