破碎機(jī)為礦山主要生產(chǎn)設(shè)備之一，它涵蓋冶金、有色、建材、化工等多種行業(yè)。因破碎機(jī)具有破碎比大、產(chǎn)量高、耗能少、產(chǎn)品粒度均勻等特點(diǎn)，獲得廣泛應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外眾多廠商從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)卜．對該類設(shè)備不斷地進(jìn)行改進(jìn)、完善，取得了比較好的效果，并相繼推出眾多高效、可靠、節(jié)能的新產(chǎn)品。相比較而言，因受自動化發(fā)展水平的影響，國內(nèi)在破碎機(jī)控制方面的研究相對落后。近十幾年來，國外在一些產(chǎn)品上，裝備了相應(yīng)的檢測儀表和自動控制裝置，在設(shè)備保護(hù)、穩(wěn)定操作、提高產(chǎn)量等方面起到了一定的作用。而我國近幾年來才開始在一些新型破碎機(jī)上開展自動化研究，并配置了一些檢測控制儀表：然而值得關(guān)注的是我國礦山現(xiàn)有破碎機(jī)以六、七十年代老設(shè)備居多，并一直在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。對這些老設(shè)備進(jìn)行自動化改造，實(shí)現(xiàn)自動控制在礦山具有廣闊的前景。這是由于目前國產(chǎn)破碎機(jī)的控制與操作，幾乎全部由人工進(jìn)行。在生產(chǎn)使用中存在如下諸多不理想狀況：
(1)由于原料流動性的變化，難于達(dá)到均衡給料；
(2)無法實(shí)時根據(jù)給料粒度及硬度的變化調(diào)整給料量；
(3)難于及時發(fā)現(xiàn)處理機(jī)械潤滑小良、短時過載等事故隱患；
(4)因保護(hù)功能不完善，發(fā)生事故時經(jīng)常嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備；
(5)操作人員難于隨時監(jiān)視破碎機(jī)給料箱料位，因此為防止事故，只能減少給礦，降低臺時處理能力。
由于上述狀況的存在，表現(xiàn)到礦山生產(chǎn)管理中的現(xiàn)象是：
(1)破碎機(jī)的臺時處理能力遠(yuǎn)低于設(shè)備的設(shè)計指標(biāo)；
(2)產(chǎn)品粒度不易保證，加重后續(xù)作業(yè)負(fù)擔(dān)；
(3)設(shè)備故障率高，備品備件消耗嚴(yán)重；
(4)為防止事故，只能少給礦，使得單位能耗增高。
針對以上實(shí)際情況，研究實(shí)踐證明：利用自動化控制技術(shù)可有效改變上述不理想狀況。近幾年以米，我們探索從自動控制方面對破碎機(jī)研究，并率先在國產(chǎn)圓錐破碎機(jī)上實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制和破碎機(jī)故障診斷與保護(hù)、在提高產(chǎn)量、提高產(chǎn)品粒度合格率、降低能耗、保護(hù)設(shè)備等方面取得了可喜的成績。在此基礎(chǔ)上，我們推出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的破碎機(jī)控制器，配套應(yīng)用在破碎機(jī)上，受到了用戶的好評。
1、破碎機(jī)控制器的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
控制器基于控制系統(tǒng)小型化、現(xiàn)場化和網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計原則。對傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新，將DCS與PLC功能結(jié)合在一起，為過程控制和聯(lián)鎖保護(hù)的應(yīng)用提供r功能強(qiáng)大而靈活的整體解決方案。
(1)硬件部分。本控制器上使用可編程控制器(PLC)作為基本主控設(shè)備。PLC選用德國西門子公司生產(chǎn)的S7系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品配置靈活，CPU本機(jī)具有數(shù)字量輸入輸出，根據(jù)需要可再接數(shù)字量擴(kuò)展模塊，另外選配模擬量輸入輸出模塊用于參數(shù)檢測與控制。內(nèi)部集成了RS 485通訊／編程幾，具有強(qiáng)大而靈活的通訊功能，。該設(shè)備性能價格比十分理想：
控制器人機(jī)界面，選用性價比很高的西門子TD200作為操作員界面。面板IP65防護(hù)，背光LCD液晶顯示。覆膜鍵，提供8個可編程功能鍵。具備80條信息顯示、內(nèi)置國際漢字庫、實(shí)時時鐘。過程參數(shù)的顯示和修改、輸入和輸出的設(shè)定、提供密碼保護(hù)等功能。TD200與S7系列用RS485總線連接�？刂破髅姘迳显O(shè)計硬手操作功能，能實(shí)現(xiàn)硬軟手自動切換。面板上安裝故障及異常閃光聲響報警燈，并對主要過程參數(shù)進(jìn)行顯示。
(2)軟件部分。控制器中使用的編程軟件S-TEP7 Micro~lxl32是西門子公司專為SIMATICS7系列PLC設(shè)計的，主要開發(fā)PLC用戶程序，以及實(shí)時監(jiān)控程序的執(zhí)行狀態(tài)。軟件可運(yùn)行在個人PC上，基于Window:.95、98、NT操作系統(tǒng)。陔軟件具備PC - PLC在線通訊和離線脫機(jī)開發(fā)用戶程序功能，使用梯形圖或語句表方式來編寫用戶程序。TD200軟件也直接使用STFP97Micro／WIN32．
2、單機(jī)組破碎機(jī)控制器的組成
根據(jù)對單機(jī)組破碎機(jī)控制需求的分析，基本型控制器硬件由信號輸入、調(diào)節(jié)計算、輸出驅(qū)動及人機(jī)界面4部分組成，并留有與系統(tǒng)通訊的能力。各部分與相應(yīng)軟件配合，共同完成控制任務(wù)。圖2所示，破碎機(jī)控制器在單機(jī)組圓錐破碎機(jī)上的應(yīng)用框圖。其功能可滿足一般單機(jī)組破碎機(jī)基本控制及其擴(kuò)展需要。外傳感器接人控制器的采集信號，除主機(jī)功率、供回油溫度、回油流量等需精確分析計算而使用模擬量外，其余屬安全保護(hù)的信號，使用開關(guān)量。對于特別要求的機(jī)組，作為擴(kuò)展功能的輸入信號，給料量、豐機(jī)扭矩、排礦口及振幅值等采用模擬信號，其它為開關(guān)量�；拘涂刂破鞯妮敵�，除供執(zhí)行器調(diào)節(jié)給料量需采用模擬量外，其余均采用開關(guān)量。
(1)基本型控制器必需的輸入信號包括主機(jī)負(fù)荷、供油溫度、回油溫度、油流量等模擬信號和供油壓力、濾后壓力、油箱油位、系統(tǒng)啟停連鎖等開關(guān)量信號，
(2)根據(jù)用戶要求及機(jī)組測試結(jié)果，基本型控制器將給料箱料位、機(jī)械振動、給料量、排礦口大小、主機(jī)扭矩、冷卻水溫、冷卻水壓、水封水流量等輸入信號作為可選擴(kuò)展。
基本型控制器的調(diào)節(jié)計算功能主要根據(jù)主機(jī)負(fù)荷進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)給料量的調(diào)節(jié)與控制，并可進(jìn)行多參量限幅，其它更高級的調(diào)節(jié)計算可根據(jù)用戶需求在系統(tǒng)進(jìn)行。基本型控制器的輸出驅(qū)動除能作為破碎機(jī)給料調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如變頻器）給定外，亦輸出油潤滑系統(tǒng)控制、系統(tǒng)聯(lián)鎖、以及現(xiàn)場報警信號�；拘涂刂破鞯娜藱C(jī)界面能顯示當(dāng)前主機(jī)負(fù)荷、油溫、轉(zhuǎn)速等主要參數(shù)，并留有給料量等其他顯示的擴(kuò)展。從控制器上的人機(jī)界面輸入設(shè)定值，完成給料啟停等功能。
3、破碎機(jī)控制器的主要功能及相關(guān)技術(shù)
(1)根據(jù)系統(tǒng)分配給該控制器的控制目標(biāo)，可能是最大通過量或者是恒定通過量�？刂破鲬�(yīng)分別具有以設(shè)備允許最大負(fù)荷為目標(biāo)函數(shù)或以給料量為目標(biāo)函數(shù)，并有設(shè)備允許最大負(fù)荷限定，兩種控制功能．前者只需檢測主機(jī)有功功率，調(diào)整給礦量以保持主機(jī)功率在限定的范圍內(nèi)；當(dāng)控制目標(biāo)為通過量時，則在破碎機(jī)給料端安裝計量裝置，以計量值為控制參數(shù)，并以功率及相關(guān)技術(shù)值為限定條件。
(2)潤滑系統(tǒng)的檢測與保護(hù)。破碎機(jī)屬重型機(jī)械，其潤滑的好壞不僅影響設(shè)備的壽命，而且關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行的安全。大型破碎機(jī)的潤滑均由稀油站進(jìn)行壓力潤滑，影響潤滑效果的主要因素足供油溫度和油量：如稀油站裝有相應(yīng)儀表，只要將相應(yīng)信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整補(bǔ)充后再接人破碎機(jī)控制器。供油溫度是由冷卻水流量、冷卻水溫度、冷卻器阻力、環(huán)境溫度和加熱器等決定的；而影響供油量的主要是油泵壓力、濾清器阻力、油箱油位和管道阻力。所以，檢測供油與回油溫度并同時檢測通過軸瓦的油流量，可以較好的了解潤滑效果，并掌握破碎機(jī)的設(shè)備狀態(tài)，保障設(shè)備安全運(yùn)行。
由于軸瓦和機(jī)腔供油與同油的溫差，是除主機(jī)功率外制約破碎機(jī)生產(chǎn)能力的又一重要因素，所以破碎機(jī)控制器對其溫度進(jìn)行精確測定，作為紿料量的另一限定條件。其它油泵壓力，濾清器前后壓差、油位及油流量等表征稀油站工作狀態(tài)的信息，只需保持在規(guī)定范圍內(nèi)，超限進(jìn)行報警，告之人工處理。
某些對稀油站水冷、加熱系統(tǒng)提出控制要求的用戶，可采取在基本型上加以擴(kuò)展的辦法．
(3)給料箱料位的控制。破碎機(jī)的給料箱料位在某螳現(xiàn)場是影響破碎機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的另一重要參數(shù)。在人碎礦石含水、含泥量高，出現(xiàn)流動性較差時，破碎機(jī)困下料不暢而發(fā)生溢箱事故。由于檢測難度大，過去一直沒有好的檢測辦法。通過試驗(yàn)現(xiàn)已成功解決，并得到應(yīng)用。
(4)破碎機(jī)排礦口尺寸的檢測與調(diào)整。由于破碎機(jī)的排礦口尺寸是影響產(chǎn)品粒度與處理能力的關(guān)鍵因素之一，所以控制排礦口尺寸具有重要意義。但對彈簧式圓錐破碎機(jī)來說，由于結(jié)構(gòu)原因，目前只能人工調(diào)整排礦口尺寸，無法實(shí)現(xiàn)自控。對底部單缸液壓支撐型圓錐破碎機(jī)，通過配置特制位移傳感裝置檢測排礦口尺寸，可以及時調(diào)整。
(5)破碎機(jī)的機(jī)械故障預(yù)警，大型破碎機(jī)的造價昂貴，且是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其故障造成的損失是巨大的，所以在控制器中集成設(shè)備診斷功能，是今后進(jìn)一步的研究方向。目前在基本型控制器中，僅實(shí)現(xiàn)簡易故障“預(yù)警”。如潤滑系統(tǒng)的進(jìn)、回油溫差及通過軸瓦的油墾可作為軸瓦工作狀態(tài)的判據(jù)；檢測機(jī)體振動、主機(jī)功率、主軸扭矩等判別機(jī)體故障等。
(6)控制器與破碎系統(tǒng)的聯(lián)接。當(dāng)控制器納入破碎自動控制系統(tǒng)后．可以通過系統(tǒng)總線與系統(tǒng)交換信息但在尚未實(shí)現(xiàn)破碎系統(tǒng)自控，只進(jìn)行單機(jī)控制的情況下，控制器需要根據(jù)破碎系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如破碎機(jī)是否已穩(wěn)定運(yùn)行，聯(lián)鎖設(shè)備是否已啟動等決定控制器的動作，故控制器具有上述信號的輸人，同時亦有表示白身運(yùn)行狀態(tài)的輸出，供系統(tǒng)聯(lián)鎖裝置采集。
(7)控制器的人機(jī)界面。當(dāng)控制器納入破碎自控系統(tǒng)時，操作人員可在系統(tǒng)控制站進(jìn)行操作，但現(xiàn)場仍需留有手操機(jī)構(gòu)及指示儀表，以便檢修試車及系統(tǒng)故障時備用。控制器的現(xiàn)場人機(jī)界面能啟停并控制給礦量，并可讀取主機(jī)功率（電流）、油溫等重要參數(shù)。考慮到破碎自控的安全，人機(jī)界面的手動與自動間分別設(shè)立了相應(yīng)的操作權(quán)限。
1、梅山鐵礦選礦廠單機(jī)組圓錐破碎機(jī)上的應(yīng)用
E海梅山集團(tuán)（南京）礦業(yè)有限公司選礦廠細(xì)碎車間擁有短頭圓錐破碎機(jī)4臺，是細(xì)碎車間的主要設(shè)備。長期以來，對破碎機(jī)的處理量，采用人工調(diào)整方式，沒有很好地發(fā)揮破碎機(jī)的處理能力，此外，圓錐破碎機(jī)困保護(hù)系統(tǒng)不夠完善、也不可靠，破碎機(jī)故障和事故經(jīng)常發(fā)生，不但設(shè)備維修開支很大，而且嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。鑒于以上實(shí)際，1997年受該廠委托，我們在l號圓錐破碎機(jī)上成功實(shí)施了一套圓錐破碎控制器系統(tǒng)。經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行表明，自動控制器系統(tǒng)不僅保護(hù)了圓錐破碎設(shè)備，而且在保證產(chǎn)品粒度合格率的基礎(chǔ)E相應(yīng)提高處理量10%以上，節(jié)電效果明顯。由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，深受用戶的歡迎。該系統(tǒng)很快在其他3臺機(jī)組上得到推廣應(yīng)用。
5、泗洲選礦廠多機(jī)組圓錐破碎機(jī)上的應(yīng)用
江西德興銅礦泗洲選礦廠碎三工段配備短頭圓錐破碎機(jī)7臺。細(xì)碎機(jī)控制采用人工調(diào)整方式，處理能力是困擾該工段乃至全廠難題。到了雨季原礦含水量增大，破碎機(jī)集礦箱下料不暢，因料位無檢測控制常造成集礦箱堵塞溢礦，需停止供礦處理。另外，進(jìn)入細(xì)碎機(jī)的礦石性質(zhì)發(fā)生變化（如礦石難碎）、給料不均、過鐵等，有時會造成破碎機(jī)過載燒毀電機(jī)、打壞齒輪、斷主軸等直接經(jīng)濟(jì)損失事故。鑒于該廠細(xì)碎機(jī)現(xiàn)狀，從1998年起，我們陸續(xù)將破碎機(jī)控制器推廣應(yīng)用到該段的全部圓錐細(xì)碎機(jī)上，實(shí)現(xiàn)各控制器之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，建立了一套細(xì)碎機(jī)生產(chǎn)過程監(jiān)控站。圖3顯示破碎控制器在多機(jī)組圓錐破碎機(jī)上的應(yīng)用。
生產(chǎn)運(yùn)行效果表明：
(1)破碎控制器的設(shè)計符合破碎機(jī)自身實(shí)際，系統(tǒng)簡潔、安裝調(diào)試方便。
(2)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、控制效果顯著細(xì)碎機(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制后，主機(jī)運(yùn)行負(fù)荷功率從原人工操作的170 kW(主機(jī)電流28 A)左右，可穩(wěn)定提高到200 kW(主機(jī)電流33 A)以上。細(xì)碎機(jī)的處理量提高15%以上，產(chǎn)品粒度合格率提高20%以上，生產(chǎn)成本明顯降低，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著、
(3)建立起的細(xì)碎過程監(jiān)控站，功能齊全，操作簡便，界面友好。呵實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)i殳定和報警顯示、記錄，并能提供完整的數(shù)據(jù)統(tǒng)汁，為細(xì)碎生產(chǎn)調(diào)度和管理提供了有力的手段。
該監(jiān)控系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
(1)現(xiàn)場分布式I/O站點(diǎn)減少了布線距離和電纜數(shù)量，降低了安裝成本。
(2)現(xiàn)場采用RS 485總線連接，方便地構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)擴(kuò)展容易，且抗干擾能力強(qiáng)，適合惡劣環(huán)境。
(3)現(xiàn)場控制設(shè)備智能化、數(shù)字化，提高了測量與控制精度，增加了系統(tǒng)的可靠性。
(4)控制軟件編程方便，下載獨(dú)立運(yùn)行。
6、結(jié)論
破碎控制器的研制成功，是近幾年來我們面向礦山，探索從自動控制技術(shù)方面對傳統(tǒng)破碎機(jī)挖潛改造、節(jié)能降耗取得的一項(xiàng)很有意義的成果。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是新生代智能傳感器、控制器、執(zhí)行器等日臻成熟，自動控制會越來越可靠地應(yīng)用在礦山，這給用戶帶來的效益將是巨大的。今后，我們還將根據(jù)不同用戶的要求，對破碎機(jī)控制器進(jìn)一步升級完善，研發(fā)系列產(chǎn)品，推向市場。
相關(guān)破碎機(jī)產(chǎn)品：
1、
顎式破碎機(jī)
2、
圓錐破碎機(jī)
3、
雷蒙磨粉機(jī)
