基于PLC的单缸液压圆锥破碎机自动控制改造

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  摘 要:目前我国的选矿厂主要应用单缸液压圆锥破碎机来进行生产工作,但是这种机械本身的自动化水平并不高,而且生产效率较为低下,针对这一问题,我国提出了相应的改进方案,以期能够应用该改进方案,使得排矿口可以直接进行有效的调控,并利用恒定的功率来实现控制,从而使得设备的整体生产效率可以得到有效的提高。本文就主要针对基于PLC的单缸液压圆锥破碎机自动控制改造进行了简要的探究,仅供同行交流和参考。
  关键词:PLC;单缸液压圆锥破碎机;自动控制;改造
  在我国的选矿厂中,主要应用来进行矿产破碎处理的设备就是单缸液压圆锥破碎机,这种机械在很长一段时间的应用中,都是采用的人工操作,利用人工操作的方式将排矿口的矿石进行破碎处理,但是这种人工操作的方式无法体现出自动化控制的优势,使得该破碎机的生产效率大打折扣。所以,需要充分的依据PLC来对现阶段应用的单缸液压圆锥破碎机进行自动控制改造,通过改造不仅能够使得破碎的自动化水平得以良好的提升,同时也能够使得设备的引进成本相应的降低,有利于推动我国矿产业的发展。
  1 PLC的结构及优势
  PLC即为可编程逻辑控制器,是一种数字运算操作的电子系统。PLC包含了电源和中央处理单元(RQS)以及存储器、输入输出接口电路和多种功能模块等,是一种用于工业控制的计算机,主要代替继电器来实现逻辑控制。其中中央处理器是PLC的核心,其主要任务是从编程器中键入用户所需要的程序及数据,对其进行发送及存储,并通过输入或输出设备对现场的数据及状态进行接收,常用的中央处理器有单片微处理器及通用微处理器。
  存储器包括用户存储器及系统存储器,用户存储器用来存放根据具体任务编写的PLC程序及用户程序中的数值数据及状态变量,系统存储器则存放系统程序,用户不能随意更改;输入或输出接口分别接收及采集开关量输入信号或模拟信号(传感器)电位器及行程开关等)、连接被控对象中的各个执行元件(电机、电磁阀等)。
  PLC技术与其他可编程控制器相比具有以下几大优势:
  1.1 编程简单。该技术是面向普通电气工程技术人员进行设计的,因而使用的是容易掌握的梯形图语言,梯形图语言是在继电器控制的表达方式基础上发展起来的,同时兼顾了工业企业员工在读图和微机应用上的习惯,具有直观易学的特点,只需简单地培训就可基本掌握编程技术,节省了企业培训成本。
  1.2 使用方便。PLC型号各异,种类繁多,但是具有明显的系列化和模块化特征,同时具备各种软件,因而用户可以根据实际需要灵活组合,只需要在端子上接入需要的输入和输出信号。
  1.3 抗干扰能力强。煤矿周围环境较复杂,加上自然条件较恶劣,传统技术下如果连续工作,容易出现故障,该技术可以适应各种恶劣环境,提高了系统运行的可靠性。
  2 自动控制改造方案设计
  2.1 分析液压原理
  破碎机利用破碎液压系统通过液压缸的上升,带起2个重锤,连续快速回落,最终完成对煤块的破碎,这主要是因为破碎机液压缸上分布着,个锤头,每一个锤头所产生的力量不均,相对较分散,进而使冲击力较均匀,实现破碎目的,破碎机液压系统由油缸、梭阀、溢流阀、二位三通或二位二通电磁阀等组成,每一部分都有其相应的功能,通过失电二位二通电磁阀,断开回油与进油管路。
  失电二位三通电磁阀,关闭液控单向阀。由于受到高压的作用,单向阀就会开启,将油迅速供给液压缸,相应的顶升油缸,使油缸处于上升状态,对于油缸的下落状态与上升状态相反,进而使油缸彻底下落。
  2.2 确定控制方式
  无论哪一种自动控制系统,都有着,种控制方式,分别为继电器控制、单片机控制及PLC控制,,种控制方式相比,可编程控制器(PLC)的控制方式具有操作简单及扩展性好的优点,为此,破碎机自动控制方式采用PLC控制,主要由执行元件、控制元件及传感器等几部分组成,根据相关产品及液压重锤的工作要求,将压力传感器安装在油泵出口、液压缸上下腔处,方便对压力情况及变化进行测量。
  2.3 选择PLC
  PLC的选择包括机型、I/01模块及点数、存储容量及特殊功能模块四大部分,其中在选择PLC机型时,应确保满足系统功能的前提下,选择使用、维护方便及性价比高的PLC机,一般分为模块式及整体式的结构,根据破碎机的工作原理、液压原理及施工环境,选取适宜的模块,I/O模块及点数的确定不仅要充分考虑一定的余量,同时还应降低相关费用,一般情况下,点数越多,其价格越高,相应的成本就会增加,为此,本次设计应根据PLC点数的计算方法来计算,加上充分考虑今后的扩充及调整,将I/O的点数按照实际的15%用于备用,并在此基础上增加20%的余量,当然,在设计时可能遇到用开关量或者模拟量都不能够解决的问题,这时则根据实际需要选择合适的特殊模块。
  2.4 自动控制要求
  系统的控制通常有两种形式,一种为手动控制,一种为自动控制,而这两种控制方法需要经过开关的选择而进行切换。一般来说,选用自动控制时,可以针对主轴电机功率的大小情况来对给矿电机的转速进行有效的调整,这样就能够使得系统在运行的过程中达到负荷恒定的效果,从而进一步实现负荷恒定的目标。
  另外,严格的依据设定值来对排矿口尺寸进行自动化的调节。但是无论是选择何种控制方式,都需要以PLC控制系统为参照依据,并利用该控制系统来对相关的数据,如主轴点击运行的功率、排矿口的尺寸大小以及润滑油的温度等进行采集,同时要针对现场的监控器材以及触摸屏进行调节,将所收集到的数据通过触摸屏或者是监控器进行有效的显示。
  2.5 破碎机控制系统设计要求
  一般情况下,破碎机在满足系统动作的要求之下,其控制系统的设计应符合实用+操作方便及简单的原则,同时其设计应具有前瞻性,在以后的发展及工艺改进中留有一定余地,一方面,对破碎机的系统报警及紧急制动功能进行设计时,需要安装检测器件,同时可自动做出反应,及时报警,对错误信息正确显示出来。另一方面,液压缸的工作过程就是运动及动力的传递过程,主要表现为将液压压力转变为液压缸活塞带动锤的冲击能,达到控制重锤打击力的目的。   2.6 液压系统改造
  动锥主轴设定的位置,将直接决定了破碎机排矿口尺寸的大小,而动锥主轴位置的设定,则主要取决于对液压系统。液压系统对动锥主轴的位置具有控制权,依据这一点就可以充分的了解到,在对排矿口大小进行调节的过程中,需要借用到液压系统,依据液压系统来实现对排矿口大小的合理调整,就目前所应用的破碎机液压系统来说,其都是应用的手动方式进行调节,而具体的液压系统控制原理可详见图1。
  上图1中,1代表的是油箱;2代表的是液压泵;3表示的是单向阀;4表示的是高压溢流阀;5指代的是手动换向阀;5指代的是截止阀;而7代表的就是压力表;8则代表的是压力表开关;9则划定为安全阀;10被划定为蓄能器;11指代的就是放气阀;12表示的就是单向节流阀;13则表示为液压缸。
  通过上图1液压系统的控制原理可以看出,这种液压系统在实际的运行过程中,需要通过自动化的方式进行控制和操作,针对这一点来分析,在对液压系统进行改进的过程中,需PLC哟合理的应用到液压伺服系统,采取手动的方式,利用电液伺服阀来替代换向阀,并在PLC的基础上实施控制。
  2.7 自动控制设计
  在对系统所具有的控制功能进行分析的基础上,需要将PLC作为控制的核心,基于PLC来实现自动化的控制,而PLC的自动化硬件结构构成图可详见图2。
  在系统中,通常会将PLC作为核心的环节,并将触摸屏当做是显示界面,在利用变速器对圆锥破碎机的排矿口以及温度等进行检测和调节的过程中,需要参照PLC所收集到的各项数据,并依据对模糊控制来将检测结果有效的输出,并将控制量利用变频器传送给给矿电机,使得给矿电机的转速能够依据液压系统的伺服阀来进行调节,从而有效的确定排矿口的大小,这样就可以使得主电机功率保持恒定,不会出现功率变动的情况,在这一条件下,破碎机就有效的实现了稳定负荷的控制目的。
  3 系统硬件设计
  在对破碎机主电机的运行功率进行检测的时候,可以应用XPW有功功率变送器进行检测,而在对圆锥破碎机排矿口大小进行检定的时候,则可借用到检测设备就是FWD-L磁致伸缩位移传感器,而在对润滑油的温度进行检测的时候,则应用到的设备就是温度变送器,另外,在对液压系统所具有的压力进行检测的过程中,应用到的设备主要为压力变送器。针对破碎机的给矿速度进行控制的时候,主要通过对给料皮带运送速度的控制来实现,一般来说,选用的控制机械设备应该为变频器电机设备。
  针对排矿口的大小进行调节的时候,需要合理的利用电液伺服系统来对主轴的设定具体位置进行选择,电液伺服阀在实际的应用中,选用的主要机械型号就是直动式滑套伺服阀,在这种伺服阀中,安装有相应的集成电子放大器。
  在系统中,设置有相应的输入信号以及输出信号,这种输入和输出信号的传送,需要借用到相应型号的PLC以及CPU,其可以针对24个数字量来进行输入处理,同时可以针对16个数字量进行输出处理。端口的编号一般被设定为Ix.x和Qx.x,其中x就是代表的不同的数字标号。
  针对模拟量的模块进行有效的扩展,可以将其扩展为2个模块,这两个模块每一个都有2个输入端口和2个输出端口,总共就有四个输入端口和四个输出端口,其中一个模拟量的输出端口都会设置三个输入接线端,分别标注为A+,A-以及RA。同时在模拟量的输出端口上,除了会设置3个接线端之外,还会设置3个出线端,分别用MO,VO以及IO标注。在对通信接口模块进行扩展处理的过程中,需要与计算机总线相结合,从而实现良好的通信。基于PLC进行硬件结构设计的时候,具体的设计结构可详见图3。
  4 系统软件设计
  在对系统软件进行设计的过程中,主要是针对PLC程序进行系统化的编写,在编写相关PLC程序的时候,需要有效的对数据进行采集和转化,实现对排矿口尺寸的合理控制,设定排矿口PID控制模块、标度转换数据采集模块以及主机功率模糊控制模块。在这三个主要的模块构建完成后,就可以对系统的主流程进行设定,而系统主机的流程图可详见图4。
  5 触摸屏界面设计
  触摸屏主要是针对PLC所收集到的数据进行有效的显示,这就对其显示界面有着一定的高要求。为了能够使得触摸屏可以对PLC所收集到的数据进行清晰的显示,就需要在对触摸屏的界面进行设计的过程中,能够合理的应用Windows软件,依据SIMATICProTool6.0版组态软件来展开触摸屏界面的设计,在界面设计中,要充分的结合现场系统运行的具体要求和操作的需求,在触摸屏的界面中,要设定好相应的监控界面,而监控界面中,所要设置的内容包括主画面、设备运行状况、参数设置选项以及故障诊断项等模块。
  而具体的触摸屏主画面设定可详见图5。
  通过上图5的触摸屏主画面可以看出,在主画面中,包括对主机运行状态这一显示项、主机功率显示值、功率设定值、排矿口设定值、排矿口设定值等四个主要的参数,而其中排矿口以及主机功率为恒定值,而功率设定值以及排矿口设定值则可以进行自由的调节,在触摸屏上,显示的主体运行状态为开机并且设备正常的状况下,则说明,系统运行正常。同时在触摸屏主画面的右下角还设置有功能选择项,能够有效对相应的功能进行选择。触摸屏上对PLC收集的数据进行显示的时候,主要是通过去破碎机控制系统的实时曲线图来进行显示。
  结束语
  通过本文的分析可以充分的了解到,针对单缸液压圆锥破碎机合理的进行自动化的改造,的不仅能够使得排矿口的大小能够得到合理的调节,同时也能够使得主电机实现功率的的恒定,达到良好的控制效果。这样就在一定程度上使得生产的效率相应的提高,并且自动化水平也可以得到相应的提高,这样就能够有效的实现自动化操作,此次来取代部分的受到操作,从而减少各种手动操作存在的问题。而且圆锥破碎机自动化改造是在原有机械设备的基础上进行的改造,这样也在一定程度上节省了设备施工的成本,扩大了单缸液压圆锥破碎机的应用范围。
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