CN101733187A - 辊压机负荷优化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于智能控制的辊压机负荷优化控制系统，通过综合控制辊压机的料斗开度，动辊两端的液压系统、主电机等装置，使得辊压机可以自动寻优达到良好的工作状态。本发明的控制系统能保证辊压机在稳定工作的前提下单位功耗达到最优，提高整个工艺系统的产量，降低工作人员的劳动强度，经过实际测试，与人工控制相比较，该控制系统可以提高辊压机生产效率，节约用电10％左右。

Description

辊压机负荷优化控制系统

技术领域

本发明涉及物料粉碎加工设备的控制系统，尤其是一种辊压机负荷优化控制系统。

背景技术

辊压机是一种用于颗粒状物料粉碎加工的专用设备，利用挤压粉碎代替粉磨，与传统工艺相比，可以大幅节约电耗和钢耗。辊压机主要由机架、辊子、轴承、传动、喂料、液压、润滑和控制等系统组成。辊子由定衮和动辊组成，运转时不能在滑轨上滑动的辊子为定辊，可在滑轨上作小幅滑动的为动辊，动辊两端独立的液压系统将动辊推向定辊，产生破碎所需的压力，电机通过万向联轴器、减速机与安装在机架水平滑轨上的辊子系统(轴承和安装在轴承上的辊子)连接，辊的两侧设有挡板避免物料溢出。辊压机喂料仓内的待粉碎物料，通过可调节开口大小的给料器进入高压辊磨机的破碎腔，挤满破碎腔的物料，在辊子的相向转动和料柱重压的双重作用下，强制进入不断压缩的空间并被压实，达到一定压力时遭到粉碎或在颗粒内部形成微裂纹。

从辊压机的工作原理可以发现：最终的成品产量由通过两辊之间物料的挤压效果和通过量决定，即辊压机用功耗通过辊间挤压转为对物料的粉磨功耗的多少决定。

辊压机的操作需要多参数协同调节，影响挤压效果和通过量的参数有：动辊两侧压力和平衡度、进料装置开度、辊缝大小和平衡度、电机功率、物料水分和颗粒形状、侧挡板位置等，以上这些参数互相制约，互相影响，不同的现场需要不同的参数组合来达到最优。在一个现场物料水分和颗粒形状是不可改变的，物料的状况是不断变化的，造成辊压机的挤压效果波动很大，出料成品质量、产量也不停波动，但可以通过调节压力和进料装置开度来改变一些辊缝和实际用功耗等参数数值达到辊压机挤压效率保持长期稳定，从而提高成品质量和成品率的效果。目前的调节方法都是通过人工调节，不同的操作人员操作相同的辊压机粉碎系统会出现不同的结果，有时成品率会相差10％以上。

在相同现场通过调整工作参数，若辊压机功耗提高后，系统产量也会随之增高。因此，设法提高辊压机的功耗到接近于电机装机功率会让辊压机发挥最佳效率。但如果简单的提高压力或增大进料装置开度使辊压机功耗提高，提升功耗到较高程度后会出现不可预知的辊压机压力及辊缝波动大、辊压机主电机电流频繁过载跳停设备等现象，即瞬间的电流冲高、辊缝超限和压力超高。操作人员无法人工通过简单的进料和压力调节达到辊压机用功在装机容量的70％以上长时间稳定运行，所以操作人员为避免设备过载跳停，会故意让辊压机工作在较低功耗的所谓“安全区域”，使得目前使用的辊压机实际功率普遍偏低，仅为装机功率的50％～60％甚至更低，没有完全发挥设备应有的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一基于智能控制的辊压机负荷优化控制系统，能够提高辊压机的工作效率。

本发明的技术方案如下：

一种辊压机负荷优化控制系统，包括辊压机料斗开度控制器，动辊两端的液压系统控制器、辊缝检测装置，辊子压力检测装置、辊子间距检测装置、主电机电流检测装置和主电机功率检测装置，以及控制上述部件的控制单元，其特征在于，控制单元控制上述部件按如下步骤工作：

在辊压机运行工况下，

a)辊子压力检测装置检测辊子压力和主电机电流检测装置和主电机功率检测装置分别检测电机的电流和功率，由控制单元判断当电机电流小于50％额定电流且持续时间超过10分钟，则控制动辊两端的液压系统控制器按照每次1Mpa压力增加设定工作压力，电流大于50％额定电流以后按照下式增加工作压力ΔP

ΔP＝0.4Mpa~0.6Mpa       75％*Ie＞Is＞50％*Ie

ΔP＝0.15 Mpa~0.25Mpa    90％*Ie＞Is＞75％*Ie

其中：Is？电机实际电流，Ie？电机额定电流；

每次加压的间隔周期大于等于5分钟，加压结束后检测电机电流波动，当电流波动的最高值大于电机额定电流时，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器退回原工作压力，当按照上式计算的设定压力大于该原料的最佳工作压力停止加压；

b)加压结束后评价一个大于5分钟的时间段T内的主电机平均实际电流，当实际电流大于90％但小于95％的电机额定电流则维持压力不变，当评价过程中电流在任意时刻波动时最大值超过额定电流则控制动辊两端的液压系统控制器下降压力回到加压前的设定压力，当评价过程中主电机电流持续超过额定电流时间超过30秒钟立即强制减少设定压力大于等于2Mpa。

本发明的附加技术方案如下：

优选地，在b中的时间段T是10分钟。

优选的，在a中每次加压采用辊两侧脉动平衡加压，由辊缝检测装置检测辊缝，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器加压，辊缝大的一侧先加压，加压0.8秒，延时1秒后另一侧加压0.8秒，5秒以后开始检测压力是否达到设定值，当实际工作压力仍小于设定压力0.2Mpa持续该加压过程。

优选地，b中当电流在任意时刻波动时最大值超过额定电流则控制动辊两端的液压系统控制器下降压力回到加压前的设定压力的降压过程采用普通降压，即两侧脉动平衡降压，由辊缝检测装置检测辊缝，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器降压，辊缝小的一侧先降压，降压0.4秒，延时1秒后另一侧降压0.4秒；当评价过程中主电机电流持续超过额定电流时间超过30秒钟，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器进行强制降压，即两侧同时降压1.2秒，延时4秒后进行普通降压。

优选地，控制单元控制各部件按下述步骤达到运行工况，

一、开机后收集辊压机工作参数，待辊缝稳定和平衡后按照每分钟10％的增幅开大进料装置开度，每一次增加开度前检测电机功率，当电机功率大于70％装机功率时，降低压力5％后再增加开度，直到辊缝小于最大允许开度80％情况下进料装置开度达到最大开度；

二、在步骤一中同时分析辊缝两侧数据，按照5~10秒一次的周期调整辊两侧压力维持辊缝平衡，辊缝偏差绝对值小于4~10mm

三、在上述调节过程中检测到压力波动大于设定压力15％，或辊缝波动大于5毫米，或辊缝差波动大于8毫米时，进行报警。

本发明的有益效果是：基于模糊控制的方式采用一种全智能控制系统，能保证辊压机在稳定工作的前提下功耗达到最优，提高整个工艺系统的产量，降低工作人员的劳动强度，经过实际测试，与人工控制相比较，该控制系统可以提高辊压机生产效率，节约用电10％左右。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的实施例的系统连接图。

具体实施方式

本发明的具体实施例，如图1所示的一种辊压机负荷优化控制系统，包括辊压机料斗开度控制器，动辊两端的液压系统控制器、辊缝检测装置，辊子压力检测装置、辊子间距检测装置、主电机电流检测装置和主电机功率检测装置，以及控制上述部件的控制单元(PLC)，控制单元控制上述部件按如下步骤工作：

包括以下设计和操作两个步骤：

设计步骤：

1.根据客户原料实验数据设计辊压机最佳工作压力，在这个压力下原料粉碎效果和功耗消耗达到最优结合点。压力过高，虽然可以提高一些粉碎效果，但功耗增加很多；压力过低，原料受力达不到临界破坏压力，粉碎效率太低。即不合理的使辊压机的挤压实际用功转换为粉磨的功效比降低

2.确定工作压力后根据原料粒度、通过量、破碎比等参数确定电机装机功率、辊压机辊直径和宽度。

操作步骤：

一、输入辊压机基本控制参数：包括工作压力、压力跟踪范围、电机额定功率、允许最大辊缝差、最大允许辊缝值等。

二、开机后收集辊压机工作参数，待辊缝稳定和平衡后按照每分钟10％的增幅开大进料装置开度，每一次增加开度前检测电机功率，当电机功率大于70％装机功率时，降低压力5％后再增加开度，直到辊缝小于最大允许开度80％情况下进料装置开度达到最大开度；

三、在步骤一中同时分析辊缝两侧数据，按照5~10秒一次的周期调整辊两侧压力维持辊缝平衡，辊缝偏差绝对值小于4~10mm，压力调节周期和偏差数值的大小根据辊压机规格不同而有差别；

四、在上述调节过程中检测到压力波动大于设定压力15％，或辊缝波动大于5毫米，或辊缝差波动大于8毫米时，进行报警。如果符合要求，辊压机系统自动进入运行工况，进行负荷优化控制操作，这些操作如下：

a)辊子压力检测装置检测辊子压力和主电机电流检测装置和主电机功率检测装置分别检测电机的电流和功率，由控制单元判断当电机电流小于50％额定电流且持续时间超过10分钟，则控制动辊两端的液压系统控制器按照每次1Mpa压力增加设定工作压力，电流大于50％额定电流以后按照下式增加工作压力ΔP，式中给出了ΔP的取值范围：

ΔP＝0.4Mpa~0.6Mpa      75％*Ie＞Is＞50％*Ie

ΔP＝0.15Mpa~0.25Mpa    90％*Ie＞Is＞75％*Ie

其中：Is？电机实际电流，Ie？电机额定电流；

每次加压的间隔周期大于等于5分钟，加压结束后检测电机电流波动，当电流波动的最高值大于电机额定电流时，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器退回原工作压力，当按照上式计算的设定压力大于该原料的最佳工作压力停止加压；

b)加压结束后评价一个大于5分钟的时间段T内的主电机平均实际电流，当实际电流大于90％但小于95％的电机额定电流则维持压力不变，当评价过程中电流在任意时刻波动时最大值超过额定电流则控制动辊两端的液压系统控制器下降压力回到加压前的设定压力，当评价过程中主电机电流持续超过额定电流时间超过30秒钟立即强制减少设定压力大于等于2Mpa。

上述步骤中一些优选的技术方案如下：

优选地，在b中的时间段T是10分钟。

优选的，在a中每次加压采用辊两侧脉动平衡加压，由辊缝检测装置检测辊缝，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器加压，辊缝大的一侧先加压，加压0.8秒，延时1秒后另一侧加压0.8秒，5秒以后开始检测压力是否达到设定值，当实际工作压力仍小于设定压力0.2Mpa持续该加压过程。

优选地，b中当电流在任意时刻波动时最大值超过额定电流则控制动辊两端的液压系统控制器下降压力回到加压前的设定压力的降压过程采用普通降压，即两侧脉动平衡降压，由辊缝检测装置检测辊缝，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器降压，辊缝小的一侧先降压，降压0.4秒，延时1秒后另一侧降压0.4秒；当评价过程中主电机电流持续超过额定电流时间超过30秒钟，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器进行强制降压，即两侧同时降压1.2秒，延时4秒后进行普通降压。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种辊压机负荷优化控制系统，包括辊压机料斗开度控制器，动辊两端的液压系统控制器、辊缝检测装置，辊子压力检测装置、辊子间距检测装置、主电机电流检测装置和主电机功率检测装置，以及控制上述部件的控制单元，其特征在于，控制单元控制上述部件按如下步骤工作：

在辊压机运行工况下，

a)辊子压力检测装置检测辊子压力和主电机电流检测装置和主电机功率检测装置分别检测电机的电流和功率，由控制单元判断当电机电流小于50％额定电流且持续时间超过10分钟，则控制动辊两端的液压系统控制器按照每次1Mpa压力增加设定工作压力，电流大于50％额定电流以后按照下式增加工作压力ΔP

ΔP＝0.4Mpa~0.6Mpa      75％*Ie＞Is＞50％*Ie

ΔP＝0.15Mpa~0.25Mpa    90％*Ie＞Is＞75％*Ie

其中：Is？电机实际电流，Ie？电机额定电流；

每次加压的间隔周期大于等于5分钟，加压结束后检测电机电流波动，当电流波动的最高值大于电机额定电流时，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器退回原工作压力，当按照上式计算的设定压力大于该原料的最佳工作压力停止加压；

b)加压结束后评价一个大于5分钟的时间段T内的主电机平均实际电流，当实际电流大于90％但小于95％的电机额定电流则维持压力不变，当评价过程中电流在任意时刻波动时最大值超过额定电流则控制动辊两端的液压系统控制器下降压力回到加压前的设定压力，当评价过程中主电机电流持续超过额定电流时间超过30秒钟立即强制减少设定压力大于等于2Mpa。

2.根据权利要求1所述的辊压机负荷优化控制系统，其特征在于：在b中的时间段T是10分钟。

3.根据权利要求1所述的辊压机负荷优化控制系统，其特征在于：在a中每次加压采用辊两侧脉动平衡加压，由辊缝检测装置检测辊缝，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器加压，辊缝大的一侧先加压，加压0.8秒，延时1秒后另一侧加压0.8秒，5秒以后开始检测压力是否达到设定值，当实际工作压力仍小于设定压力0.2Mpa持续该加压过程。

4.根据权利要求1或3所述的辊压机负荷优化控制系统，其特征在于：b中当电流在任意时刻波动时最大值超过额定电流则控制动辊两端的液压系统控制器下降压力回到加压前的设定压力的降压过程采用普通降压，即两侧脉动平衡降压，由辊缝检测装置检测辊缝，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器降压，辊缝小的一侧先降压，降压0.4秒，延时1秒后另一侧降压0.4秒；当评价过程中主电机电流持续超过额定电流时间超过30秒钟，控制单元控制动辊两端的液压系统控制器进行强制降压，即两侧同时降压1.2秒，延时4秒后进行普通降压。

5.根据权利要求1所述的辊压机负荷优化控制系统，其特征在于：控制单元控制各部件按下述步骤达到运行工况，

一、开机后收集辊压机工作参数，待辊缝稳定和平衡后按照每分钟10％的增幅开大进料装置开度，每一次增加开度前检测电机功率，当电机功率大于70％装机功率时，降低压力5％后再增加开度，直到辊缝小于最大允许开度80％情况下进料装置开度达到最大开度；

二、在步骤一中同时分析辊缝两侧数据，按照5~10秒一次的周期调整辊两侧压力维持辊缝平衡，辊缝偏差绝对值小于4~10mm；

三、在上述调节过程中检测到压力波动大于设定压力15％，或辊缝波动大于5毫米，或辊缝差波动大于8毫米时，进行报警。

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