基于PLC及传感器技术的球磨机电气控制系统

张纪华

（福建马坑矿业股份有限公司一期选矿厂，福建 龙岩 364000）

球磨机是各个基础行业中矿石磨浆的关键设备，当前应用于金属矿及非金属矿的冶炼过程中。为加强球磨机运行故障的控制与管理，随着自动化技术的不断发展与广泛应用，球磨机运行控制系统设计中也逐渐引入自动化技术，并且取得了较好的应用效果。电气控制作为球磨机运行控制的关键系统与结构部分，也是当前该领域研究和关注的重点。

1 PLC 及传感器技术

PLC 控制是信息技术发展与广泛应用支持下实现的一种的自动化集中控制模式，采用PLC 控制进行企业生产重要设备的运行控制，不仅控制模式相对简单、快捷，并且能够通过网络通信设置实现现场信息与设备信息有效传送，为设备运行控制可靠性及其在企业生产使用中的稳定性提供充分的保障和支持。传感器通过对于现场基础信息状况的采集，将多种非电信号向标准的电信号转化，为PLC提供更大程度的连接口，从而完成与PLC 的通信。

2 球磨机电气系统

2.1 PLC 电气励磁装置控制柜

同步高压电机PLC 电气励磁装置控制柜是电气系统的核心部件，通过电气控制柜可以完全显示屏幕上各个系统完整的工作状况，对各可控硅检测温度以及同步电机定子/转子电流/电压信号、功率因数等运行的实际状态进行显示，将所有的离散状态的故障进行集中控制，同时在屏幕上形成有效地处理，为电机的稳定工作与运行提供支持。以KGLF-2C 型同步电动机励磁装置为例，如下图1所示。

图1：KGLF-2C 型同步电动机励磁装置情况说明

上图1所示的球磨机电气励磁装置，其控制系统设计中，通过对S7200-PLC以及Pro-face GP37-24V 型触摸屏的设计运用，同时采用KGLF-2 型的微机励磁控制器共同组成上述电气励磁装置的控制系统，还针对该装置的整流供电控制设置了6 只1000W 的KP500A 型晶闸管风冷器件，由其共同构成一个三相全控桥可控硅；通过全数字控制技术运用，采用人机交互界面触摸屏控制模式，利用计算机对转差率检测与运行显示、灭磁控制、故障诊断等功能进行自动分析与支持。

2.2 高压开关柜

球磨机电气系统中，高压开关柜是高压电动机动力的主要来源，该装置的重要部件为高压真空断路器。高压开关柜的运行控制受软启柜、润滑油站、励磁装置等线路联锁影响，能够通过外控箱进行就地分合闸控制。

2.3 高低压润滑站

高低压润滑站工作运行中采用自动控制模式，由PLC 控制中心控制。该系统一般配置有两台低压油泵装置，一台工作运行，另一台作为备用，两台设备之间可以相互切换，此外还配备有两台高压油泵，能够同时启动运行，并且在低压油泵启动运行1min 后进行启动工作，对润滑站端口处的油温一般控制为35 至45℃，在超出该范围标准的情况下，就需要开通冷却水，同时启动冷却器，或者是接通电加热器，以进行温度控制。

2.4 磁控软启动装置

磁控软启动装置在高压电机启动运行中为其提供磁控软启动支持。

此外，球磨机电气系统中还包含各种仪器与仪表设备，像数显温控表、气压表以及油流量开关表、油压表等。

3 球磨机 PLC 及传感器系统设计方案

3.1 设计方案

本文在进行基于PLC 与传感器技术的球磨机电气控制系统设计中，PLC 设计采用CPU 为KGLF-2C 全数字同步电动机励磁装置系统，通过S7200-PLC 及Pro-face CP37W2 的接触屏实现整体的励磁控制，整体的形式为全数字的控制系统，根据人机互动的方式进行多种功能运行。此外，在球磨机电气系统的油站与励磁柜分别进行独立的PLC 控制柜设置，通过与电气系统集中控制装置的共同作用，进行系统运行控制和故障诊断、管理。

3.1.1 信号采集分析

基于PLC 及传感器技术的球磨机电气控制系统中，信号采集包括温度信号、压力与流量信号等信号内容。球磨机电气系统运行的温度参数采集，主要集中在高压同步电机前后轴承以及球磨机前后轴瓦、高低压油站等温度变化参数的采集与分析上；球磨机电气控制系统进行压力信号采集则是以高低压油站以及空气离合器气囊压力参数信息变化与检测分析为主；流量信号主要是指高低压油站的油流量变化信息，对该信号采集与压力信号的采集应用装置相一致，均为电流为4-20MA 的对应传感器设备[2]。球磨机振动信号采集以小齿轮与轴瓦等振动部位为主，通过在小齿轮与轴瓦部位分别配置4 个相应的振动传感器，对其信号进行采集，并由SM331 模拟量输入模块进行采集，输入到PLC，然后由SM332 模拟量输出模块向执行器进行控制输出，以完成对信号的采集与控制管理。

3.1.2 控制运行方案

上述控制系统运行中，如果离合器的气囊的压力控制在合理的范围中，可以进行高压电机的启动，从而将励磁控制在正常的状态范围之中，使其处于稳妥的状态。此外，球磨机电气控制系统中还具有恒电流跟踪补偿控制方案，该方案能够在球磨机电气系统运行中，针对同步电机投励后快速、平稳并且可靠的进入同步运行的控制要求，在对应的控制装置内进行强励整步控制方案，以满足其运行控制的功能和要求。

3.2 球磨机故障及控制分析

3.2.1 配套设备故障

通常球磨机的配套设备类型复杂，基于系统复杂程度较大的现实，需要通过集成的方式进行统一处理，通过各系统的统一控制，完成整个调试工作的简化，一定程度将工作的效率提升。以集成化控制为理论基础，将控制单元与低压电气系统柜集成控制，可以减少不必要的冗余杂线的连接，实现整体功能结构的简化，一定程度将安装、维护、调试的工作减少，大幅度节约了成本[3]。

3.2.2 球磨机系统震动及误停

如果球磨系统有过度的震动及电磁的系统干扰，都会一定程度上引起设备的误停，如果齿轮有质量问题，润滑的程度不够，也会导致过度震动的情况发生，对于这些问题的解决通常需要通过温度传感器完成良好的温度控制，若有震动的发生及时解决，强化整体的设备状态养护，维持良好的设备稳定形式。

3.2.3 球磨机小齿轮副震动

球磨机小齿轮副震动作为球磨机运行中常见故障，对其设备稳定运行存在着较大的不利影响。如果球磨小齿轮的轮齿有副震动的不符合标准，则会引起其自身的损毁以及整个设备系统的破坏，因此需要通过必要的措施将震动控制在规定的范围中，从而将小齿轮的副震动情况完全消除，方可再次投入使用。

4 结语

球磨电气控制系统的结构相对较为复杂，涉及的控制点的内容较多，对于工艺的要求程度也更高，为了实现更加新颖、完善的方法的提供，应该逐步进行整体控制技术的优化，如控制方法的优化等，PLC 及传感器在球磨电气系统中的应用，较大程度上提升了整体工作的效率，可以在各有需求的行业中应用推广。