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摘要：為提高圓錐破碎機效率，提高產(chǎn)能，解決破碎能力不足的問題，同時提高企業(yè)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(tǒng)。該系統(tǒng)以西門子S7-200 smart PLC為控制核心，采用WINCC作為上位機組態(tài)軟件，具有數(shù)據(jù)采集、過程自動控制，設(shè)備參數(shù)顯示，運行記錄曲線，報警記錄等功能。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(xì)碎作業(yè)的主要設(shè)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(chǎn)能。

現(xiàn)在的圓錐破碎機控制系統(tǒng)一般是采用人工操作的方式。人工操作只能依據(jù)經(jīng)驗，通過人工調(diào)節(jié)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(tài)下，破碎機經(jīng)常處于低負(fù)荷運行模式，破碎效果差，循環(huán)負(fù)荷大，效率低；有時候又出現(xiàn)堵料事件，堵料影響生產(chǎn)，破碎機出現(xiàn)過載，設(shè)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(chǎn)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(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計原理

圓錐破碎機最佳工作狀態(tài)是：破碎腔“擠滿式”給礦狀態(tài)；破碎機工作負(fù)載處于額定負(fù)荷的百分之八十到百分之一百之間。通過設(shè)計一套料位“PID”自適應(yīng)控制裝置以及電流“PID”自適應(yīng)控制裝置，料位、電流“PID”自適應(yīng)控制協(xié)調(diào)控制程序，即可實現(xiàn)圓錐破碎機處于最佳工作狀態(tài)。PID控制算法如下：

2.1 模擬PID控制系統(tǒng)組成（見圖1）

2.2 模擬PID調(diào)節(jié)器的微分方程和傳輸函數(shù)

PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)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(gòu)成控制量，對控制對象進(jìn)行控制。

（1）PID調(diào)節(jié)器的微分方程。

（2）PID調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù)。

2.3 PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用

（1）比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號e（t），偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。

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

（3）微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)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(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。

3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

圓錐破碎機智能化控制系統(tǒng)是以西門子S7-200 smart PLC為控制核心，采用WINCC作為上位機組態(tài)軟件。該系統(tǒng)設(shè)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(guān)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(tǒng)能采集各開關(guān)量及設(shè)備運行狀態(tài)、主軸電動機電流、破碎腔料位、振動給料機運行頻率等參數(shù)。并且在上位機WINCC組態(tài)軟件上實時顯示各設(shè)備運行狀態(tài)、主軸電機電流、破碎機料位等數(shù)據(jù)、模擬量記錄曲線、故障報警信息，控制參數(shù)設(shè)置等功能。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

圓錐破碎機智能化控制系統(tǒng)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(dá)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(jù)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)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(diào)整給礦電動機的轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到主電機恒功率不變，并且主電機處于接近滿負(fù)荷運行狀態(tài)。

根據(jù)圓錐破碎機智能化控制系統(tǒng)功能要求，本控制系統(tǒng)中共有20點數(shù)字量輸入（DI）和12點數(shù)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(tài)軟件，操作工人通過電腦屏幕上的組態(tài)畫面，可以了解整個系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝參數(shù)，設(shè)備運行狀態(tài)。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(tǒng)采用以太網(wǎng)通訊。系統(tǒng)方便擴展，其他系統(tǒng)只需一根網(wǎng)線就可以接入本系統(tǒng)，為實現(xiàn)礦山全自動化架設(shè)好網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高礦山數(shù)字化水平，并且為企業(yè)信息化打下基礎(chǔ)。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計分為兩個方面：使用WINCC組態(tài)軟件進(jìn)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(tǒng)的核心部分，其中本系統(tǒng)采用PID閉環(huán)控制算法實現(xiàn)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(jié)語

本設(shè)計研制的圓錐破碎機智能化控制系統(tǒng)。具有操作界面優(yōu)美，簡單明了的特點，系統(tǒng)運行穩(wěn)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(chǎn)能，降低圓錐破碎機能耗，避免了圓錐破碎機堵料的問題，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。實踐表面，該系統(tǒng)具有較好的推廣應(yīng)用價值。

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