圓錐破碎機智能化控制系統研究與應用

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摘要：為提高圓錐破碎機效率，提高產能，解決破碎能力不足的問題，同時提高企業自動化和信息化水平。廣西冶金研究院有限公司研制了一套圓錐破碎機智能化控制系統。該系統以西門子S7-200 smart PLC為控制核心，采用WINCC作為上位機組態軟件，具有數據采集、過程自動控制，設備參數顯示，運行記錄曲線，報警記錄等功能。

關鍵詞：圓錐破碎機 智能化 S7-200SMART WINCC 恒功率自動控制

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0014-01

1 引言

隨著礦山不斷開采，礦資源日益枯竭，礦石品位日趨下降，圓錐破碎機作為中細碎作業的主要設備，其效率的高低在整個破碎、篩分工藝流程中占有舉足輕重的地位，甚至影響選廠的產能。

現在的圓錐破碎機控制系統一般是采用人工操作的方式。人工操作只能依據經驗，通過人工調節給礦量。該操作方式不能滿足“擠滿式”給礦，在破碎腔低料位狀態下，破碎機經常處于低負荷運行模式，破碎效果差，循環負荷大，效率低；有時候又出現堵料事件，堵料影響生產，破碎機出現過載，設備易損壞。

為了提高圓錐破碎機的工作效率，降低破碎機能耗，解決破碎能力不足，解決制約選廠產能的瓶頸的問題，廣西冶金研究院有限公司專門研制了一套圓錐破碎機智能化控制系統。

2 系統設計原理

圓錐破碎機最佳工作狀態是：破碎腔“擠滿式”給礦狀態；破碎機工作負載處于額定負荷的百分之八十到百分之一百之間。通過設計一套料位“PID”自適應控制裝置以及電流“PID”自適應控制裝置，料位、電流“PID”自適應控制協調控制程序，即可實現圓錐破碎機處于最佳工作狀態。PID控制算法如下：

2.1 模擬PID控制系統組成（見圖1）

2.2 模擬PID調節器的微分方程和傳輸函數

PID調節器是一種線性調節器，它將給定值r（t）與實際輸出值c（t）的偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過線性組合構成控制量，對控制對象進行控制。

（1）PID調節器的微分方程。

（2）PID調節器的傳輸函數。

2.3 PID調節器各校正環節的作用

（1）比例環節：即時成比例地反應控制系統的偏差信號e（t），偏差一旦產生，調節器立即產生控制作用以減小偏差。

（2）積分環節：主要用于消除靜差，提高系統的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強。

（3）微分環節：能反應偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減小調節時間。

3 系統總體方案設計

圓錐破碎機智能化控制系統是以西門子S7-200 smart PLC為控制核心，采用WINCC作為上位機組態軟件。該系統設計了自動和手動兩種相對獨立、互為備用的控制方法，可通過切換開關無憂切換控制模式。不管在那種控制模式下，都必須要求PLC控制系統能采集各開關量及設備運行狀態、主軸電動機電流、破碎腔料位、振動給料機運行頻率等參數。并且在上位機WINCC組態軟件上實時顯示各設備運行狀態、主軸電機電流、破碎機料位等數據、模擬量記錄曲線、故障報警信息，控制參數設置等功能。

4 系統硬件設計

圓錐破碎機智能化控制系統的硬件以西門子S7-200 smart PLC為核心控制器、WINCC為人機界面，采用雷達料位計測量破碎腔料位、電流變送器檢測主電機電流。PLC根據采集的數據，經過程序計算，輸出控制信號給變頻器，變頻器通過改變輸出頻率調整給礦電動機的轉速，最終達到主電機恒功率不變，并且主電機處于接近滿負荷運行狀態。

根據圓錐破碎機智能化控制系統功能要求，本控制系統中共有20點數字量輸入（DI）和12點數字量輸出（DO），10點模擬量輸入（AI）和5點模擬量輸出（AO）。

人機界面采用西門子WINCC組態軟件，操作工人通過電腦屏幕上的組態畫面，可以了解整個系統的生產工藝參數，設備運行狀態。畫面十分友好，并且可隨時查看模擬量記錄曲線，報警信息等。

該系統采用以太網通訊。系統方便擴展，其他系統只需一根網線就可以接入本系統，為實現礦山全自動化架設好網絡架構，提高礦山數字化水平，并且為企業信息化打下基礎。

5 系統軟件設計

軟件設計分為兩個方面：使用WINCC組態軟件進行上位機的控制畫面編程；使用PLC編程軟件編制控制程序。PLC控制程序是整個系統的核心部分，其中本系統采用PID閉環控制算法實現圓錐破碎機恒功率自動控制以及料位自動控制。其控制原理圖如圖2所示。

6 結語

本設計研制的圓錐破碎機智能化控制系統。具有操作界面優美，簡單明了的特點，系統運行穩定可靠，減輕勞動強度以及克服了人工操作的缺點，有效地提高了圓錐破碎機產能，降低圓錐破碎機能耗，避免了圓錐破碎機堵料的問題，經濟效益和社會效益顯著。實踐表面，該系統具有較好的推廣應用價值。

參考文獻

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