破碎機為礦山主要生產設備之一，它涵蓋冶金、有色、建材、化工等多種行業。因破碎機具有破碎比大、產量高、耗能少、產品粒度均勻等特點，獲得廣泛應用。近年來，國內外眾多廠商從產品結構卜．對該類設備不斷地進行改進、完善，取得了比較好的效果，并相繼推出眾多高效、可靠、節能的新產品。相比較而言，因受自動化發展水平的影響，國內在破碎機控制方面的研究相對落后。近十幾年來，國外在一些產品上，裝備了相應的檢測儀表和自動控制裝置，在設備保護、穩定操作、提高產量等方面起到了一定的作用。而我國近幾年來才開始在一些新型破碎機上開展自動化研究，并配置了一些檢測控制儀表：然而值得關注的是我國礦山現有破碎機以六、七十年代老設備居多，并一直在生產中發揮著重要的作用。對這些老設備進行自動化改造，實現自動控制在礦山具有廣闊的前景。這是由于目前國產破碎機的控制與操作，幾乎全部由人工進行。在生產使用中存在如下諸多不理想狀況：
    (1)由于原料流動性的變化，難于達到均衡給料；
    (2)無法實時根據給料粒度及硬度的變化調整給料量；
    (3)難于及時發現處理機械潤滑小良、短時過載等事故隱患；
    (4)因保護功能不完善，發生事故時經常嚴重損壞設備；
    (5)操作人員難于隨時監視破碎機給料箱料位，因此為防止事故，只能減少給礦，降低臺時處理能力。
    由于上述狀況的存在，表現到礦山生產管理中的現象是：
    (1)破碎機的臺時處理能力遠低于設備的設計指標；
    (2)產品粒度不易保證，加重后續作業負擔；
    (3)設備故障率高，備品備件消耗嚴重；
    (4)為防止事故，只能少給礦，使得單位能耗增高。
    針對以上實際情況，研究實踐證明：利用自動化控制技術可有效改變上述不理想狀況。近幾年以米，我們探索從自動控制方面對破碎機研究，并率先在國產圓錐破碎機上實現負荷控制和破碎機故障診斷與保護、在提高產量、提高產品粒度合格率、降低能耗、保護設備等方面取得了可喜的成績。在此基礎上，我們推出了具有自主知識產權的破碎機控制器，配套應用在破碎機上，受到了用戶的好評。
1、破碎機控制器的組成及結構特點
    控制器基于控制系統小型化、現場化和網絡化的設計原則。對傳統集散控制系統進行創新，將DCS與PLC功能結合在一起，為過程控制和聯鎖保護的應用提供r功能強大而靈活的整體解決方案。
    (1)硬件部分。本控制器上使用可編程控制器(PLC)作為基本主控設備。PLC選用德國西門子公司生產的S7系列產品，該產品配置靈活，CPU本機具有數字量輸入輸出，根據需要可再接數字量擴展模塊，另外選配模擬量輸入輸出模塊用于參數檢測與控制。內部集成了RS 485通訊／編程幾，具有強大而靈活的通訊功能，。該設備性能價格比十分理想：
    控制器人機界面，選用性價比很高的西門子TD200作為操作員界面。面板IP65防護，背光LCD液晶顯示。覆膜鍵，提供8個可編程功能鍵。具備80條信息顯示、內置國際漢字庫、實時時鐘。過程參數的顯示和修改、輸入和輸出的設定、提供密碼保護等功能。TD200與S7系列用RS485總線連接。控制器面板上設計硬手操作功能，能實現硬軟手自動切換。面板上安裝故障及異常閃光聲響報警燈，并對主要過程參數進行顯示。
    (2)軟件部分。控制器中使用的編程軟件S-TEP7 Micro~lxl32是西門子公司專為SIMATICS7系列PLC設計的，主要開發PLC用戶程序，以及實時監控程序的執行狀態。軟件可運行在個人PC上，基于Window:.95、98、NT操作系統。陔軟件具備PC - PLC在線通訊和離線脫機開發用戶程序功能，使用梯形圖或語句表方式來編寫用戶程序。TD200軟件也直接使用STFP97Micro／WIN32．
2、單機組破碎機控制器的組成
    根據對單機組破碎機控制需求的分析，基本型控制器硬件由信號輸入、調節計算、輸出驅動及人機界面4部分組成，并留有與系統通訊的能力。各部分與相應軟件配合，共同完成控制任務。圖2所示，破碎機控制器在單機組圓錐破碎機上的應用框圖。其功能可滿足一般單機組破碎機基本控制及其擴展需要。外傳感器接人控制器的采集信號，除主機功率、供回油溫度、回油流量等需精確分析計算而使用模擬量外，其余屬安全保護的信號，使用開關量。對于特別要求的機組，作為擴展功能的輸入信號，給料量、豐機扭矩、排礦口及振幅值等采用模擬信號，其它為開關量。基本型控制器的輸出，除供執行器調節給料量需采用模擬量外，其余均采用開關量。
    (1)基本型控制器必需的輸入信號包括主機負荷、供油溫度、回油溫度、油流量等模擬信號和供油壓力、濾后壓力、油箱油位、系統啟停連鎖等開關量信號，
    (2)根據用戶要求及機組測試結果，基本型控制器將給料箱料位、機械振動、給料量、排礦口大小、主機扭矩、冷卻水溫、冷卻水壓、水封水流量等輸入信號作為可選擴展。
    基本型控制器的調節計算功能主要根據主機負荷進行綜合分析，實現給料量的調節與控制，并可進行多參量限幅，其它更高級的調節計算可根據用戶需求在系統進行。基本型控制器的輸出驅動除能作為破碎機給料調節執行機構（如變頻器）給定外，亦輸出油潤滑系統控制、系統聯鎖、以及現場報警信號。基本型控制器的人機界面能顯示當前主機負荷、油溫、轉速等主要參數，并留有給料量等其他顯示的擴展。從控制器上的人機界面輸入設定值，完成給料啟停等功能。
3、破碎機控制器的主要功能及相關技術
    (1)根據系統分配給該控制器的控制目標，可能是最大通過量或者是恒定通過量。控制器應分別具有以設備允許最大負荷為目標函數或以給料量為目標函數，并有設備允許最大負荷限定，兩種控制功能．前者只需檢測主機有功功率，調整給礦量以保持主機功率在限定的范圍內；當控制目標為通過量時，則在破碎機給料端安裝計量裝置，以計量值為控制參數，并以功率及相關技術值為限定條件。
    (2)潤滑系統的檢測與保護。破碎機屬重型機械，其潤滑的好壞不僅影響設備的壽命，而且關系到設備運行的安全。大型破碎機的潤滑均由稀油站進行壓力潤滑，影響潤滑效果的主要因素足供油溫度和油量：如稀油站裝有相應儀表，只要將相應信號進行適當的調整補充后再接人破碎機控制器。供油溫度是由冷卻水流量、冷卻水溫度、冷卻器阻力、環境溫度和加熱器等決定的；而影響供油量的主要是油泵壓力、濾清器阻力、油箱油位和管道阻力。所以，檢測供油與回油溫度并同時檢測通過軸瓦的油流量，可以較好的了解潤滑效果，并掌握破碎機的設備狀態，保障設備安全運行。
    由于軸瓦和機腔供油與同油的溫差，是除主機功率外制約破碎機生產能力的又一重要因素，所以破碎機控制器對其溫度進行精確測定，作為紿料量的另一限定條件。其它油泵壓力，濾清器前后壓差、油位及油流量等表征稀油站工作狀態的信息，只需保持在規定范圍內，超限進行報警，告之人工處理。
    某些對稀油站水冷、加熱系統提出控制要求的用戶，可采取在基本型上加以擴展的辦法．
    (3)給料箱料位的控制。破碎機的給料箱料位在某螳現場是影響破碎機正常運轉的另一重要參數。在人碎礦石含水、含泥量高，出現流動性較差時，破碎機困下料不暢而發生溢箱事故。由于檢測難度大，過去一直沒有好的檢測辦法。通過試驗現已成功解決，并得到應用。
    (4)破碎機排礦口尺寸的檢測與調整。由于破碎機的排礦口尺寸是影響產品粒度與處理能力的關鍵因素之一，所以控制排礦口尺寸具有重要意義。但對彈簧式圓錐破碎機來說，由于結構原因，目前只能人工調整排礦口尺寸，無法實現自控。對底部單缸液壓支撐型圓錐破碎機，通過配置特制位移傳感裝置檢測排礦口尺寸，可以及時調整。
    (5)破碎機的機械故障預警，大型破碎機的造價昂貴，且是礦山生產的關鍵設備，其故障造成的損失是巨大的，所以在控制器中集成設備診斷功能，是今后進一步的研究方向。目前在基本型控制器中，僅實現簡易故障“預警”。如潤滑系統的進、回油溫差及通過軸瓦的油墾可作為軸瓦工作狀態的判據；檢測機體振動、主機功率、主軸扭矩等判別機體故障等。
    (6)控制器與破碎系統的聯接。當控制器納入破碎自動控制系統后．可以通過系統總線與系統交換信息但在尚未實現破碎系統自控，只進行單機控制的情況下，控制器需要根據破碎系統的運行狀態，如破碎機是否已穩定運行，聯鎖設備是否已啟動等決定控制器的動作，故控制器具有上述信號的輸人，同時亦有表示白身運行狀態的輸出，供系統聯鎖裝置采集。
    (7)控制器的人機界面。當控制器納入破碎自控系統時，操作人員可在系統控制站進行操作，但現場仍需留有手操機構及指示儀表，以便檢修試車及系統故障時備用。控制器的現場人機界面能啟停并控制給礦量，并可讀取主機功率（電流）、油溫等重要參數。考慮到破碎自控的安全，人機界面的手動與自動間分別設立了相應的操作權限。
1、梅山鐵礦選礦廠單機組圓錐破碎機上的應用
    E海梅山集團（南京）礦業有限公司選礦廠細碎車間擁有短頭圓錐破碎機4臺，是細碎車間的主要設備。長期以來，對破碎機的處理量，采用人工調整方式，沒有很好地發揮破碎機的處理能力，此外，圓錐破碎機困保護系統不夠完善、也不可靠，破碎機故障和事故經常發生，不但設備維修開支很大，而且嚴重影響正常生產。鑒于以上實際，1997年受該廠委托，我們在l號圓錐破碎機上成功實施了一套圓錐破碎控制器系統。經生產運行表明，自動控制器系統不僅保護了圓錐破碎設備，而且在保證產品粒度合格率的基礎E相應提高處理量10%以上，節電效果明顯。由此產生的經濟和社會效益顯著，深受用戶的歡迎。該系統很快在其他3臺機組上得到推廣應用。
5、泗洲選礦廠多機組圓錐破碎機上的應用
    江西德興銅礦泗洲選礦廠碎三工段配備短頭圓錐破碎機7臺。細碎機控制采用人工調整方式，處理能力是困擾該工段乃至全廠難題。到了雨季原礦含水量增大，破碎機集礦箱下料不暢，因料位無檢測控制常造成集礦箱堵塞溢礦，需停止供礦處理。另外，進入細碎機的礦石性質發生變化（如礦石難碎）、給料不均、過鐵等，有時會造成破碎機過載燒毀電機、打壞齒輪、斷主軸等直接經濟損失事故。鑒于該廠細碎機現狀，從1998年起，我們陸續將破碎機控制器推廣應用到該段的全部圓錐細碎機上，實現各控制器之間的網絡聯接，建立了一套細碎機生產過程監控站。圖3顯示破碎控制器在多機組圓錐破碎機上的應用。
    生產運行效果表明：
    (1)破碎控制器的設計符合破碎機自身實際，系統簡潔、安裝調試方便。
    (2)系統運行穩定、可靠、控制效果顯著細碎機實現自動控制后，主機運行負荷功率從原人工操作的170 kW(主機電流28 A)左右，可穩定提高到200 kW(主機電流33 A)以上。細碎機的處理量提高15%以上，產品粒度合格率提高20%以上，生產成本明顯降低，經濟效益非常顯著、
    (3)建立起的細碎過程監控站，功能齊全，操作簡便，界面友好。呵實現系統狀態監控、參數i殳定和報警顯示、記錄，并能提供完整的數據統汁，為細碎生產調度和管理提供了有力的手段。
    該監控系統具有如下特點：
    (1)現場分布式I/O站點減少了布線距離和電纜數量，降低了安裝成本。
    (2)現場采用RS 485總線連接，方便地構成分布式控制系統，系統擴展容易，且抗干擾能力強，適合惡劣環境。
    (3)現場控制設備智能化、數字化，提高了測量與控制精度，增加了系統的可靠性。
    (4)控制軟件編程方便，下載獨立運行。
6、結論
    破碎控制器的研制成功，是近幾年來我們面向礦山，探索從自動控制技術方面對傳統破碎機挖潛改造、節能降耗取得的一項很有意義的成果。隨著自動化技術的發展，特別是新生代智能傳感器、控制器、執行器等日臻成熟，自動控制會越來越可靠地應用在礦山，這給用戶帶來的效益將是巨大的。今后，我們還將根據不同用戶的要求，對破碎機控制器進一步升級完善，研發系列產品，推向市場。


相關破碎機產品：
1、顎式破碎機
2、圓錐破碎機
3、雷蒙磨粉機