PLC变频调速控制系统在矿石破碎筛分系统的应用.pdf

2 0 1 5年 8月第 4期P L C变频调速控制系统在矿石破碎筛分系统的应用周栋梁 4 1 幸‘ 夺 ‘ 专。 孛 ’ 幸’ 夺。 夺 ‘ 牵‘ ． 电力节能 ； ‘ ．夺 ． 々 ． ． 夺 ． 争 ． 夺 ． 孛． ． P L C变 频 调 速 控 制 系 统 在 矿 石 破 碎 筛 分 系 统 的 应 用 周 栋 梁 白银 有色非金属材料有限公 司，甘肃 白银 7 3 0 9 0 0 [ 摘要 ] 某厂利用计算机 、 P L C 、 变频器 实现 了矿 石破 碎筛分 的 自动 控制 。本 文介绍 了控制 系统 的组 成 、 选 择 、 应 用及实施 效果。 [ 关键词 ] 变频调 速 ； P L C ；筛分系统 ； 破碎 机 [ 中图分类号 ]T M9 2 1 ． 5 1 [ 文献标 志码 ]B [ 文章编号 ]1 0 0 8 5 1 2 2 2 0 1 5 0 4 0 0 4 1 0 3 Ap p l i c a t i o n o f PLC Fr e q u e n c y Co n t r o l S y s t e m i n Or e Cr u s h i n g a n d S c r e e n i n g S y s t e m ZHOU Do n g l i a n g Ab s t r a c t Th e t a r g e t o f a u t o c o n t r o l i n o r e c r us h i ng a n d s c r e e n i n g s y s t e m wa s a c h i e v e d b y u t i l i z i n g c o m- pu t e r ，P LC a n de q u e n c y c o n v e r t e r i n a pl a n t ．T he p a pe r i n t r o d u c e s t h e c o n t r o l s y s t e m c o mp o n e n t s ，s e l e c t i o n，a p pl i c a t i o n a n d i mp l e me n t i n g e f f e c t ． Ke y wo r ds e qu e n c y c o n t r o l ；PLC；s c r e e n i n g s y s t e m ；c r u s h e r U 日 IJ舀 某 公 司 的石 灰石 矿 山 以开采 出售 石灰 石原 矿为 主， 产品附加值低 ， 利润薄 ， 造成公司经济效益较差。 为此 ， 公 司决定对 石 灰石 原矿 深加 工 ， 通过新 增 一条 1 0 0 t ／ h的矿石 破碎筛 分 系统 ， 把 石 灰石 破 碎筛 分后 出售给电石厂 、 白灰厂 ， 提高产品附加值 ， 每年 可增 加利 润 2 0 0万元 。 矿石 由矿 仓经 振动 给料 机 1 5 k W 进 入粗 破 碎 机 1 1 0 k W ， 破碎后 经 2号给料 机 1 5 k W 进入 2台 细破碎机 2 3 7 k W ， 破碎后 由皮带运输机 1 1 k W 运 送到 振动 筛 2 2 k W ， 振 动筛 将 其筛 分 为 四级 矿 石 。 其中三种不 同规格 的成 品矿石 由三条皮带 运输机 3 7 ． 5 k W 运送 到堆料场 ， 最上层筛分 出的大块 矿石 经 回料皮 带 5 ． 5 k W 输 送 到 4号 颚 式 破 碎 机 3 7 k W 再次破 碎 后 回到上 料皮带 ， 提 高成 品率 。 1 矿石破碎筛分 系统工艺 流程 2 控制系统选择 经反复讨论研究 ， 公 司选择的矿石破碎筛分 系 统工艺 流 程如 图 1 所 示 。 [ 收稿 日期 ]2 0 1 41 2 2 6 [ 作者简介 ]周 栋梁 1 9 6 8 一 ， 男 ， 甘 肃省榆 中人 ， 大学 本科 ， 电气工程师 ， 现从事 电气技术管理工作 。 控制系统主要负责破碎 、 筛分及输送皮带的启／ 停控制、 联锁控制及保护 ， 以及对设备运行状态和关 键参数 的监 测记 录 ， 包 括 2台振 动 给料 机 、 4台 颚式 破碎机、 1台振动筛及 5台皮带运输机的电机启／ 停 控制 、 电机过 载 热继 电器状 态 的监测及 自动联锁 。 该系统共有 1 2台设备组成 ， 控制环节较多 ， 系 4 2 有色冶金节能 口电力节能 料仓 卜 叫 1 号给料机H 1 号颚式破碎机 卜 叫 2 号给料机 上料皮带 4 号颚式破碎机 振动筛 ___________________ ．．．．．．．．．I I ． ． 一 回料皮带 2号颚式破碎机 3号颚式破碎机 1 号出料皮带 卜 _ l堆料场 三 堂 卜 _ 兰 型 再 图 1矿石破碎 筛分 系统工艺流程 图 统较复杂 ， 且开机 、 停机要按一定顺序。为降低大功 率 电机启 动 电流 ， 不 仅 要 降 压 启 动 ， 还 要 有 保 护 装 置 。在矿 石破 碎筛 分 工 艺 中 ， 目前 大部 分 企 业 都 采 用 传 统 的由继 电器 、 接 触 器组 成 的控 制 电路 。如 果 采 用 传统 的继 电器联 锁控 制 ， 会 使 控制 系统 繁琐 、 可 靠性低 、 故障率高、 维修量大 、 劳动强度高。并且破 碎 机 、 振动 给矿 机 、 振 动 筛 、 皮 带 机处 于工 频 恒 速 运 行状态 ， 不能随矿石的粒度 、 原矿仓矿石量等调整， 造成各 台设备产 能不匹配 ， 经常造成堵料 、 断料等 ， 影响生产 ， 不仅造成电能的巨大浪费， 且影响电机和 破 碎机 的使 用 寿命 。 为 了克 服传 统 控 制线 路 的 以上缺 陷 ， 根 据 前 述 控 制要 求 ， 结 合 当前控 制技 术及 电气 技术 的发展 ， 在 充 分考 虑 了系统 的稳 定 性 、 可 靠 性 、 通 用 性 基 础上 ， 设计了一套 由计算机 、 可编程控制器 P L C 、 变频调 速 器组 成 的 自动 化矿 石破 碎筛 分 系统 。该控 制系 统 采用集 中式控制结构 ， 分为 3级 过程 监控站 、 P L C 控 制器 、 变频 调 速器 和现 场 电气 驱 动及信 号检 测 。 3 控制 系统实施过程 3 ． 1变频 器 选择 如果 采 用传 统 控 制 系统 ， 破 碎 机 、 振 动 给 矿 机 、 振 动筛 、 皮带 机处 于工 频恒 速运 行状 态 ， 不能 随矿 石 的粒度 、 原矿仓矿石量等调整 ， 造成各台设备产能不 匹 配 ， 经 常造 成堵 料 、 断料 等 问题 。为 了解决 上述 问 题 ， 需对这些设备采用调速控制。以前普遍采用滑 差调速 、 调压调速、 直流调速等 ， 这些调速系统存 在 结构复杂、 故障率高 、 调速性能差等缺点， 目前 大多 已被先进 的变频调速技术所取代 。并且通过变频器 还 可实 现矿 石破 碎筛 分 系统 的软 启 动 ， 不 再 单独 设 置 降压启 动 电路 ， 简 化 了控 制 线 路 ， 降 低 了启 动 电 流 ， 启动过程平稳 、 可靠 ， 所以最终选择变频器实现 系 统 的调速 需求 。利 用 变频 调 速 技 术 控 制破 碎 机 、 皮 带运输 机 、 振动 筛 的拖动 系统 ， 满 足 了系统各 设备 之 间根据 矿石 情况 调 整 运 行 速 度 的 目的 ， 做 到 了产 能匹 配 ， 提 高 了矿 石 破碎 、 筛 分 生产 系统 的效 率 ， 节 能 效果 明显 。 变频器需要具有稳定的性能 、 丰富的组合功能 、 高 性 能 的矢 量 控制技 术 、 低速 高转 矩输 出 、 良好 的动 态特性及超强的过载能力等 。经过 比较 ， 选择 了性 价 比较 高 的英威 腾 变频 器 。 3 ． 2 P L C选择 可编程控制器 P L C 作为一种先进 的 自动控制 装 置 ， 具 有 编程 灵活 、 功 能强大 、 调 试使 用方 便 、 性 价 比高等 众 多优点 ， 特 别 是 其 适 应 各 种 工业 环境 的能 力 和高 可靠 性 ， 使 其得 到 广泛应 用 ， 故决 定 采用 P L C 来 实现 控制 系统 的功能 。系统 除 了变频 器 所具 有 的 故障 自诊断功能和各种保护功能外 ， 通过 P L C实现 了系统的短路 、 过压 、 欠 压、 过流等保护及 开关机顺 序 、 控制 回路 保 护 、 电机过 热报 警 等功 能 。并 且运 用 组 态软 件设 计 了功 能 丰 富 、 生 动 直 观 的监 控 流 程 画 面 ， 实现了生产过程信息的集中显示和处理 。 选 择 P L C 的基 本 原 则 是 在 满 足 控 制 功 能 要 求 的前提 下 ， 保 证 可靠 、 使用 维护 方便 以及 最佳 的性 价 比。选 择 P L C机 型 时 ， 可 以根 据 系 统 的 控 制要 求 ， 产品的性能 、 技术指标和用户的使用要求加以选择。 根 据该 控制 系统 输 入输 出点 数 ， 并 考 虑 到 I ／ 0端 口 的分组情况以及隔离与接地要求 ， 选 择了西 门子公 司的 S I MAT I C S 7 3 0 0。 3 ． 3控 制方 式设 计 从 灵活 高效 、 安全 可靠 的原 则 出发 ， 设计 了 3种 控 制方式 1 操作 台控 制 ， 作 为 监 控 站 失效 时 的备 用 ； 2 计算机控制 ， 正常生产时使用 ， 工人 通过监 控 站 画面实 现设 备单 动或 联 动 ； 3 就 地 控 制 ， 用 机 旁电气开关实现设备的启／ 停 ， 用于设备试车、 检修 、 紧 急事 故处 理 。在 P L C柜 上 设 有 转 换 预 置 按 钮 和 转 换开 关 ， 可 在 3种控 制方 式 间进行 转换 。 计算 机 采 用工 控 机 ， 使 用 Wi n C C组 态 软件 。 2 0 1 5年 8月第 4期P L C变频调速控制系统在矿石破碎筛分系统的应用周栋梁 4 3 Wi n C C是西 门子 控制 系 统 的人 机 界 面 组 件 ， 只要 在 组 态 时设置 通信 参数 和 P L C类 型 ， 并 在监 控 画 面 的 控 件属 性 中设置 正确 的 字地 址 或 P L C位 地 址 ， 监 控 软 件就 能 建 立 起 与 P L C 内 部 地 址 的 通 信 和 连 接 。 利 用 Wi n C C丰富 的用 户 函数 和 强 大 的图 形 组 态 技 术 ， 设 计 了 以 下 功 能 1 流 程 监 控 画 面 。通 过 数 字 、 动 态 、 闪烁 、 变色 、 曲线 及棒 图 的方式 实 时监视 各 工 艺参 数 、 电气 设 备 的工 况 。操作 人 员 点 击 画 面 按 钮 可 以实 现全线 设备 联 动启／ 停 、 单 动启／ 停 、 现场 询 问 、 紧急停 车等 控制 功能 ； 2 自动报 表 。在 监 控 画 面设计 了报 表 打印 按 钮 ， 可 以将 生产 统 计 数 据 按 生 产 班 次定 时打 印 ， 也 可 以在 任 何需 要 的 时候 进 行 打 印； 3 生产数据统计 。对设备 的启／ 停 时问 、 启／ 停 次数累计 、 班运转时间等信息 自动记录并显示 ， 对于 合理安排设备 检修 和生产具有重要意义 ； 4 报警 功能。在每幅画面上都有报警标志， 工艺参数异常、 设备故障都会触发相应的报警 ， 每次报警都有详细 的原 因解 释和说 明 ， 并有 完善 的报 警屏蔽 、 报 警确 认 和报警 历史 记 录 ； 5 权 限安 全 设 置 。通 过 设 置 工 程师 和操作 员 2级 权 限 ， 明确 了管理 和生 产 操 作 职 责， 防止了误操作 ， 有效的增强了系统 的可靠性 、 安 全性 。 4 ． 4控 制室 操作 人员 看不 到现 场情 况 控制室计算机操作人员看不到现场具体情况 ， 当 现场、 设备有异常时， 不能及时采取相应的控制措施。 针对 这个 问题 ， 安装 了一套 视 频监 控设 备 ， 使操 作 人 员在控制室就能看到现场及每台设备的视频图像 ， 能 及 时 了解现场及设 备运行 情况 ， 提高 了管理水平 。 5 运行结果 上 述 系统 于 2 0 1 2年 8月在公 司成 功投 入 使用 ， 取得了良好的效果 ， 与传统 的矿石破碎筛分系统相 比 1 生产 效率 显著 提 高 。 因设 备调 速 运 行 ， 使 各 台设备 产能 匹配 ， 解 决 了堵 料 、 断料 现 象 ， 处 理 能 力 得 到充 分发 挥 ， 台 时 处 理 量 提 高 1 5 ％ ， 每 天 多破 碎 矿石 3 0 0 t ， 综合电耗降低 了 3 0 ％ ； 2 系统故障率 低 ， 维护 工作量 小 ， 设 备稳 定运转 得到充 分保 障； 3 设备得到有效保护。破碎机、 皮带 运输机 、 振动 筛负荷 电流受到监控 ， 一旦超限会及 时联锁制动和 报 警 ， 解决 了 因为堵 料造 成皮 带烧 毁 、 电机 因超载 损 坏等问题 ， 设备维修费用下降 2 5 ％； 4 因实现了 自 动 控制 ， 减少 了人员 编制 ， 每班 操作 人员 由 5人减 为 2人 ， 按总计 4班计算 ， 共减少 1 2人 ， 每年节省工资 约 3 6万元 。 4运行 中发现 的问题及解决方案 6 结束语 4 ． 1皮带 跑偏 皮带在运行 中有 时会 跑偏 ， 如不 及 时停 机 ， 会 损 坏皮带 。为解 决这个 问题 ， 在皮带 机上加装 了跑 偏开 关 。 当皮带 跑偏时 ， 跑偏 开关动作 ， 皮带 机停机 。 4 ． 2皮带 打滑 运行中发现当皮带粘上泥水 、 主动滚筒磨损大、 皮带异常卡死或给料量太大等情况时 ， 皮带会打滑， 造成 系统不 能 正常运 行 ， 如不及 时停机 ， 会造 成皮 带 磨 损 。为解 决 这个 问题 ， 给皮 带机 加装 了速 度开关 ， 用于 检测皮 带 运行 速 度 ， 以便 判 断皮 带运 行 速 度 是 否正常。打滑发生时， 可立即停机 。 4 ． 3设备顺 序启 动 延 时时 间不 合 理 按 系统 要 求 ， 开机 时设 备 的启 动 要 按 一定 的顺 序， 每台设备的启动都有一定的启动时间， 而这些时 间对 于每 台设 备可 能 是 不 同 的 ， 因此 设 备 的启 动 完 毕应 包括启 动 时 间 。在 试 运行 时 ， 因 延 时 时 间设 定 不合理 ， 造成前面启动的设备启动没完成， 后面设备 已启动的现象。通过单机试车测定每台设备 的启动 时间 ， 重新 设定 延 时时 间解决 了 问题 。 从实际生产 效果看 ， 该 系统设计合 理 ， 运行 可 靠 ， 自动化程度高 ， 显著提高了生产效率 。同时通过 变 频 调速器 最 大 限度 地 节 约 了 电能 ， 降低 了生 产 成 本 ， 节 电率 可 达 3 0 ％ 以上 ， 显 著 地 提 高 了 企 业 的 经 济 效 益 。 [ 参 考文 献 ] [ 1 ] 张培志．电气控制与 可编程 控制器 [ M] ．第 1 版 ．北 京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 7 1 3 1 ， 8 0 8 4 ． [ 2 ] 王永华 ， 王东 云 ， 宋 寅 卯 ， 等． 现代 电气 及可 编程 控制 技 术[ M] ．第 1 版．北 京 北京航 空航 天大学 出版社 ， 20 0 2 1 3 5， 6 9 6 2． [ 3 ] 方承远 ， 张振 国． 工厂 电气 控制技术 [ M] ．第 3版．北 京 机 械 工 业 出版 社 ， 2 0 0 7 31 5 3 ． [ 4 ] 周亚军 ， 张卫． 电气控制与 P L C原理及应用[ M] ．西安 西安 电子 科技 大 学 出版社 ， 2 0 0 8 1 5 9、 1 2 71 5 0 ． [ 5 ] 顾 绳谷． 电机及拖 动基础 [ M] ．第 3版．北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 6 1 4 01 4 4 ． [ 6 ] 林 明星 ， 董爱 梅 ， 张华强 ， 等．电气控 制及 可编程 序控 制器 [ M] ．第 1 版．机 械工业 出版社 ， 2 0 0 4 7 51 5 9 ．