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(中建材(合肥)粉體科技裝備有限公司，安徽 合肥 230051)

引言

HFCG輥壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是確保輥壓機(jī)設(shè)備安全、高效運(yùn)行的有效保障，一旦設(shè)備出現(xiàn)異常，自動(dòng)控制系統(tǒng)即能及時(shí)提供保護(hù)。HFCG輥壓機(jī)采用PLC可編程控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，型號(hào)為S7-300，由西門子公司提供，其采用模塊化結(jié)構(gòu)，可隨時(shí)增加程序功能和進(jìn)行程序編制；通訊控制采用MPI基本接口，可同時(shí)選擇DP通訊方式、TCP/IP通信方式進(jìn)行通訊監(jiān)督與管理。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次清晰、開放性好、擴(kuò)展靈活、操作方便。控制器主要完成現(xiàn)場(chǎng)工藝數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和控制輸出，觸摸屏通過與PLC可編程控制器之間的數(shù)據(jù)通訊來完成人機(jī)對(duì)話，與系統(tǒng)操作控制、數(shù)據(jù)管理同步。目前在浙江紅獅集團(tuán)、南方水泥集團(tuán)、中聯(lián)水泥集團(tuán)等大型生產(chǎn)線中采用的HFCG輥壓機(jī)水泥擠壓系統(tǒng)，均采用這種自控系統(tǒng)，應(yīng)用效果良好。

1 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及信號(hào)檢測(cè)

任何一種控制系統(tǒng)都是為被控對(duì)象如生產(chǎn)設(shè)備或工藝過程提供監(jiān)控與保護(hù)，以獲得生產(chǎn)的高效率和產(chǎn)品的高質(zhì)量。因此，需要PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠最大限度地滿足工藝設(shè)備要求。對(duì)于HFCG輥壓機(jī)系統(tǒng)，其軸承及其減速機(jī)溫度、主電機(jī)電流、液壓系統(tǒng)壓力、活動(dòng)輥與固定輥的間隙等參數(shù)是影響工藝運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)，也是PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)信號(hào)的主要檢測(cè)點(diǎn)。

(1)溫度檢測(cè)點(diǎn)。包括活動(dòng)輥?zhàn)笥覀?cè)軸承溫度、固定輥?zhàn)笥覀?cè)軸承溫度、活動(dòng)輥減速機(jī)溫度、固定輥減速機(jī)溫度、活動(dòng)輥減速機(jī)供油溫度、固定輥減速機(jī)供油溫度等，均納入檢測(cè)監(jiān)控。檢測(cè)信號(hào)分別由Pt100型熱電阻通過溫度隔離器模塊采集，進(jìn)行集中控制。在工作狀態(tài)下，綠色指示燈為運(yùn)行正常，當(dāng)軸承溫度≥60 ℃紅色指示燈顯示，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)軸承溫度≥65 ℃表示溫度達(dá)到極限觸發(fā)故障。安裝時(shí)應(yīng)重點(diǎn)注意溫度傳感器的正確安裝、端面接觸良好，運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)定期檢查接線是否松動(dòng)，出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)更換。

(2)輥壓機(jī)電流反映系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定狀況。系統(tǒng)正常工作時(shí)，活動(dòng)輥與固定輥電機(jī)電流約為額定電流的60%～70%。當(dāng)超過這個(gè)范圍時(shí)，操作人員應(yīng)根據(jù)工藝要求進(jìn)行調(diào)整，例如加大輥壓機(jī)系統(tǒng)的循環(huán)量、改變輥壓機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量等。現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作主要是定期檢查電流互感器、電流變送器。輥壓機(jī)的電流檢測(cè)信號(hào)由自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電流互感器傳遞給電流變送器，轉(zhuǎn)換后送至電流采集模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

(3)液壓系統(tǒng)壓力檢測(cè)信號(hào)通過壓力變送器和壓力采集模塊采集、監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)的壓力設(shè)定關(guān)系到輥壓機(jī)系統(tǒng)的擠壓效果，是自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)檢測(cè)控制點(diǎn)。當(dāng)輥壓機(jī)工作壓力發(fā)生改變超過設(shè)定值時(shí)，自控系統(tǒng)報(bào)警并出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整電磁溢流閥的手動(dòng)設(shè)定值，使其至少比輥壓機(jī)工作壓力高1.5～2.0 MPa?，F(xiàn)場(chǎng)維護(hù)應(yīng)定期檢查壓力變送器和壓力采集模塊，隨時(shí)觀測(cè)并確保輥壓機(jī)工作壓力處于正常狀態(tài)。

(4)輥壓機(jī)活動(dòng)輥與固定輥之間的縫隙。工作時(shí)的正常輥縫為30～40 mm，由于原料粒度變化或操作因素，輥縫會(huì)發(fā)生改變甚至產(chǎn)生兩輥軸向偏移，形成近似于漏斗狀的輥縫間隙差。當(dāng)輥縫間隙差大于設(shè)定值或工作輥縫接近于原始輥縫(制造過程預(yù)留的縫隙+調(diào)試時(shí)的墊鐵厚度)時(shí)，擠壓效果變差，需通過增大或減小穩(wěn)流倉料位、系統(tǒng)風(fēng)量、回料量等操作將輥縫調(diào)整到正常輥縫。根據(jù)調(diào)試操作經(jīng)驗(yàn)，輥壓機(jī)兩輥輥縫間隙差≯15 mm即可保持系統(tǒng)正常、高效地運(yùn)行。輥縫由分別安裝在活動(dòng)輥?zhàn)笥逸S承座上的2個(gè)位移傳感器進(jìn)行監(jiān)控。運(yùn)行過程中，當(dāng)工作輥縫或兩輥軸向偏移超過設(shè)定值時(shí)，自控系統(tǒng)視超限值響應(yīng)自動(dòng)糾偏或自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員應(yīng)定期檢查位移傳感器接線、安裝件是否出現(xiàn)松動(dòng)等情況，確保傳感器和變送器工作狀態(tài)良好，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

2 HFCG輥壓機(jī)自控系統(tǒng)配置及其控制范圍

2.1 系統(tǒng)硬件配置

以浙江紅獅、南方水泥、中聯(lián)水泥等大型生產(chǎn)線的HFCG輥壓機(jī)水泥擠壓系統(tǒng)采用的PLC控制系統(tǒng)為例，其硬件配置見表1。

表1 輥壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件配置

其中，CPU帶MPI通訊接口，功能包括：編程器/OP通訊、全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊標(biāo)、擴(kuò)展通訊；數(shù)據(jù)傳輸功能：CPU相鄰站點(diǎn)之間，串聯(lián)中繼器的最大傳輸距離為9 100 m，通過光纖電纜(帶有星型耦合器)的最大傳輸距離為23.8 km。

2.2 系統(tǒng)軟件組態(tài)

在西門子STEP7軟件組態(tài)中，通過OB(組織塊)、FC(功能塊)、DB(數(shù)據(jù)塊)創(chuàng)建用戶程序，用戶程序?qū)⑤亯簷C(jī)系統(tǒng)各檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的控制及聯(lián)鎖、顯示和故障報(bào)警，以保障設(shè)備安全、可靠地運(yùn)行。系統(tǒng)軟件組態(tài)見圖1。

圖1 系統(tǒng)軟件組態(tài)截圖

系統(tǒng)模擬量處理功能將系統(tǒng)檢測(cè)到的溫度信號(hào)、壓力信號(hào)、電流信號(hào)、輥縫信號(hào)存儲(chǔ)在DB(數(shù)據(jù)塊)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)更新，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)巡檢監(jiān)控、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄極為方便。系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)見圖2，系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換見圖3。

圖2 系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)

圖3 系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

圖3中，PIW282是現(xiàn)場(chǎng)電流變送器采集到的固定輥電流信號(hào)(4～20 mA)系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)例，電流信號(hào)通過模擬量功能轉(zhuǎn)換模塊(FC1)轉(zhuǎn)換后，將采集到的信息由二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)信號(hào)保存在數(shù)據(jù)塊DB10.DBD0中，并在用戶程序中加以控制，從而實(shí)現(xiàn)輥壓機(jī)電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，保證輥壓機(jī)在設(shè)定的負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定地運(yùn)行。

STEP7軟件組態(tài)中的邏輯控制采用模塊化程序設(shè)計(jì)，根據(jù)采集到的輥壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、程序控制、浮點(diǎn)運(yùn)算等功能指令，完成觸摸屏與現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。同時(shí)，采用INTERNET、PROFIBUS-DP、MODEBUS等通訊方式與中控系統(tǒng)通訊，更有利于排除信號(hào)傳輸過程中的干擾和線性偏差，大大節(jié)省I/O通道和電纜，充分顯示現(xiàn)場(chǎng)總線控制的優(yōu)越性。

2.3 系統(tǒng)控制范圍

輥壓機(jī)系統(tǒng)控制主要包括：主電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)控制、軸承過負(fù)載保護(hù)控制、輥縫間隙自動(dòng)糾偏控制、液壓系統(tǒng)壓力超限自動(dòng)卸壓控制、信號(hào)顯示及報(bào)警控制等。其中液壓系統(tǒng)加壓卸荷自動(dòng)控制是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，輥壓機(jī)起動(dòng)前應(yīng)將兩輥間的原料放空，使主電機(jī)輕載起動(dòng)，以減少對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的沖擊。

(1)主電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)控制。當(dāng)負(fù)荷電流≥90%時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)顯示；當(dāng)負(fù)荷電流≥100%時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。

(2)軸承過負(fù)載保護(hù)控制。當(dāng)軸承溫度≥60 ℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)顯示；當(dāng)軸承溫度≥65 ℃時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。

(3)輥縫間隙自動(dòng)糾偏控制。當(dāng)輥縫間隙差≥15 mm 時(shí)，液壓系統(tǒng)自動(dòng)響應(yīng)糾偏；當(dāng)輥縫間隙差大于設(shè)定極限值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警顯示，系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。

(4)液壓系統(tǒng)壓力超限自動(dòng)卸壓控制。液壓系統(tǒng)壓力一般根據(jù)物料性質(zhì)而定，通常水泥粉磨系統(tǒng)的液壓壓力為8～9 MPa。當(dāng)液壓壓力≥11 MPa時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)卸壓延時(shí)保護(hù)，防止壓力過高而損壞輥壓機(jī)輥面；當(dāng)延時(shí)保護(hù)失效，壓力依然超限時(shí)，系統(tǒng)即自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。

3 結(jié)語

HFCG輥壓機(jī)水泥粉磨系統(tǒng)的大量應(yīng)用表明，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)具有功能完備、控制精度高、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)，完全能夠滿足不同原料的生產(chǎn)控制要求，為確保輥壓機(jī)工藝設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和擠壓系統(tǒng)的高產(chǎn)、節(jié)能提供了有效保障，值得進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用。