水泥輥壓機電氣控制系統(tǒng)的改進設計

魏勝男

（同煤集團建材有限責任公司， 山西 大同 037000）

引言

如今，隨著房地產行業(yè)的發(fā)展，對水泥的用量和質量要求越來越高。為了滿足工業(yè)生產的需求需從水泥生產設備、工藝等方面不斷提升水泥的產量和質量。據統(tǒng)計表明，工業(yè)生產水泥需消耗大量的熱能和電能，二者的比例為4∶1。此外，水泥的生產還需大量的粉磨物料作支撐。實踐表明，每生產一噸水泥消耗各種粉磨物料約3.5 t 左右[1]。目前，我國水泥廠所采用的粉磨工藝水平低、效率低、耗能高，粉磨物料所消耗的電能占據水泥廠電能總消耗量的65%左右。因此，可通過改進輥壓機粉磨料的工藝及輥壓機的電氣系統(tǒng)達到節(jié)能減排的目的。本文將根據實際生產需求設計相應的電氣系統(tǒng)，并對其控制系統(tǒng)進行改進。

1 輥壓機的概述

所謂粉磨指的是在外力的作用下將物料的粒度減小至小于5 mm 以下的水平。對于生產水泥而言，需根據水泥生料、成品等不同等級將對應物料粉磨成不同粒度的產品。根據不同粉磨方法可分為濕磨、干磨以及烘干兼粉磨；根據產品的成熟度而言，可將其分為預粉磨和終粉磨[2]。

目前，應用關于粉磨工藝環(huán)節(jié)的設備有管磨機、輥式磨、輥壓機以及選粉機等，其中以輥壓機的應用最為廣泛。輥壓機的結構如圖1 所示。

輥壓機粉碎主要依靠物料與物料之間的壓力，而不是固定輥和活動輥之間的間隙大小。在實際粉磨過程中，可將輥壓機的粉磨過程分為壓緊密實階段、粉碎階段以及結餅排料階段。

圖1 輥壓機結構示意圖

2 輥壓機電氣控制系統(tǒng)的設計要點

輥壓機作為水泥生產的關鍵設備，其高性能的控制系統(tǒng)不僅可提升水泥的生產效率，還可避免設備的嚴重損壞，間接降低生產成本。

為滿足輥壓機實際生產的需求，要求與其對應的電氣控制系統(tǒng)能夠對如下要點進行控制。

1）實現(xiàn)對活動輥與固定輥之間間隙的監(jiān)測與控制。在實際生產中，需根據待粉磨物料的類型調整物料層的厚度，從而確定活動輥和固定輥之間的縫隙。針對水泥生產中的粉磨工藝，要求活動輥和固定輥之間的縫隙為25 mm，而且誤差保持在3 mm 內為正常[3]。因此，為確保粉磨質量要求電氣控制系統(tǒng)對活動輥和固定輥之間的縫隙進行監(jiān)測。

2）進料倉料位監(jiān)測及下料啟動閥閥口的控制。為確保粉磨下料后能夠連續(xù)形成相對密實的料餅，要求在穩(wěn)流倉內的物料達到70%左右。因此，需對進料倉內的料位及穩(wěn)流倉內物料量進行監(jiān)測，并根據監(jiān)控結果控制下料閥閥口的開度大小。

3）對設備關鍵部件的監(jiān)測。為確保輥壓機運行的安全性，需對設備各零部件的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。根據經驗，要求電氣控制系統(tǒng)對設備主軸承溫度、液壓油油位、液壓系統(tǒng)壓力及潤滑系統(tǒng)等分系統(tǒng)的工作參數進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)超出限值，應及時發(fā)出報警。

3 電氣控制系統(tǒng)總體方案的設計

基于上文所述的控制要求，輥壓機電氣控制系統(tǒng)能夠對設備及其零部件的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并將所采集的數據輸送至PLC 控制器中，經與標準值對比后得出相應的控制系統(tǒng)，從而對輥壓機主機、潤滑泵、液壓泵以及卸壓泵等執(zhí)行機構進行控制[4]。此外，當監(jiān)測到設備及其零部件運行狀態(tài)超出限值時應發(fā)出報警。輥壓機的控制流程如圖2 所示。

圖2 輥壓機電氣控制流程圖

4 輥壓機電氣控制系統(tǒng)硬件的設計

輥壓機電氣控制系統(tǒng)的核心硬件為PLC 控制器和相關傳感器的選型。

4.1 PLC 控制器的選型

PLC 控制器為電氣控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關鍵，基于對電氣控制系統(tǒng)控制需求及各類PLC 控制器對比的基礎上，最終所選PLC 控制器的類型型號為S7-315-2DP 型。根據控制需求設計如表1 所示的I/O 模塊。

表1 PLC 控制器I/O 模塊及功能

4.2 監(jiān)測元器件的選型

根據控制需求需為電氣控制系統(tǒng)配置壓力傳感器、位移傳感器、熱電阻等監(jiān)測元器件。監(jiān)測元器件的選型結果如表2 所示。

表2 監(jiān)測元器件選型結果

5 輥壓機電氣控制系統(tǒng)軟件的設計

根據上文所述的輥壓機電氣控制系統(tǒng)的控制功能要求，本文特設計如圖3 所示的程序流程圖。

圖3 輥壓機電氣控制系統(tǒng)程序流程圖

如圖3 所示，輥壓機電氣控制系統(tǒng)可對主電機的電流值、軸承溫度、固定輥與活動輥之間的縫隙等參數進行監(jiān)測。其中，當系統(tǒng)監(jiān)測到主電機電流過載110%時，控制活動輥大行程后退；若主電機電流仍無法減小，設備應自動停機。當軸承溫度高于55 ℃時，系統(tǒng)發(fā)出報警；當軸承溫度高于60 ℃時，設備自動停機；當固定輥和活動輥之間的縫隙大于5 mm 小于28 mm 時，系統(tǒng)應控制相應卸壓泵進行糾偏操作；當固定輥和活動輥之間的縫隙超出限定值（28 mm）時，設備應自動停機[5]。

此外，系統(tǒng)啟動時應首先監(jiān)測出料閥是否已被開啟，只有出料閥被開啟后才可啟動輥壓機；而輥壓機進料閥待設備完全啟動可工作后才可開啟。

6 結語

輥壓機為水泥生產工藝中必不可少的設備，其主要功能是將物料根據生產需求粉磨至一定粒度大小的顆粒。在實際生產中，輥壓機的耗能較大且自動化程度低、故障率高。為此，基于PLC 的電氣控制系統(tǒng)能夠對輥壓機運行過程中電機電流、軸承溫度以及固定輥與活動輥之間的距離等參數進行監(jiān)測，并根據監(jiān)測結果對相關泵的工作進行控制或者發(fā)出聲光報警?；陔姎饪刂葡到y(tǒng)能夠提升設備運行的穩(wěn)定性和可靠性，一旦發(fā)現(xiàn)相關零部件的運行狀態(tài)超出限值，系統(tǒng)可自行糾偏或者停機，避免對系統(tǒng)造成更大的損壞，為提升水泥的產量和效率奠定扎實的基礎。