PLC在破碎机自控系统中的应用研究

2022-11-08

在露天煤矿生产中会根据生产需要把大块煤破碎为生成需要的大小, 破碎机正是应对此种问题的煤块破碎装置, 其重要性不言而喻[1]。为了提高破碎机的操作可靠性、减少生产成本, 提升破碎质量, 可尝试引入PLC自控技术, 通过编程控制器, 实现破碎操作自动化, 解放人力, 同时操作也更加精确, 避免了人为失误, 具有显著应用价值。以下本文就对PLC技术在破碎机自控系统中的应用路径展开较为深入的探讨, 具体如下。

一、PLC系统的内涵概述

PLC是通过程序编制来实现自动控制功能的控制器, 它包括中央处理模块 (CPU) 、输入输出以及扩展接口、电源、编程器以及存储器等多个模块, 是目前用于工业自动化的常用计算机控制系统。这其中的CPU是整个系统的核心, 通过编程器将程序编辑到CPU中, 同时输出输入装置和所控制的部件相连, 当在前方所收集的参数满足程序触发条件时, CPU会根据预先编制的程序通过输出装置传递给控制部件, 按照程序设置进行对应的操作[2]。PLC自控技术具有以下几大优势: (1) PLC系统的编程简单, 易于掌握, 直观易学, 通常经过几天的培训就能有效掌握编程技术, 大大节约了培训成本, 降低了普及难度。 (2) 虽然目前市面上的PLC系统较多, 各具优劣, 但其操作原理是一致的, 同时很多PLC系统也有扩展模块, 可以进行灵活组合。 (3) 矿区环节复杂, 自然条件恶劣, 而PLC系统的适应性强, 能够有效适应艰苦的矿区环境。综上, 破碎机引如PLC技术构建自控系统, 无论是在操作难度、还是环境适应性等方面都具有明显优势, 值得推广。

二、破碎机的基本构成及其自控系统的控制核心

双齿辊破碎机是通过两组单独传统的辊轴, 通过相对旋转形成挤轧与磨剪效果, 从而达到破碎煤块的效果。包括电机控制模块、动力模块、电机模块、润滑模块等, 其中电机控制模块是最为PLC系统主要的控制对象。破碎模块处在破碎机的后部, 通过电机带动两组辊轴运作[3]。由电机系统调节辊轴的运动速度, 以此将煤块击碎, 达到作业要求标准。在这过程中电机系统通过电力带动辊轴运动实现动力传递, 辊轴旋转带动双齿轮的运动, 将电力转变为齿轮的挤压与剪切力, 因此在设计破碎机自动系统时, 电力控制系统是设计的关键。

三、PLC在破碎机自控系统中的应用研究

(一) PLC机型的选择

目前PLC技术已经十分完善, 性能稳定可靠, 但不同型号的PLC系统根据优劣, 经过综合分析, 决定采用罗克韦尔公司的AB-Logix5000型PLC, 这一型号的PLC系统可在线修改编程, 在调试过程中发现问题可及时作出修改, 无需重复下载程序, 操作更加简便, 同时还具有良好的扩展性, 能够与其它上位机相互通信, 基于上述优点, 决定采用此款PLC系统构建破碎机自控系统。

(二) 核心传感器

PLC系统需要先编制程序, 并存储到CPU中, 在满足程序执行条件后, CPU向所控制的元件发出开闭指令, 实现自动控制[4]。这其中的执行条件, 就是所控制元件的相关参数, 包括压力、温度、高度、电流等, 这就需要在各控制模块中设置传感装置, 收集相关参数, 并将参数通过输入线路传递给PLC的CPU中, 再通过输出线路将程序的操作指令传递给需要控制的元件。例如在电机控制模块中, 需要设置电流、电压传感器。用于收集电压系统中的电流及电压参数。

(三) PLC在破碎机自控系统中的应用

1. 基于PLC的电机自动化控制

破碎机需要长时间带载启动、运作, 同时处理的煤块的形态、大小都各不相同, 因此负载很不稳定, 因此在运作过程中, 应当对电机运作进行自动化控制, 以维持系统的稳定运行。在破碎机的电机系统中设置电流收集装置, 收集实时的电流参数, 并反馈给CPU控制中心。同时在系统中串联多个电阻, 根据当前电流情况, 开闭电阻通路, 达到调节电流的效果, 使电机始终处在稳定的状态下运行。

2. 基于PLC的润滑系统自动控制

润滑系统是对破碎模块中的传动装置提供润滑油、冷却液等, 本次研究的破碎机其润滑系统为集中润滑, 为实现润滑系统的自动化控制, 可在通过压力传感器、温度传感器检测相关元件的润滑、温度、运行情况等, 将相关数据传递给PLC的CPU模块, 以监测润滑系统油泵断流, 失压, 超温。

3. 基于PLC的破碎状态自动控制

在这一模块的自动化控制中, PLC系统和变频器装置相结合, 前方收集破碎机运行负荷、辊轴旋转频率、运行时间等参数, 在达到预先设定的参数, 开闭送料装置电源, 进行送料。

4. 基于PLC的报警自动化控制

对控制模块、润滑模块、破碎状态、电机电流等破碎机各模块均设置报警参数上限及下限, 如果其中某一个模块的自动化控制系统出现故障, 无法实现正常功能, 收集的相关参数无法有效调节, 会出现失常, 高于报警参数的上限或低于报警参数的下限时, PLC将启动报警功能, 并停止运作。同时提示参数异常的模块, 方便故障查找与设备维修。

5. PLC系统的安全性设计

PLC系统在设计时需要充分考虑安全性。首先因PLC系统在操作过程中具有较高的实时性要求, 但在网络通信过程中能够暂时中断通信联系, 虽然过后可以自动恢复, 可在这一过程中, PLC控制器将会处在失控状态下。此外, 本系统中是由多个控制模块所组成的PLC控制体系, 在这一的系统下, 如果仅通过通信网络传递控制命令, 那么在通信中断的状态下, 命令将无法及时到达, 影响了系统的时效性, 造成了运行的安全隐患。因此除了通信网络, 最好再通过系统中I/O点构成硬件连锁, 传递指令。此外在控制模块和管理模块的“急停“命令中, 如果这两个模块其中一个根据急停指令停止运行, 但另一方因通信网络中断, 导致没有及时停运, 仍在运作, 那么后果的严重性不言而喻。因此在控制模块的“急停”指令中, 不止是切断所控制的模块的电源, 同时还需要同时切断管理模块、编程模块, 实现同时停运。

四、结束语

罗克韦尔公司的AB-Logix5000型PLC具有可在线修改编程、性能稳定、易于维修等特点, 将其应用到破碎机中, 借助PLC自动控制技术, 实现破碎煤矿、控制送料、润滑、电流控制等多方面的自动控制效果, 同时还设置有自动报警功能, 大大提高了设备运行的安全性。综上所述, 本次研究首先对PLC系统的操作原理及优势进行概述, 在此基础上, 结合结合破碎机自控系统的控制需求, 分别从控制、润滑、送料、电流调控等方面探讨了PLC系统在破碎机自控系统中的具体应用思路。本文篇幅有限, 在一些细节部分还不够详细, 存在漏洞, 如有不足之处, 还望同行业者不吝赐教。

摘要：应用在露天煤矿行业的破碎机其作用主要是将较大的煤块击碎, 根据生产需要把大块煤破碎为生成需要的大小。此类设备主要通过人为操作, 费时费力, 同时还存在一定安全隐患, 为改善这些问题, 本次研究尝试从PLC自动化控制技术入手, 从PLC技术的性能及其优势作为出发点, 在此基础上, 结合破碎机自控系统的控制需求, 探讨PLC在破碎机自控系统中的应用路径, 希望能为相关人士提供些许参考。

关键词：PLC,破碎机,自控系统,应用