联合破碎样机电气控制系统的改造.doc

联合破样机电气控制系统的改造质量计量中心 高成理摘要：本文介绍了公司质量计量中心联合破碎系统存在的隐患和问题,并针对问题提出改造方案,阐述了针对问题而设计的编程思想，硬件组成以及软件设计关键词：PLC，自动控制 ,手动控制, 软启动1. 联合破碎机系统的概况:公司质量计量中心联合破样机是 2009 年新上的系统,它将最大尺寸小于 500 的矿石经过两级破碎,破碎到尺寸小于 30 的矿石,以满足下一级制样的要求.它由 2 台颚式破碎机(1#破碎机,2#破碎机) ，3 台皮带机(1#,2#,3#)及 1 台震动给料机和 1 台缩分器组成每台颚式破碎机都有一台 75KW 的三相异步电机驱动，皮带机由电动滚筒驱动，给料机为 2 台三相异步电机驱动(2 台电机一样,一台驱动横向振动,一台驱动纵向振动,由一个接触器控制)目前的控制系统为单机控制，每一台机器互不关联，是一个独立的小系统2．存在的问题：2.1 由于控制系统为单机控制，当下一级的机器突然出现故障时，上一级的机器来不及停机就很容易发生堆矿的现象(不到两年已经发生过 4 次)；2.2 操作比较繁琐，每一台机器都要单独操作，相当麻烦；2.3 当一台破碎机还未完全启动起来，紧接着开另一台破碎机，由于启动电流过大，电压降较大，严重时造成停机。

3．改造的目的：3.1 将目前的单机控制系统改为既可以集中连锁控制(自动)也可以单机(手动)控制，避免堆矿的事故发生；3.2 系统操作起来比较简单；3.3 增加软启动，减少因启动电流过大造成停机现象；4．工艺流程及控制要求联合破碎机共有 6 台设备：首先由给料机将矿石卸到 1#皮带机，再由 1#皮带机将矿石输送到 1#破碎机；破碎后直接下到 2#皮带机，再由 2#皮带机输送到 2#破碎机，破碎后直接下到 3#皮带机，最后由 3#皮带机输送至缩分器（缩分器是一台自动缩分的机械装置，不需控制）,系统应满足以下控制要求：4.1 为了保证生产运行的可靠性，应采用自动（联锁） 、手动（单机）两种控制方式，自动、手动方式由选择开关进行切换；4.2 在自动运行过程中，系统某台设备突然发生故障停车，其前级设备立即停车（按供料顺序，给料机为最前级） ；4.3 无论是手动还是自动启动设备前，都要先响铃 5 秒预警，通知在皮带周围的人员尽快远离，以免发生事故；4.4 设有紧急事故开关，一旦关掉紧急事故开关，所有设备立即停车.5. 控制过程5.1 自动控制开机顺序：按下启动按钮后先响铃 5 秒，开 3#皮带机，3#皮带机开机后延时 5 秒开 2#破碎机，2#破碎机开机后延时 35 秒缩 分 器1#破 碎 机2#破 碎 机3#皮 带 机 2#皮 带 机1#皮 带 机 给 料 机系 统 示 意 图开 2#皮带机，2#皮带机开机后延时 5 秒开 1#破碎机，1#破碎机开机后延时 35 秒开 1#皮带机，1#皮带机开机后延时 5 秒开给料机；5.2 自动控制关机顺序：按下停止按钮后关给料机，给料机关机后延时 10 秒关 1#皮带机，1#皮带机关机后延时 10 秒关 1#破碎机，1#破碎机关机后延时 10 秒关 2#皮带机，2#皮带机关机后延时 10 秒关2#破碎机，2#破碎机关机后延时 10 秒关 3#皮带机6．控制方案的确定：根据系统控制要求，目前能够实现以上控制要求的控制系统有以下几种：继电器控制系统，单片机控制系统，PLC 控制系统等等。

6.1 继电器控制系统是用继电器来实现逻辑控制的，也是最早应用的控制系统，价格比较便宜，但系统接线比较复杂，接线的工作量大，潜在的故障点多如果在运行过程中发生故障，排除起来相当困难同时灵活性差，响应速度慢6.2 单片机控制系统：单片机是由大规模的集成电路组成，它是包括 CPU，定时器，存储器，计数器和 I/O 的一个完整的数字处理系统它小巧灵活，价格比较低，面向过程控制，数字控制，智能控制但是单片机接口电路设计，程序设计都比较麻烦在中小型过程控制中一般不采用6.3 PLC 控制系统：可编程逻辑控制器（PLC）是八十年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行的长期连续性，使 PLC 在设计上有自己明显的特点：可靠性高，适应性广，具有通信功能，编程方便，结构模块化在现代集散控制系统中，PLC 已经成为一种重要的基本控制单元，在工业控制领域中应用前景极其广泛PLC控制器由控制单元 CPU，存储单元存储器，I/O 接口模板及编程器组成它功能强大，应用灵活，操作方便，维修简单，结构精巧，耐热，耐潮，抗震的性能都很好，稳定可靠，一般的无故障率达 10 万小时，是目前工业控制系统中最主要的控制设备。

综上所述，对几种控制系统的比较，本方案采用 PLC 控制系统因为本人对西门子 PLC 可编程序控制器了解相对多一点，故控制系统采用西门子 S7-200PLC 可编程序控制器7．控制系统的改造7.1 PLC 选型：根据控制系统的要求，本系统选用德国 SIEMENS 公司的 S7-200 型 PLC，具有可靠性高、体积小、扩展方便，使用灵活的特点基本 CPU 单元选用的是 CPU224，性能如下：8192 字节的程序存储器；8192 字节数据存储器；14 点输入，10 点输出；可扩展 7 个模块；256 个定时器；256 个计数器；64 个中断程序；实时时钟；高速计数器；可利用 PPI 协议或自由口进行通信；3 级密码保护因为输入/出点不够，同时选用 1 块 8 数字输入 8 数字输出的扩展模块及DIN 安装导轨，和 RS-232/PPI 通讯电缆7.2 PLC 控制器电源的计算 CPU 电源预算 5VDC 24VDCCPU224 660mA 280mACPU224 17 数字输入 　 17*5mA=85mACPU224 14 数字输出 　 14*9mA=126mA280mA-85mA-126mA=69mA根据上面的计算，CPU224 内部提供的 24VDC 电源能够满足要求，所以不用额外配置电源。

7.3 输入输出点的配置NO. 输入设备 输入点 NO. 输出设备 输出点1 手动 I0.0 1 给料机警铃 Q0.02工作方式转换开关 自动 I0.1 2 給料机接触器 Q0.13 给料机启动按钮 I0.2 3 1#皮带机警铃 Q0.24 给料机停止按钮 I0.3 4 1#皮带机接触器 Q0.35 给料机启动按钮 I0.4 5 2#皮带机警铃 Q0.46 给料机停止按钮 I0.5 6 2#皮带机接触器 Q0.57 1#皮带机启动按钮 I0.6 7 3#皮带机警铃 Q0.68 1#皮带机停止按钮 I0.7 8 3#皮带机接触器 Q0.79 2#皮带机启动按钮 I1.0 9 1#破碎机警铃 Q1.010 2#皮带机停止按钮 I1.1 10 1#破碎机软启动器 Q1.111 3#皮带机启动按钮 I1.2 11 1#破碎机接触器 Q2.012 3#皮带机停止按钮 I1.3 12 2#破碎机警铃 Q2.113 1#皮破碎启动按钮 I1.4 13 2#破碎机软启动器 Q2.214 1#皮带机停止按钮 I1.5 14 2#破碎机接触器 Q2.315 2#皮破碎启动按钮 I2.1 　 　 　16 2#皮带机停止按钮 I2.2 　 　 　17 紧急停止开关 I2.0 　 　 　7.4 程序设计7.4.1 子模块 0：初始化子程序。

在 PLC 加电时根据各个开关的位置设立标志位仅在第一个扫描周期执行7.4.2 子模块 1：联锁启停控制程序在此模式下系统实行自动连锁开/停机，并判断安全开关信号以实现紧急停车7.4.2.1 3#皮带机连锁开/停机程序:7.4.2.2 2#破碎机连锁开/停机程序:7.4.2.3 2#皮带机连锁开/停机程序:7.4.2.4 1#破碎机连锁开/停机程序:7.4.2.5 1#皮带机连锁开/停机程序:7.4.2.6 给料机连锁开/停机程序:7.4.3 子模块 2：手动控制，在此程序下，各台设备单独手动开车7.4.3.1 3#皮带机单机开/停机程序7.4.3.2 2#皮带机单机开/停机程序7.4.3.3 1#皮带机单机开/停机程序7.4.3.4 给料机单机开/停机程序7.4.3.5 1#破碎机单机开/停机程序7.4.3.6 2#破碎机单机开/停机程序8. 破碎机启动电流过大问题的解决两台破碎机的电机功力均为 75KW，额定电流为 148A，直接启动时启动电流为额定电流的 4~7 倍当一台破碎机还未达到正常运转状态时就启动第二台，此时总电流相当大，使配电室 380V 母线电压下降至 300V 导致停机。

为了解决此问题，我们选用西普 XPR1-3000-090-3 软启动器降压启动来解决起动电流过大问题电 机断 路 器软 启 动 器 接 触 器软 启 动 接 线 示 意 图西普 XPR1-3000-090-3 软启动器是采用大功率晶闸管作为开关元件，利用单片机来控制导通角从而达到控制电机软启动的一款产品它具有启动冲击小，有失压，欠压，过压保护，有启动过流，运行过载，缺相，三相不平衡保护根据它的功能特点，能够满足我们的要求，因此选用它来解决启动的问题.另外连锁启动时，在控制程序上将两台破碎机启动时间间隔设置到 40 秒，即在第一台破碎机完全达到正常运转状态时再启动第二台破碎机，错开了启动时间，避免电流叠加造成总电流过大的问题，达到了本次改造的目的结束语：通过对质量计量中心联合破样机电气控制系统的改造,解决了原系统存在的隐患和问题,提高了系统的自动化程度和安全性能,降低了操作人员的劳动强度和设备的故障率,对保证系统设备的安全,高效,可靠运行起到了较大的作用参考文献 ［1］朱善君，瓮樟，邓丽曼，周卓伦 ：可编程序控制系统原理应用维护 清华大学出版社［2］Simatic S7-200 系统手册［3］CHXP 西普系列软启动手册。