姜俊雄，熊紹俊，汪云強(qiáng)

（南昌礦山機(jī)械有限公司，江西 南昌 330004）

由于我國破碎技術(shù)起步晚，導(dǎo)致我們?cè)趩胃讏A錐破碎機(jī)使用過程中，需要依托人工控制方式，這種方式降低了作業(yè)效率，加大了人力資源的投入。因此，相關(guān)研究人員應(yīng)用PLC控制技術(shù)對(duì)單缸圓錐破碎機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)設(shè)計(jì)，提高單缸液壓圓錐破碎機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度，通過設(shè)計(jì)改造，提高破碎機(jī)的作業(yè)效率，同時(shí)降低能耗。

1 單缸圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮PLC控制技術(shù)的作用，在自動(dòng)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)上，由硬件和軟件系統(tǒng)組成，包括各類傳感器，增設(shè)了位移、溫度、壓力等檢測(cè)功能，在PLC技術(shù)支撐下，保證各傳感器實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制；借助PLC程序，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)給礦電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制給料量，維持主電機(jī)功率不變；有效提高單缸液壓圓錐破碎機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定性。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在單缸圓錐破碎機(jī)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)過程中，引入了PLC控制技術(shù)，借助PLC能夠?qū)崟r(shí)接收傳感器數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)控制量，對(duì)變頻器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)給礦電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，將圓錐破碎機(jī)工作負(fù)荷控制在合理范圍內(nèi)，進(jìn)而保證圓錐破碎機(jī)始終處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下；同時(shí)，將PLC技術(shù)引入圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，保證數(shù)據(jù)采集效果，能夠有效將數(shù)據(jù)傳輸給中控系統(tǒng)，進(jìn)而在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圓錐破碎機(jī)的運(yùn)行工況。就自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)情況看，系統(tǒng)功率主要是按照功率變送器檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行設(shè)定的。使用溫度傳感器檢測(cè)主潤滑油的溫度；借助壓力傳感器檢測(cè)液壓系統(tǒng)的破碎壓力。給礦電動(dòng)機(jī)使用變頻控制轉(zhuǎn)速從而實(shí)現(xiàn)控制給礦量，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。由于圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求高，因此，在系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)中，需重點(diǎn)考量圓錐破碎機(jī)的負(fù)載；在變頻器支持下，能夠進(jìn)一步保證單缸圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，滿足具體工況使用需求[1]。另外，在圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，使用的是液壓伺服系統(tǒng)，主要通過控制主軸位置，保證排礦口大小。為保證圓錐破碎機(jī)送料速度，在本次設(shè)計(jì)改造中，對(duì)破碎機(jī)送料膠帶輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并在變頻器支持下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

1.3 軟件設(shè)計(jì)

通過PLC技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)PLC程序進(jìn)行編寫，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的初始化設(shè)計(jì)，確保按照順序啟動(dòng)相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備；提供了數(shù)據(jù)參數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)時(shí)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，在系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)，主要應(yīng)用的是模糊控制方法，有效提高了圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的抗干擾能力，保證系統(tǒng)運(yùn)行效果。

1.4 上位機(jī)設(shè)計(jì)

將PLC技術(shù)與中控進(jìn)行連接，保證了通信效果，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控功能，整個(gè)設(shè)計(jì)過程是在視窗控制中心完成的，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)靈活性，為人機(jī)界面設(shè)計(jì)，提供了便利條件。在中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，增設(shè)了參數(shù)顯示功能，支持對(duì)相關(guān)參數(shù)的更改和設(shè)置，提供了報(bào)警功能，能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)中控系統(tǒng)，全方位對(duì)圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，加強(qiáng)故障預(yù)警，若圓錐破碎機(jī)系統(tǒng)部件出現(xiàn)運(yùn)行故障，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間進(jìn)行預(yù)警，便于相關(guān)檢修人員開展故障維修作業(yè)，并在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)。

2 單缸圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)要求及工作原理

2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)人員在系動(dòng)化改造過程中，設(shè)置了自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制切換目標(biāo)，當(dāng)圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)處于自動(dòng)控制模式下，能夠根據(jù)主電機(jī)功率大小，控制給礦電機(jī)的轉(zhuǎn)速，有效控制圓錐破碎機(jī)工作負(fù)荷，在自動(dòng)控制狀態(tài)下，有效調(diào)整排礦口大小尺寸；整個(gè)自動(dòng)控制過程中，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)圓錐破碎機(jī)主電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)作業(yè)狀態(tài)下，潤滑油的溫度，測(cè)定液壓系統(tǒng)的破碎壓力，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)上述信息的收集，清晰化地反映在圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制界面上，幫助相關(guān)人員更好分析圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

2.2 工作原理

在礦石開采過程中，根據(jù)開采方式、排礦口調(diào)整裝置等因素，選擇破碎機(jī)粉碎設(shè)備；本文主要研究的是單缸液壓圓錐破碎機(jī)；設(shè)備組成主要由機(jī)架總成、主軸總成、下機(jī)架總成、偏心總成和小齒輪總成組成。主電機(jī)通過三角帶，帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)偏心總成旋轉(zhuǎn)；偏心總成推動(dòng)傾斜的主軸總成繞著破碎機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)，最終動(dòng)、定錐襯板構(gòu)成的破碎機(jī)周期性的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石的破碎和排礦。在運(yùn)行過程中，可以隨時(shí)調(diào)節(jié)主軸的位置，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)排礦口的大小。然而，將圓錐破碎機(jī)具體應(yīng)用在礦石開采中發(fā)現(xiàn)，需要手動(dòng)控制，整體作業(yè)效率不高；難以發(fā)揮破碎機(jī)的功能優(yōu)勢(shì)；并且在實(shí)際工況中，破碎機(jī)處于且長期處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，有設(shè)計(jì)人員在改造設(shè)計(jì)圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)過程中，應(yīng)用了PID模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但實(shí)際應(yīng)用效果不理想，操作難度大，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序，難以保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)性[2]?；诖?，有研究人員提出了基于模糊控制的圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，將模糊理論引入到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步為自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用可靠性提供了理論支撐依據(jù)。

3 基于模糊控制的圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)控制功能要求

破碎是礦石開采的關(guān)鍵性工藝，能耗較大，破碎效率關(guān)乎到整個(gè)礦山企業(yè)的生產(chǎn)效率，為改變單缸圓錐破碎機(jī)人工控制模式，設(shè)計(jì)人員在常規(guī)改造設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對(duì)基于模糊控制的圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，展開進(jìn)一步的研究，最大程度上保證圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行性能，減少電動(dòng)機(jī)故障的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制目標(biāo)，更加精準(zhǔn)的控制給礦量，進(jìn)而保證作業(yè)效率，為礦山企業(yè)發(fā)展提供助力?；诖耍O(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，基于系統(tǒng)控制功能要求展開設(shè)計(jì)，明確了設(shè)計(jì)目標(biāo)，將提升破碎機(jī)工作負(fù)荷穩(wěn)定性作為首要改造設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)，確保有效控制主電機(jī)的功率；就影響破碎機(jī)電機(jī)功率相關(guān)因素看，涉及給礦量和排礦口，為保證礦石料破碎粒度滿足生產(chǎn)需要，科學(xué)設(shè)定排礦口的數(shù)值；確保通過控制給礦量控制電機(jī)作業(yè)恒定功率[3]。同時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)控制功能，對(duì)排礦口大小提出了相關(guān)要求，確保自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)調(diào)整排礦口大小，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 對(duì)電機(jī)恒定功率的模糊控制

圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要是依托功率變送器檢測(cè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的，在模糊規(guī)則下，對(duì)控制量進(jìn)行控制，變頻器根據(jù)控制量情況，調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，更好保證給礦量的合理性和科學(xué)性；最終保證破碎機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率，維持在穩(wěn)定狀態(tài)下；保證作業(yè)效率。自動(dòng)控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)人員，根據(jù)模糊運(yùn)算推理，將需要調(diào)整的設(shè)計(jì)參數(shù)轉(zhuǎn)化為模糊理論，并羅列出模糊子集；參照模糊變量賦值表，可推導(dǎo)出最終的運(yùn)算結(jié)果，保證電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的合理性。

3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上，為滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)功能需求，制定了以PLC技術(shù)為核心的設(shè)計(jì)方案，增設(shè)了觸摸屏人機(jī)界面，實(shí)施將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息反饋到觸摸屏上；根據(jù)模糊理論，搭建模糊模型，對(duì)控制量進(jìn)行碰撞分析，保證數(shù)據(jù)的合理性，PLC根據(jù)模糊模型提供的數(shù)據(jù)信息，對(duì)控制量進(jìn)行調(diào)整，并通過調(diào)整液壓系統(tǒng)的伺服閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)排礦口大小的調(diào)整；最終在實(shí)際工況中應(yīng)用時(shí)，能夠保持主電機(jī)功率不變，更好穩(wěn)定破碎機(jī)的工作負(fù)荷。

3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于模糊控制的圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在PLC程序設(shè)計(jì)下，進(jìn)一步優(yōu)化了數(shù)據(jù)采集方式，實(shí)現(xiàn)標(biāo)度轉(zhuǎn)換目標(biāo)，有效調(diào)整了排礦口尺寸，在模糊控制在，支持對(duì)三大主要模塊進(jìn)行管控，在PLC程序設(shè)計(jì)過程中，重點(diǎn)設(shè)定了主機(jī)功率模糊控制程序的編寫方式，在本模塊設(shè)計(jì)中，使用的是基址+偏移地址尋址設(shè)計(jì)方式，為保證程序設(shè)計(jì)可行性；根據(jù)模糊理論納入模糊論域元素，最終能夠精準(zhǔn)推算出實(shí)際控制量。

3.5 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

在單缸液壓圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員借助專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合觸摸屏界面實(shí)際使用需求，加強(qiáng)對(duì)主畫面、設(shè)備運(yùn)行畫面、故障診斷畫面的控制；進(jìn)而更加清晰化的反映出主機(jī)功率實(shí)時(shí)曲線以及主機(jī)功率實(shí)時(shí)曲線值；幫助現(xiàn)場(chǎng)人員，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和掌握主機(jī)功率運(yùn)行情況，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，將誤差控制在合理范圍內(nèi)；進(jìn)而保證自動(dòng)控制效果。

3.6 遠(yuǎn)程界面控制

在遠(yuǎn)程界面控制設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，采用的是MCGS軟件設(shè)計(jì)方式，重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)了主界面、潤滑系統(tǒng)界面以及系統(tǒng)參數(shù)界面等；通過將模糊理論引入到單缸液壓圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎機(jī)恒定功率的控制，并在模糊模型創(chuàng)建下，防止主電機(jī)功率出現(xiàn)非線性現(xiàn)象，避開不確定因素的干擾；將改造設(shè)計(jì)后的圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用在礦石開采作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性，展現(xiàn)了運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)運(yùn)用可靠程度高。

4 結(jié)論

綜上所述，單缸液壓圓錐破碎機(jī)廣泛應(yīng)用在礦石開采中，屬于粉碎性設(shè)備，在技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，逐步提高了單缸液壓圓錐破碎機(jī)工作效率，然而，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單缸液壓圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制目標(biāo)；相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，引入了PLC技術(shù)，優(yōu)化改進(jìn)了自動(dòng)控制系統(tǒng)性能，提高了系統(tǒng)在實(shí)際工況中的控制水平，更好展現(xiàn)了自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，保證礦石開采作業(yè)順利完成。