單缸液壓圓錐破碎機自動控制系統設計研究

姜俊雄，熊紹俊，汪云強

（南昌礦山機械有限公司，江西 南昌 330004）

由于我國破碎技術起步晚，導致我們在單缸圓錐破碎機使用過程中，需要依托人工控制方式，這種方式降低了作業效率，加大了人力資源的投入。因此，相關研究人員應用PLC控制技術對單缸圓錐破碎機控制系統進行升級設計，提高單缸液壓圓錐破碎機控制系統自動化程度，通過設計改造，提高破碎機的作業效率，同時降低能耗。

1 單缸圓錐破碎機自動控制系統設計

1.1 總體方案設計

設計人員在設計中，充分發揮PLC控制技術的作用，在自動系統整體方案設計上，由硬件和軟件系統組成，包括各類傳感器，增設了位移、溫度、壓力等檢測功能，在PLC技術支撐下，保證各傳感器實現準確控制；借助PLC程序，對采集到的信號進行處理，對給礦電動機轉速的自動控制，實現自動控制給料量，維持主電機功率不變；有效提高單缸液壓圓錐破碎機負荷穩定性。

1.2 硬件設計

設計人員在單缸圓錐破碎機系統改造設計過程中，引入了PLC控制技術，借助PLC能夠實時接收傳感器數據，并根據數據控制量，對變頻器進行控制，實現對給礦電動機轉速的控制，將圓錐破碎機工作負荷控制在合理范圍內，進而保證圓錐破碎機始終處于穩定運行狀態下；同時，將PLC技術引入圓錐破碎機自動控制系統設計中，保證數據采集效果，能夠有效將數據傳輸給中控系統，進而在線實時監測圓錐破碎機的運行工況。就自動控制系統硬件設計情況看，系統功率主要是按照功率變送器檢測結果進行設定的。使用溫度傳感器檢測主潤滑油的溫度；借助壓力傳感器檢測液壓系統的破碎壓力。給礦電動機使用變頻控制轉速從而實現控制給礦量，應用優勢顯著。由于圓錐破碎機自動控制系統，對動態響應要求高，因此，在系統改造設計中，需重點考量圓錐破碎機的負載；在變頻器支持下，能夠進一步保證單缸圓錐破碎機自動控制系統設計效果，滿足具體工況使用需求[1]。另外，在圓錐破碎機自動控制系統硬件設計中，使用的是液壓伺服系統，主要通過控制主軸位置，保證排礦口大小。為保證圓錐破碎機送料速度，在本次設計改造中，對破碎機送料膠帶輸送機的電動機轉速進行控制，并在變頻器支持下，實現自動控制。

1.3 軟件設計

通過PLC技術的應用，根據PLC程序進行編寫，實現對系統的初始化設計，確保按照順序啟動相關的系統設備；提供了數據參數轉換和數據采集功能，實時對自動控制系統運行狀態的監控，在系統控制環節，主要應用的是模糊控制方法，有效提高了圓錐破碎機自動控制系統的抗干擾能力，保證系統運行效果。

1.4 上位機設計

將PLC技術與中控進行連接，保證了通信效果，實現在線監控功能，整個設計過程是在視窗控制中心完成的，進一步提高了系統靈活性，為人機界面設計，提供了便利條件。在中控系統設計上，增設了參數顯示功能，支持對相關參數的更改和設置，提供了報警功能，能夠對歷史數據進行記錄和存儲，通過優化設計中控系統，全方位對圓錐破碎機自動控制系統進行控制，加強故障預警，若圓錐破碎機系統部件出現運行故障，系統會第一時間進行預警，便于相關檢修人員開展故障維修作業，并在短時間內恢復圓錐破碎機自動控制系統正常運行狀態。

2 單缸圓錐破碎機自動控制系統要求及工作原理

2.1 自動控制系統設計要求

設計人員在系動化改造過程中，設置了自動和手動兩種方式，實現手動和自動控制切換目標，當圓錐破碎機自動控制系統處于自動控制模式下，能夠根據主電機功率大小，控制給礦電機的轉速，有效控制圓錐破碎機工作負荷，在自動控制狀態下，有效調整排礦口大小尺寸；整個自動控制過程中，重點監測圓錐破碎機主電機運行狀態，檢測作業狀態下，潤滑油的溫度，測定液壓系統的破碎壓力，根據設計需求，實現了對上述信息的收集，清晰化地反映在圓錐破碎機自動控制系統控制界面上，幫助相關人員更好分析圓錐破碎機自動控制系統運行狀態，并結合系統實際運行情況，調整相關參數。

2.2 工作原理

在礦石開采過程中，根據開采方式、排礦口調整裝置等因素，選擇破碎機粉碎設備；本文主要研究的是單缸液壓圓錐破碎機；設備組成主要由機架總成、主軸總成、下機架總成、偏心總成和小齒輪總成組成。主電機通過三角帶，帶動小齒輪旋轉，通過齒輪傳動帶動偏心總成旋轉；偏心總成推動傾斜的主軸總成繞著破碎機的中心旋轉，最終動、定錐襯板構成的破碎機周期性的變化，實現對礦石的破碎和排礦。在運行過程中，可以隨時調節主軸的位置，從而實現調節排礦口的大小。然而，將圓錐破碎機具體應用在礦石開采中發現，需要手動控制，整體作業效率不高；難以發揮破碎機的功能優勢；并且在實際工況中，破碎機處于且長期處于輕載運行狀態，有設計人員在改造設計圓錐破碎機自動控制系統過程中，應用了PID模擬調節系統，但實際應用效果不理想，操作難度大，增加了系統設計程序，難以保證自動控制系統的適應性[2]。基于此，有研究人員提出了基于模糊控制的圓錐破碎機自動控制系統設計理念，將模糊理論引入到系統設計中，進一步為自動控制系統應用可靠性提供了理論支撐依據。

3 基于模糊控制的圓錐破碎機自動控制設計

3.1 系統控制功能要求

破碎是礦石開采的關鍵性工藝，能耗較大，破碎效率關乎到整個礦山企業的生產效率，為改變單缸圓錐破碎機人工控制模式，設計人員在常規改造設計基礎上，對基于模糊控制的圓錐破碎機自動控制設計，展開進一步的研究，最大程度上保證圓錐破碎機自動控制系統運行性能，減少電動機故障的發生，實現自動控制目標，更加精準的控制給礦量，進而保證作業效率，為礦山企業發展提供助力。基于此，設計人員在實際設計過程中，基于系統控制功能要求展開設計，明確了設計目標，將提升破碎機工作負荷穩定性作為首要改造設計的首要目標，確保有效控制主電機的功率；就影響破碎機電機功率相關因素看，涉及給礦量和排礦口，為保證礦石料破碎粒度滿足生產需要，科學設定排礦口的數值；確保通過控制給礦量控制電機作業恒定功率[3]。同時，自動控制系統控制功能，對排礦口大小提出了相關要求，確保自動控制系統，能夠自動調整排礦口大小，能夠實時監測電機運行狀態。

3.2 對電機恒定功率的模糊控制

圓錐破碎機自動控制系統，主要是依托功率變送器檢測主驅動電機功率的，在模糊規則下，對控制量進行控制，變頻器根據控制量情況，調整電機的轉速，更好保證給礦量的合理性和科學性；最終保證破碎機驅動電機的功率，維持在穩定狀態下；保證作業效率。自動控制系統改造設計人員，根據模糊運算推理，將需要調整的設計參數轉化為模糊理論，并羅列出模糊子集；參照模糊變量賦值表，可推導出最終的運算結果，保證電機各項運轉參數的合理性。

3.3 系統硬件設計

在系統硬件設計上，為滿足自動控制系統功能需求，制定了以PLC技術為核心的設計方案，增設了觸摸屏人機界面，實施將相關的數據信息反饋到觸摸屏上；根據模糊理論，搭建模糊模型，對控制量進行碰撞分析，保證數據的合理性，PLC根據模糊模型提供的數據信息，對控制量進行調整，并通過調整液壓系統的伺服閥，實現對排礦口大小的調整；最終在實際工況中應用時，能夠保持主電機功率不變，更好穩定破碎機的工作負荷。

3.4 系統軟件設計

基于模糊控制的圓錐破碎機自動控制系統設計，在PLC程序設計下，進一步優化了數據采集方式，實現標度轉換目標，有效調整了排礦口尺寸，在模糊控制在，支持對三大主要模塊進行管控，在PLC程序設計過程中，重點設定了主機功率模糊控制程序的編寫方式，在本模塊設計中，使用的是基址+偏移地址尋址設計方式，為保證程序設計可行性；根據模糊理論納入模糊論域元素，最終能夠精準推算出實際控制量。

3.5 觸摸屏界面設計

在單缸液壓圓錐破碎機自動控制系統觸摸屏設計中，設計人員借助專業軟件進行設計，結合觸摸屏界面實際使用需求，加強對主畫面、設備運行畫面、故障診斷畫面的控制；進而更加清晰化的反映出主機功率實時曲線以及主機功率實時曲線值；幫助現場人員，實時監測和掌握主機功率運行情況，并根據系統運行狀態，將誤差控制在合理范圍內；進而保證自動控制效果。

3.6 遠程界面控制

在遠程界面控制設計環節，采用的是MCGS軟件設計方式，重點優化設計了主界面、潤滑系統界面以及系統參數界面等；通過將模糊理論引入到單缸液壓圓錐破碎機自動控制系統設計中，實現對破碎機恒定功率的控制，并在模糊模型創建下，防止主電機功率出現非線性現象，避開不確定因素的干擾；將改造設計后的圓錐破碎機自動控制系統應用在礦石開采作業中發現，系統具有較強的魯棒性，展現了運行優勢，系統運用可靠程度高。

4 結論

綜上所述，單缸液壓圓錐破碎機廣泛應用在礦石開采中，屬于粉碎性設備，在技術驅動下，逐步提高了單缸液壓圓錐破碎機工作效率，然而，為進一步實現單缸液壓圓錐破碎機自動控制目標；相關設計人員對自動控制系統進行優化改造，引入了PLC技術，優化改進了自動控制系統性能，提高了系統在實際工況中的控制水平，更好展現了自動化優勢，保證礦石開采作業順利完成。