1、概述
    自動控制技術(shù)和新型傳感器的開發(fā)與發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外大型機(jī)械設(shè)備、機(jī)械加工工業(yè)和科研等各個(gè)領(lǐng)域。并以其穩(wěn)定、可靠的獨(dú)特功效，為確保各行各業(yè)機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，預(yù)防和控制各類設(shè)備事故的發(fā)生發(fā)揮著巨大作用。
    金川公司選礦廠二選碎礦車間PEJ1500×2100鄂式破碎機(jī)，于60年代中期用于選礦廠。擔(dān)負(fù)著礦山來礦的粗碎破碎任務(wù)，是確保選礦廠順利完成公司年生產(chǎn)任務(wù)的咽喉。
    原PEJJ500×2100鄂式破碎機(jī)運(yùn)行時(shí)的主軸瓦和連桿的供油系統(tǒng)（油流、油壓、油溫）和水冷卻系統(tǒng)的監(jiān)測與控制設(shè)計(jì)，使用的是傳統(tǒng)的繼電器控制電路。設(shè)備運(yùn)行30多年，破碎機(jī)各主要部件的磨損，控制電路各元器件的老化、失靈，已失去監(jiān)測與控制的功能。近年來，曾多次造成破碎機(jī)主軸與連桿軸的“研瓦”及其他事故的發(fā)生。每次搶修造成的損失達(dá)百萬元以上。車間雖對原有保護(hù)裝置進(jìn)行過改進(jìn)。但破碎機(jī)在運(yùn)行中因不可控因素（斷油、斷水、油壓不足、過載、軸瓦溫度過高等）造成的“研瓦”等事故仍無法控制，不僅造成車間生產(chǎn)受阻，而且成為選礦廠設(shè)備管理和設(shè)備維護(hù)的難題。
    為適應(yīng)金川公司生產(chǎn)任務(wù)逐年擴(kuò)大的需求，在公司、選礦廠領(lǐng)導(dǎo)的高度重視下，金川公司選礦廠二選碎礦車間PEJ1500×2100鄂式破碎機(jī)事故監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用被公司定為1999年“三新”項(xiàng)目。
    為預(yù)防和控制鄂式破碎機(jī)“研瓦”事故的發(fā)生，選礦廠在深入現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，反復(fù)論證，開發(fā)并研制出了一臺“PEJ1500 x 2100鄂式破碎機(jī)事故監(jiān)控系統(tǒng)裝置”。
    該控制系統(tǒng)采用監(jiān)測準(zhǔn)確、檢測精度高、反應(yīng)靈敏的壓力、溫度、流量傳感器和技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的可編程控制器(PLC)及數(shù)顯控制儀表等元器件，組成了智能控制監(jiān)測系統(tǒng)。為選礦廠今后設(shè)備管理和設(shè)備維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。
2、設(shè)計(jì)方案
    根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，在鄂式破碎機(jī)主軸瓦和連桿瓦的供油管道，水冷卻管道選擇監(jiān)測點(diǎn)和安裝油溫測量、油流測量、油壓測量、水溫測量、水流測量等傳感器。
2.1監(jiān)測控制點(diǎn)的選擇
(1)上油4路監(jiān)測油流；
(2)上水3路監(jiān)測水流；
(3)回油4路監(jiān)測油溫；
(4)回水3路監(jiān)測水溫；
(5)供油壓力監(jiān)測。供15個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，見圖1所示。
2.2  傳感器的安裝
    (1)在主軸瓦、連桿瓦4路上油管路（軸瓦的進(jìn)口）安裝4個(gè)油流傳感器，進(jìn)行油流監(jiān)測；
    (2)在主軸瓦、連桿瓦3路上水供水管路（軸瓦的進(jìn)口）安裝3個(gè)水流傳感器+進(jìn)行水流監(jiān)測；
    (3)在主軸瓦、連桿瓦4路回油管路（軸瓦的出口）安裝4個(gè)溫度傳感器，通過監(jiān)測4路回油管各自的回油溫度，可直接判斷出個(gè)軸瓦的溫度；
    (4)在主軸瓦、連桿瓦3路回水管路（軸瓦的出口）安裝3個(gè)溫度傳感器，進(jìn)行水溫監(jiān)測；
    (5)在上油管路上安裝1個(gè)壓力傳感器，進(jìn)行油壓監(jiān)測。傳感器安裝電路原理見圖2所示。
    分別將各傳感器所監(jiān)測的信號通過各自的測量儀表，顯示出各自的溫度和壓力，再將所有信號一并送往PLC的I/O口進(jìn)行分析，判斷和處理。若送來的信號有異常PLC將報(bào)警信號由1/0口送往報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。并由PLC此門顯示出故障部位。待故障解除后，使報(bào)警信號復(fù)位，此時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
2.3  報(bào)警設(shè)定
    (1)當(dāng)油流、水流供給不足時(shí)，流量傳感器顯示在“臨界紅燈”位置報(bào)警；
    (2)當(dāng)主軸瓦、連桿瓦回油溫度上升到36℃時(shí)，報(bào)警；
    (3)當(dāng)供油壓力低于0.08MPa/cm2時(shí)，報(bào)警。
2.4  監(jiān)控裝置面板顯示
    油壓及油壓控制下限值；溫度及溫度控制上限值；油流、水流信號及相應(yīng)的指示燈，聲、光報(bào)警裝置。
3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型
    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器作為工業(yè)過程控制是目前國內(nèi)外工業(yè)領(lǐng)域的首選。由于PLCPIJC采用r微處理器等同體器件，其穩(wěn)定性、可靠性大為提高。另外成熟的用戶指令系統(tǒng)為現(xiàn)場操作人員修改指令，改變條件提供了方便，而用戶指令系統(tǒng)又是由繼電器圖（梯形圖）、流程圖或語句符號來描述的。為此，它得到了廣泛應(yīng)用。
    系統(tǒng)選用韓國LG公司的MASTER:_ K60S型PLC，它的優(yōu)點(diǎn)是解決了以往PLC依靠鋰電池存儲運(yùn)行程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)，改為目前最先進(jìn)的EEROM電擦除存儲器，這樣無論在什么狀態(tài)，即使RAM的內(nèi)容萬一消失了，只要重新投入PI．C電源EEROM的內(nèi)容也會讀到RAM中去，并能運(yùn)行。避免了程序丟失和定期由專業(yè)技術(shù)人員更換鋰電池所造成的檢修損失。它的I/O口有56個(gè)點(diǎn)，其中輸入36點(diǎn)，輸出24點(diǎn)。還具有R5232接口，可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，其內(nèi)部采用開關(guān)電源供電。
    油路、水路流量的監(jiān)測選擇德國TURCK公司的介質(zhì)流動傳感器，F(xiàn)CS - Gl/2A2系列AN8X -H1141型是緊湊型流量控制器，它的測量原理是采用熱散原理來測量流體的流速。還可以任意設(shè)定流速，它的特點(diǎn)如下：
    (1)傳感器和信號處理器做成了一體。
    (2)耐壓可達(dá)6MPa。
    (3)防護(hù)等級IP67。
    (4)流速控制點(diǎn)可任意設(shè)定。
    (5)開關(guān)點(diǎn)的設(shè)定精度，不隨流體溫度變化而變化。
    (6)調(diào)整簡單。
    (7)內(nèi)部帶短路保護(hù)。
    (8)測量范圍：油3—300cm/s
    水：1~ 150cm/s
    汽：2—3m/s
    (9)外殼整體采用lCr18N19T1不銹鋼。
    因?yàn)樗�能直接插入管道中，所以適合安裝與不同口徑的管道上，它使用直流24V電源，輸出采用NPN晶體管輸出，連接使用四芯密封閉式插頭，安裝簡單方便。
    測量儀表選用香港東輝儀器儀表（集團(tuán)）公司的Daryens牌XMT5000系列智能型數(shù)字顯示儀表。該儀表顯示屏大，清晰度高，由于采用中央微處理器、EEROM存儲器和開關(guān)電源，在整個(gè)測量范圍內(nèi)不存在非線性誤差，掉電也不丟失信息，具有自動數(shù)字溫度補(bǔ)償及自動穩(wěn)零系統(tǒng)，因而保證了儀表具有測控精度高、抗干擾能力強(qiáng)、功能完備、操作簡單等特點(diǎn)。
    直流穩(wěn)壓電源選用了臺灣明緯開關(guān)電源。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源，調(diào)整管總是工作于放大區(qū)，流過負(fù)載的電流是連續(xù)的。這種穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)是承受過載和短路的能力差、效率低，一般只有35%~60%，由于調(diào)整管上損耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管，并裝有體積很大的散熱器。
    開關(guān)電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。功率損耗小，效率可達(dá)70%~95%．穩(wěn)壓器體積小、重量輕。調(diào)整管功率損耗小，散熱器也隨之減小。此外，開關(guān)頻率工作在幾十kHz，濾波電感、電容可用較小數(shù)值元件，允許的環(huán)境溫度也可以大大提高。正是開關(guān)電源具有的顯著特點(diǎn)，所以選用了它。
4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    軟件流程見圖3所示。
5、系統(tǒng)工作原理
    首先合上系統(tǒng)供電電源開關(guān)(AC:220V/50Hz)，此時(shí)系統(tǒng)面板各監(jiān)測儀表進(jìn)入正常工作狀態(tài)，然后啟動運(yùn)行供油系統(tǒng)油泵電動機(jī)，其接觸器常開輔助接點(diǎn)的閉合，給PLC -個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行信號，經(jīng)延時(shí)后，系統(tǒng)投入運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮。同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入正常監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)，啟動鄂式破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
    油流、水流通過7個(gè)傳感器控制7個(gè)外部的繼電器，并由7個(gè)繼電器給PLC提供符合它的7個(gè)流量監(jiān)測開關(guān)量信號，由PLC去判斷和控制相應(yīng)的故障指示燈和聲、光報(bào)警器。
  油溫、水溫信號是由7個(gè)溫度傳感器通過7塊智能儀表后，提供給PLC7個(gè)信號，在提供信號的同時(shí)，7塊智能儀表顯示7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)際溫度和預(yù)置溫度值，再d1 PI,C去判斷和控制相對應(yīng)的故障指示燈和聲、光報(bào)警。油壓信號是由壓力傳感器，通過智能儀表給PLC提供一個(gè)開關(guān)量信號，在提供信號的同時(shí)智能儀表顯示其實(shí)際壓力和預(yù)置壓力值，再由PLC去控制和判斷柑對應(yīng)故障指示燈和聲、光報(bào)警器。
    若發(fā)生故障，待故障解除后，按下復(fù)位按鈕報(bào)警既被解除。
6、結(jié)束語
    金川公司選礦廠二選碎礦車間PEJ1500×2100鄂式破碎機(jī)事故監(jiān)控系統(tǒng)于1999年9月初安裝、調(diào)試、投入運(yùn)行以來，已多次對破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中供油系統(tǒng)，水冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)的原人為不可控因素造成的故障準(zhǔn)確報(bào)警。
    (1)因供油壓力不足，油壓監(jiān)控報(bào)警。車間及時(shí)檢查，確定為油泵自身機(jī)械故障造成，及時(shí)更換了油泵。
    (2)因高負(fù)荷生產(chǎn)，破碎機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成破碎機(jī)皮帶輪側(cè)主軸瓦回油溫度≥36℃，該路油溫監(jiān)測報(bào)警。車間及時(shí)停機(jī)，全面檢查，采取停車油循環(huán)，水冷卻降溫措施，廠調(diào)及時(shí)調(diào)整開、停車時(shí)間，實(shí)施均衡生產(chǎn)。
    (3)破碎機(jī)配重輪側(cè)主軸瓦、連桿瓦兩路上水流量監(jiān)測報(bào)警，經(jīng)查，一路為閥門失靈，一路為管路異物堵塞所致，車間及時(shí)進(jìn)行更換處理。
    事實(shí)證明，該監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)用可靠。對預(yù)防、控制和避免破碎機(jī)“研瓦”，確保破碎機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到了巨大作用。在此基礎(chǔ)上，選礦廠領(lǐng)導(dǎo)高度重視，于2000年4月初在車間實(shí)施了新中碎PYB∮2200圓錐破碎機(jī)、新細(xì)碎3臺PYD∮1750圓錐破碎機(jī)、老中碎PY B∮2200圓錐破碎機(jī)、老1#、2#細(xì)碎PYD∮2200圓錐破碎機(jī)的事故監(jiān)控系統(tǒng)裝置（油溫、油壓、油流監(jiān)控），實(shí)現(xiàn)了車間粗、中、細(xì)8臺破碎設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的全面監(jiān)控，為確保車間破碎設(shè)備的正常運(yùn)行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，為選礦廠設(shè)備管理和決策提供了科學(xué)依據(jù)。也為此類系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。