水泥輥壓機電氣控制系統的改進設計

魏勝男

（同煤集團建材有限責任公司， 山西 大同 037000）

引言

如今，隨著房地產行業的發展，對水泥的用量和質量要求越來越高。為了滿足工業生產的需求需從水泥生產設備、工藝等方面不斷提升水泥的產量和質量。據統計表明，工業生產水泥需消耗大量的熱能和電能，二者的比例為4∶1。此外，水泥的生產還需大量的粉磨物料作支撐。實踐表明，每生產一噸水泥消耗各種粉磨物料約3.5 t 左右[1]。目前，我國水泥廠所采用的粉磨工藝水平低、效率低、耗能高，粉磨物料所消耗的電能占據水泥廠電能總消耗量的65%左右。因此，可通過改進輥壓機粉磨料的工藝及輥壓機的電氣系統達到節能減排的目的。本文將根據實際生產需求設計相應的電氣系統，并對其控制系統進行改進。

1 輥壓機的概述

所謂粉磨指的是在外力的作用下將物料的粒度減小至小于5 mm 以下的水平。對于生產水泥而言，需根據水泥生料、成品等不同等級將對應物料粉磨成不同粒度的產品。根據不同粉磨方法可分為濕磨、干磨以及烘干兼粉磨；根據產品的成熟度而言，可將其分為預粉磨和終粉磨[2]。

目前，應用關于粉磨工藝環節的設備有管磨機、輥式磨、輥壓機以及選粉機等，其中以輥壓機的應用最為廣泛。輥壓機的結構如圖1 所示。

輥壓機粉碎主要依靠物料與物料之間的壓力，而不是固定輥和活動輥之間的間隙大小。在實際粉磨過程中，可將輥壓機的粉磨過程分為壓緊密實階段、粉碎階段以及結餅排料階段。

圖1 輥壓機結構示意圖

2 輥壓機電氣控制系統的設計要點

輥壓機作為水泥生產的關鍵設備，其高性能的控制系統不僅可提升水泥的生產效率，還可避免設備的嚴重損壞，間接降低生產成本。

為滿足輥壓機實際生產的需求，要求與其對應的電氣控制系統能夠對如下要點進行控制。

1）實現對活動輥與固定輥之間間隙的監測與控制。在實際生產中，需根據待粉磨物料的類型調整物料層的厚度，從而確定活動輥和固定輥之間的縫隙。針對水泥生產中的粉磨工藝，要求活動輥和固定輥之間的縫隙為25 mm，而且誤差保持在3 mm 內為正常[3]。因此，為確保粉磨質量要求電氣控制系統對活動輥和固定輥之間的縫隙進行監測。

2）進料倉料位監測及下料啟動閥閥口的控制。為確保粉磨下料后能夠連續形成相對密實的料餅，要求在穩流倉內的物料達到70%左右。因此，需對進料倉內的料位及穩流倉內物料量進行監測，并根據監控結果控制下料閥閥口的開度大小。

3）對設備關鍵部件的監測。為確保輥壓機運行的安全性，需對設備各零部件的運行狀態進行監控。根據經驗，要求電氣控制系統對設備主軸承溫度、液壓油油位、液壓系統壓力及潤滑系統等分系統的工作參數進行監測，一旦發現超出限值，應及時發出報警。

3 電氣控制系統總體方案的設計

基于上文所述的控制要求，輥壓機電氣控制系統能夠對設備及其零部件的運行狀態進行監控，并將所采集的數據輸送至PLC 控制器中，經與標準值對比后得出相應的控制系統，從而對輥壓機主機、潤滑泵、液壓泵以及卸壓泵等執行機構進行控制[4]。此外，當監測到設備及其零部件運行狀態超出限值時應發出報警。輥壓機的控制流程如圖2 所示。

圖2 輥壓機電氣控制流程圖

4 輥壓機電氣控制系統硬件的設計

輥壓機電氣控制系統的核心硬件為PLC 控制器和相關傳感器的選型。

4.1 PLC 控制器的選型

PLC 控制器為電氣控制系統功能實現的關鍵，基于對電氣控制系統控制需求及各類PLC 控制器對比的基礎上，最終所選PLC 控制器的類型型號為S7-315-2DP 型。根據控制需求設計如表1 所示的I/O 模塊。

表1 PLC 控制器I/O 模塊及功能

4.2 監測元器件的選型

根據控制需求需為電氣控制系統配置壓力傳感器、位移傳感器、熱電阻等監測元器件。監測元器件的選型結果如表2 所示。

表2 監測元器件選型結果

5 輥壓機電氣控制系統軟件的設計

根據上文所述的輥壓機電氣控制系統的控制功能要求，本文特設計如圖3 所示的程序流程圖。

圖3 輥壓機電氣控制系統程序流程圖

如圖3 所示，輥壓機電氣控制系統可對主電機的電流值、軸承溫度、固定輥與活動輥之間的縫隙等參數進行監測。其中，當系統監測到主電機電流過載110%時，控制活動輥大行程后退；若主電機電流仍無法減小，設備應自動停機。當軸承溫度高于55 ℃時，系統發出報警；當軸承溫度高于60 ℃時，設備自動停機；當固定輥和活動輥之間的縫隙大于5 mm 小于28 mm 時，系統應控制相應卸壓泵進行糾偏操作；當固定輥和活動輥之間的縫隙超出限定值（28 mm）時，設備應自動停機[5]。

此外，系統啟動時應首先監測出料閥是否已被開啟，只有出料閥被開啟后才可啟動輥壓機；而輥壓機進料閥待設備完全啟動可工作后才可開啟。

6 結語

輥壓機為水泥生產工藝中必不可少的設備，其主要功能是將物料根據生產需求粉磨至一定粒度大小的顆粒。在實際生產中，輥壓機的耗能較大且自動化程度低、故障率高。為此，基于PLC 的電氣控制系統能夠對輥壓機運行過程中電機電流、軸承溫度以及固定輥與活動輥之間的距離等參數進行監測，并根據監測結果對相關泵的工作進行控制或者發出聲光報警。基于電氣控制系統能夠提升設備運行的穩定性和可靠性，一旦發現相關零部件的運行狀態超出限值，系統可自行糾偏或者停機，避免對系統造成更大的損壞，為提升水泥的產量和效率奠定扎實的基礎。