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大型液压圆锥破碎机稀油站测控系统的设计

    大型液压圆锥破碎机安全稳定的运转,必须保证油箱稀油润滑、冷却系统工作稳定可靠。如果圆锥破碎机的润滑不良,各润滑部位摩擦发热严重,将导致轴衬及轴瓦表面烧伤、胶合、开裂、松动,并使油质很快劣化。这类故障集中反映在内部的重要润滑部位上,如直轴衬与偏心轴套之间、斜轴衬与主轴之间、躯体球面与碗形轴瓦之间。为保障破碎机稀油站系统的可靠工作,需要匹配先进、稳定的自动化监控设备。为了改进原有系统的不足之处,增强自主技术水平,提高检修能力,强化备品备件通用性问题,开发设计了一套全新的大型液压圆锥破碎机稀油站测控系统。
大型液压圆锥破碎机稀油站测控系统的设计
1、系统设计目标
破碎机稀油站测控系统必须提供正确操作破碎机辅助系统(润滑和正压防尘系统)所必需的控制逻辑。系统可以和破碎机控制系统通过信号线直联实现数字量数据的输入输出,也可以通过各种工业总线进行通讯联接,接受来自液压润滑油箱及其系统附属的多个传感器开关量、模拟量信号,同时监测所接受信号数值的变化,并且与内部程序中这些信号的设定值相比较,然后向破碎机控制系统输出相应的信号。破碎机控制系统利用这些控制信号来启动或停止各个电机、激活报警信号以及在紧急状下关闭破碎机主电机。此外,系统要选用适当的扩展通讯模块,将现场各个润滑监测控制子站通过工业以太网或者现场总线联系起来,并选用相应网关,将各个子站数据上传到车间或者厂级DCS系统,实现数据共享,为生产调度提供判断依据。根据破碎机稀油站自动控制的要求,采用了分散控制与集中管理的方式。系统配置结构分为两级:即由可编程控制器控制设备运行的下位机结构和监控站(工控一体机)实现编程、组态、监控及操作的上位机结构组成。见图l。系统要求实现的主要功能包括:
(1)破碎机启动前,首先启动润滑系统,检测回油温度,如温度低于设定,应启动浸没式加热器加热润滑油。油温低于设定值时,不得启动破碎机。
(2)比较给油和回油温度,回油温度比给油温度高50℃左右属正常,温差过大时出现报警,必要时关闭破碎机主电机。
(3)检测润滑油箱,液压油箱油位和传动轴箱油压。
(4)检查油过滤器滤芯状况,若过滤器压差过大时,过滤器堵塞报警出现,破碎机都将自动停给料,空转30 s后,主机自动停止。
(5)破碎机启动前润滑油必须最少循环2 min,确信油箱内的回油管排出的油流足以充满半管。启动破碎机前必须先检查回油管的回油量,若回油管无油排出,破碎机运转不允许超过15 s。
(6)液压站必须在破碎机运转前启动,并且回路压力正常。
2、测控系统设计
2.1测控系统硬件设计
项目选用SIMATIC S7-300可编程控制器,它是一种通用型的可编程控制器,在矿山自动化控制系统中普遍应用。SIMATIC S7-300可编程控制器具有模块化、无风扇结构,性能稳定可靠,能满足破碎机稀油站现场的恶劣环境;计算性能较强,以及易于实现分布式的配置,具有PROFIBUS DP通讯总线接口,可以扩展工业以太网通讯接口,将数据上传至管理网等特点。选用该型可编程控制器可以满足破碎机油箱测控系统的控制要求,是一种既经济又切合实际的硬件解决方案。
根据现场实际需要,S7 -300可编程控制器系统模块组成:1块中央处理单元CPU3152DP;l块数字量输入模块SM321,32×DC 24 V;l块数字量输出模块SM322, 32×24 VDC;1块模拟量输入模块SM331,8×12位;l块热电阻模拟量输入模块SM332,8 x12位。
2.2测控系统软件设计
测控系统软件要求实现的功能:
(1)主润滑系统回油温度传感器(PT100)。主要测量破碎机回油温度,实现控制功能:恒温保护,如果润滑油温度上升,达到控制器中最大允许设定值,破碎机电机将停机;油冷却控制恒温,提供冷却风机电机的启停信号。
(2)主润滑油箱油温传感器(PT100)。测量主润滑油箱中油的温度,控制油加热器的接触器。
(3)主润滑系统入口油温传感器(PT100)。测量破碎机冷却风机之后,流进破碎机润滑油的温度,检测冷却系统的功能。
(4)上臂架衬套温度传感器(PT100)。测量破碎机上臂架轴承的温度。控制功能:恒温保护,如果上臂架轴承温度上升到极限值1(75℃),控制器发出一个轻报警,如果温度上升到极限值2(95℃),控制器发出一个重报警,破碎机主电机停机。
(5)主润滑系统进油流量传感器。测量破碎机进油流量:油流量在150 Unun之前,一直输出电流4 mA,当油流量达到150时,输出电流跳到12 mA,当油流量从150 L/nun上升到270 Umin时,电流从12 mA到20 mA成比例增加。控制功能:如果油流量降低到最小设定值170 Unun时,控制器发出重报警,破碎机主电机停机。
(6)主润滑油泵出口压力传感器。安装在主润滑油泵与过滤器之间,输出电流4—20 mA,测量主润滑系统中过滤器之前的压力。控制功能:如果油压力上升,超过1.5 MPa,控制器发出停止主润滑油泵电机的信号;如果压力差超过0.22 MPa,控制器发出一个轻报警。
(7)水平轴润滑油泵出口压力传感器。安装在水平轴润滑油泵与过滤器之间,输出电流4~20mA,测量水平轴润滑系统中过滤器之前的压力。控制功能:如果水平轴润滑油泵在运转,油压力下降,低于0.2 MPa,3 min后控制器发出一个重报警,破碎机主电机停机;如果油压力上升,超过0.45 MPa,控制器发出一个轻报警。
(8)过滤器堵塞压力传感器。安装在主润滑系统中过滤器之后,冷却风机之前,测量过滤器与冷却风机之间的压力,输出电流4~ 20 mA。控制功能:如果过滤器堵塞,系统发出一个轻报警。
(9)油箱油位传感器。安装在主润滑系统油箱中,测量主润滑油箱中的油位,输出电流4~ 20 mA。控制功能:如果油位下降,低于最小极限值400 mm,发出一个轻报警。
(10)正压传感器。安装在控制箱中,测量增压风机靠近破碎机风管中的压力,输出电流4~20mA。控制功能:如果风压下降,低于最小极限值300 Pa,发出一个轻报警。
(11)主润滑系统回油油量开关。当回油流量高于最小极限值时,开关动作。控制功能:如果回油流量低于最小极限值,发出一个重报警,破碎机主电机停机。
(12)过滤器压差传感器。安装在水平轴润滑系统过滤器总成中,测量过滤器中的压力差。控制功能:如果压力差超过预先设定值,发出一个轻报警。
(13)复位按钮。作来复位控制器激发的报警。
(14)程序选择器。用来选择相应的运转条件和油粘度条件下的温度设定值。
(15)其他。破碎机主电机在运转的信号,主润滑油泵电机在运转的信号,冷却风机电机在运转的信号,水平轴润滑油泵电机在运转的信号。
2.3 PLC控制器输出量设计
PLC控制器输出量设计主要包括:破碎机允许启动信号,主润滑油泵允许启动,水平轴润滑油泵启动随着破碎机主电机的启停而启停,1#冷却风机允许启动,2#冷却风机允许启动,油加热器启动,正压防尘风机启动,随着“破碎机允许启动”的信号出现同时启动,润滑油泵停止3 min后停机,重报警指示信号,轻报警指示信号。程序设计联锁见图2。
2.4监控软件设计
为了方便操作人员,方便监控破碎机稀油站测控系统整体运行情况,主要监控数据运行在西门子工控一体机PC-677B中,在该硬件平台上运行西门子WinCC组态监控软件。主要实现破碎机稀油站运行信号、报警信息以及主要运行信号的历史趋势记录等工作。
SIMATIC WinCC是西门子公司开发的SIMATICPCS-7过程控制系统及其他西门子控制系统中的人机界面组件,它是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统,具有良好的开放性和灵活性,可以满足项目技术要求。
(1)破碎机稀油站主要检测信号监控。系统通过PROFIBUS DP现场通讯总线,将以上液压系统运行状态,上传到上位触摸屏进行显示、报警,并对运行信号,和报警信号进行相应的颜色显示,便于操作人员监视控制。
(2)破碎机稀油站测控系统历史趋势设计。为了对该系统工作情况进行更好的监控,针对重要的进油流量、正压压力、主密封前压力、主密封后压力、进油温度、回油温度、油箱温度、水平轴压力、油箱液位、上臂架轴承温度等参数进行了变量归档、历史趋势设计等工作。
大型液压圆锥破碎机稀油站测控系统是将PLC、工控触摸一体机及最新的控制技术应用到破碎机稀油站测控中,实现破碎机稀油润滑系统的智能监控和数据管理。由于采用了先进的设计理念,各种功能均按模块化设计,具有较强的通用性、可维护性以及对不同现场的适应性。经过半年多现场的试运行及不断完善和提高,各项性能指标都达到了设计标准,系统稳定、可靠、功能强,既能替代国外同类产品,又增加了工艺过程所需的多项功能,实用、可靠、稳定,性价比高,具有广泛的推广价值。

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