砂石厂上料系统
更新时间：2020-12-18 16:46:45 字号：T|T
对传统的矿山给料输送作业进行分析可知，其大都需要人工看守与辅助，不仅作业环境较为恶劣，而且具有较大的劳动强度，一旦发生人为失误和突发蓬矿时，难以及时中断故障设备，从而增加安全隐患。考虑到PLC，即可编程逻辑控制器具有兼容性好、成本低、******性强等特点，且具有较强的程序编写与通信功能，因此，将其引入到矿山破碎给料输送系统中，实现对给料系统的******控制，无疑对提高矿山作业的自动化程度和安全性具有重要促进作用。
1. 给料输送系统构成
矿山破碎给料输送系统主要由半固定式破碎站、单斗挖掘机、自卸卡车、原矿仓、颚式破碎机、链板式给料机、中碎设备以及传送带、干选机、振动筛、和筛分仓与细碎设备和缓冲仓等部分共同构成。在露天坑中，采剥矿石由自卸卡车运至破碎站，而后进行给料输送，原矿石经装载机添加至原矿仓后，给料电动机便开始带动链板将与原矿石输送至颚式破碎机中进行一级破碎。由于一级破碎后得到的矿石，粒度大小并不均匀，因此，利用传送带将其输送至中碎设备，进行二级破碎。而后，中碎后的矿石经与中碎设备相连的传送带被送至筛选机中进行筛分，从而得到当前矿内属性矿石，未达标的矿石则被直接传入筛分仓，经振动筛进行筛拣，进一步获得粒度大小达标的矿石并储存，而粒度较大的矿石则经由缓冲仓传至细碎设备中进行三级破碎，进而使其粒度均达到生产标准。
2. PLC控制系统的硬件配置
基于PLC的矿山破碎给料输送控制系统硬件的核心部分主要包括PLC控制器、A/D转换器以及D/A转换器和料位传感器。
2.1 PLC控制器
选取西门子S7-200型号的PLC作为控制系统的PLC控制器，以矿山破碎作业的现场的实际情况为依据，选择输入/输出点数并加以分配。通常，矿山破碎给料输送系统所需的实际输入与输入点数分别为19点和15点，而对S7-200PLC进行分析可知，其输入和输入点数分别为24和16点，满足控制系统的I/O点数需求。此外，对S7-200PLC进行分析可知，其还具有2个RS485通信接口以及7个功能扩展模块，因此，其在具有良好通信功能的同时，能够较好地实现对数字量与模拟量的控制[2]。
2.2 A/D与D/A转换器
在检测筛分仓料位过程中，大都以料位传感器的输出对矿料高低的模拟量信号予以反映，因此，有必要也必须在PLC控制器与料位传感器间设置模拟量与数字量的转换装置——A/D转换器，从而使PLC实现对筛分仓料位的数字处理。可选取型号为EM231-4的A/D转换器，其外接输入电压和电流分别为5V和20mA，且具有4个可进行A/D转换的输入通道，能够较好地实现矿料高低位置模拟量信号的数字转换。此外，对变频电动机进行分析可知，其在PLC的作用下，将数字信号经由D/A模块又转变为以电压为主的模拟量信号，并传至变频器当中，当变频器接收信号后，便会根据相关信号对给料电动机的变频调速进行控制，从而对给料的速度予 以调节。可选取型号为EM232-2的D/A转换器，更气外接输 出电压与电流分别为 5V 和 20mA，且具有 2 个能够进行 D/A 转换的输出通道，能够对给料电动机的变频调速控制予以良好支持。
2.3 料位传感器
对矿山破碎给料输送控制系统进行分析可知，其筛分仓 料位的******控制不仅需要避免筛分仓在欠载状态下工作，又 需要避免矿料发生冒顶，因此，需引入料位传感器实现对筛分仓料位的自动检测，并将作业过程中的料位情况及时传至 PLC 可编程控制器，以使工作人员及时发现问题，防患于未然。通常，实际矿山破碎作业给料输送控制系统中算用的传感器大都分为垂锤式料位传感器、超声波料位传感器以及核辐射和电容式料位传感器，在实际作业过程中，需要以筛分仓的实际情况确定出***终的料位传感器类型，实现对筛分仓料位的实时监测。
3 PLC控制系统的软件设计
基于PLC的矿山破碎给料输送控制系统的软件部分主要 以筛分仓料位检测子程序以及蓬矿报警子程序为主。在料位 检测时，PLC 先将料传感器的信号进行逻辑运算并向链板式 给料机输出，从而控制其发出相关动作。当所检测到的料位 处于高、低位之间时，给料输送系统的电动机则维持所设定 的速度进行运转。而当检测到的料位高于设定上限时，则PLC便降低变频器频率以达到降低电动机运转速度的目的，从而 放慢给料速度，降低料位。当所检测的料位低于设定料位的下限时，PLC 则提高变频器频率，进而提升给料电动机的速 度，加速给料，提高料位。在发生蓬矿现象时，对颚式破碎 机进行分析可知，其电流会迅速上升，并达到极限值，此极限值即蓬矿报警的临界条件。借助电流传感器对电流高、低位予以设置，从而实现对颚式破碎机的实时控制。当所检测的电流值超出设定上限或低于设定下限时，系统发出报警，PLC实现对颚式破碎机的急停控制。
硬件设计，系统编程的总体框架，并且通过 WINCC在上位机和下位机在电脑屏幕上组态画面，把生产过程和操作员的视觉习 惯相结合，从而优化方案，更加符合大多数操作员的习惯。
在破碎机 PLC 控制系统研制方面，下位机程序分别讲述了 STEP 开发，破碎机的程序设计，液压泵的程序设计，油加热器的程序设计，模拟量标定的程序设计。上位机画面开发分别讲述了开发环境，变量管理，图形编辑，全局脚本，报警记录等，进而开发系统纵览界面如破碎机控制界面设计、历史趋势、 报警画面组态设计等。破碎机的PLC可编程的软件系统是由上位机组态画面和下位机西门子程序构成的。
3.1冗余系统及PLC介绍
在工程事例中应用合理的冗余设计将很大程度上优化和提高了系统的稳定性 和******性，能避免人员伤亡或生产损失，那些因PLC系统出现软硬件损坏而引起的减产、停机或设备报废等造成的经济损失。所以研究冗余技术的现实意义是旨 在工程技术上的应用。
3.1.1 冗余系统
应用冗余技术，不但可以在线维护，修复有故障部件及时，系统运行正常， 不受某个故障的影响，而且在维护维修故障部件时不影响整个系统功能的实现。 所以常常在PLC系统的软硬件应用及设计中采用冗余技术，以达到******性高、低 故障率相统一的目的。
自上世纪后页，生产线的自动化，智能安装对自控设备的要求越来越高。贵 金属生产等一些高要求的企业则无法采用一般的工控技术，高******性高稳定性， 是未来发展的一个趋势。故冗余技术适应时代发展，解决工业生产中的实际问题。
3.1.2冗余技术的发展
冗余技术在应用早期主要应用在微机上，比如：为实现和******数据安全，通 过数据备份，用工业以太网实现数据交换以实现双机并联系统，进而实现以微机 为基础的现场总线控制系统。冗余技术发展和应用也是适应时代要求，已广泛应 用到生产各领域
3.1.3冗余系统的分类及优缺点
西门子自控系统的硬件冗余，其中央处理器自带冗余，由CPU硬件进行冗余，监测系统运行及故障，主从CPU的运行和系统扫描同步，这种冗余成本相对较高，但适应对时间有严格要求的生产场合。西门子自控系统的软件冗余，是指通过工 业以太网、多点接口等冗余，必须要软件包的支持，是实现冗余功能的一种低成 本的措施，报警事件有可能在主从切换过程中丢失，所以软件冗余切换在时间要 求不是很高的自控系统中运用的多。时间的差异主要受中央处理器型号和同步数 据量影响较大。
Siemens系统的平均无故障时间，CPU 十五年，I/O五十年，修复时间约为平均4h。除了现场环境特别恶劣的企业，一般更换系统硬件的时间为10年。要增加稳定性，也可从下面的各个主体层面考虑：1、设备生产商使用高质量更高标准的 部件，经过抗过载保护等生产质量控制；2、工厂设计人员优化网络结构，细化冗 余安装，并符合安装条件需要，在合适的环境条件下使用；3、快速故障诊断及快 速修复，训练熟练的专业技术人员。
3.2 破碎机控制系统的生产工艺与控制功能
圆锥破碎机控制： 在圆锥破碎机的日常工作过程中，动锥、静锥的多次挤压 及撞击物料，***后破碎。偏心套在电动机的传动装置带动下旋转，在动锥偏心轴套的迫动下进行旋转摆动。动锥离开这个区段时，在自身重力作用下，在锥底排 出该处已破碎至要求粒度的物料。等待破碎的大料从进料口处装入。圆锥破碎机的控制主要是控制主电机。现场圆锥破碎机有4台，3台同时运行，1台待机以备用。对于破碎机，破碎机有设备操作箱，值班人员对设备的操作有***地及远程，现场控制柜的转换按钮转向远程，设备控制为远程控制，现场启停等开关量信号传输到自动控制系统。
液压泵的控制：液压泵是能量转换设备，是液压系统的核心，推动执行元件 对外做功，将机械能转换为液压能，给液压系统输送压力油。对于液压泵有设备 操作箱，值班人员对设备的操作有***地及远程，现场控制柜的转换按钮转向远程，设备控制为远程控制，现场启停等开关量信号传输到自动控制系统。
油加热器的控制：油加热器是热油温控设备，加热功率高。此破碎厂油加热 器电加热，利用循环油泵强制循环的温度控制设备。电机启动前或严寒季节，一 般油箱温度较低，将油加热到规定温度后才能对机械设备进行润滑作用。对于油加热器有设备操作箱，值班人员对设备的操作有***地及远程，现场控制柜的转换 按钮转向远程，设备控制为远程控制，现场启停等开关量信号传输到自动控制系统。
