CN103341396A

CN103341396A - 水泥磨主轴承温度双重测控保护装置

Info

Publication number: CN103341396A
Application number: CN2013103191561A
Authority: CN
Inventors: 董锦凤; 孟思妤
Original assignee: Luoyang Institute of Science and Technology
Current assignee: Luoyang Institute of Science and Technology
Priority date: 2013-07-28
Filing date: 2013-07-28
Publication date: 2013-10-09

Abstract

本发明公开了一种水泥磨主轴承温度双重测控保护装置。采取的方法是设计出一种新型的单片机温控仪，并将温控仪输出的轴瓦温度正常、上限、上上限继电器触头接入PLC输入端，在原水泥磨电控系统基础上增加了双重测控及联锁保护功能。可以通过检测轴瓦温度控制冷却水和备用油泵在轴瓦温度上限时自动投入运行，并在温度正常时自动停止工作。在更换少量原电控系统元器件和较低成本的基础上由单一的间接控制改为双重的直接测控保护，实现水泥磨轴瓦直接测温和润滑站回油间接测温的双重预防保护功能。本装置具有成本低、轴瓦测温数据准确、控制及时灵活、预防升温效果显著、可有效减少停磨次数等优点。本发明也可用于水泥厂粉磨车间的技术改造项目。

Description

水泥磨主轴承温度双重测控保护装置

技术领域

本发明属于水泥生产设备水泥磨电控技术领域，尤其涉及一种水泥磨主轴承温度双重测控保护装置。

背景技术

水泥磨是水泥厂粉磨车间的核心设备。它的作用是将熟料研磨成粉状水泥成品。机械部分由大功率高压绕线式异步主电机、辅助电机、主减速机、联轴器、回转筒体、主轴承、磨内研磨体、衬板、隔仓板、主电机润滑站、主减速机润滑站、进料端主轴承润滑站、出料端主轴承润滑站等部件组成，目前我国的水泥磨电控设备基本上都是采用由PLC控制柜、高压开关柜、液体电阻启动柜、各润滑站控制柜、现场操作控制箱、测温仪表、转换开关、按钮、继电器、接触器、电磁水阀、指示灯等电气设备组成。电控系统主要功能是：一、主电机润滑站、主减速机润滑站、进料端和出料端两个主轴承润滑站的正常运行控制, 能实现油压、油温、油流、液位、压差等参数的自动控制。二、可实现大功率高压主电机的带载起动及正常运转。当主电机定子和主轴承温度超过极限时，磨机筒体可自动停止运行。三、具有多种操作方式，实时控制和显示功能齐全。四、具有各种保护和抗干扰措施，可实现故障自诊断和声光报警。

发明内容

由于摩擦和连续运行的原因，水泥磨进、出料端主轴承轴瓦温度升温较快，特别在环境温度较高的情况下如果轴温过高，将会造成轴瓦烧毁的严重事故。目前国内生产厂家水泥磨电控系统的主轴承温度测量是在进料端和出料端主轴承处各设置两个对称的测温点，用PT100铂热电阻作为传感器并配置四个单片机测温仪完成温度测量和显示的，同时每个测温仪输出上限继电器触头供给PLC系统，输出上上限继电器触头供给高压开关柜，PLC系统控制温度超上限时产生声光报警信号。高压开关柜在超过上上限温度时将产生停磨控制信号。

为了减少摩擦，水泥磨配置了进料端主轴承润滑站和出料端主轴承润滑站，为主轴承提供润滑保护。在PLC的控制下可以实现润滑站的油压、油温、油流、液位、压差等参数的自动控制。润滑站配有两个电接点温度计、三个压力控制器、液位开关和压差开关等检测元件，还配有两个油泵电机，一个油泵电机为主工作电机，另一个为备用电机。水泥磨电控系统通过间接检测主轴承润滑站回油的温度、压力、液位等参数判断主轴承的润滑状况，并在相应的油温、油压情况下驱动备用油泵、加热器、冷却水投入运行。冷却水的投入运行是通过控制电磁水阀的开启实现的。在这种控制模式下，使润滑站在一定的油压、油温、液位范围内正常工作，从而保证水泥磨连续正常运行。

但是现行的水泥磨电控系统对主轴承轴瓦温度只是用测温仪进行直接测温和显示，当发现轴瓦温度超过上限时，仅仅发出声光报警信号。只有在轴瓦温度超过上上限时，才通过高压开关柜发出停磨控制信号。虽然在轴瓦温度较高的情况下，供给主轴承润滑后的回油温度可以间接反映这一异常情况，在PLC控制下冷却水会自动投入运行，通过喷淋回转筒体迫使磨机筒体内部降温。但这种间接控制的缺点是两个测温点距离较远，回油温度对轴瓦温度的间接反映在干扰较大的工业现场很容易产生数据失真而无法控制冷却水投入降温。而且当用于测量油温的元件电接点温度计在已损坏的情况下，致使唯一的保护措施冷却水也无法自动投入降温。此时测温仪尽管已经检测到轴瓦温度已达到上限，但因为轴瓦温度上限仅发出报警信号而与水泥磨没有联锁控制动作，只能任由轴瓦温度继续上升，直到温度达到上上限后水泥磨才能自动停磨，轴瓦才得以被动降温。但停磨将会造成生产车间的生产效率低下，该动作只是为了避免轴瓦烧毁的无奈之举。如果在检测到轴瓦温度上限时能够直接控制冷却水等保护措施自动投入运行，由单一的间接控制改为双重的测控保护，将会使轴温尽快自动降低并转为正常。这样就可以直接减少停磨次数，保证磨机的正常运行及提高生产效率。

发明内容

本发明的目的是针对目前我国磨机电控系统在轴瓦测温及控制上的缺陷提供一种水泥磨主轴承温度双重测控保护装置。采取的方法是设计出一种新型的单片机温控仪，在原水泥磨电控系统基础上增加了双重测控及联锁保护功能。可以通过检测轴瓦温度控制冷却水和备用油泵在轴瓦温度上限时自动投入运行，并在温度正常时自动停止工作。在更换少量电控系统元器件和较低成本的基础上由单一的间接控制改为双重的直接测控保护，实现水泥磨轴瓦直接测温和润滑站回油间接测温的双重预防保护功能。本装置具有成本低、轴瓦测温数据准确、控制及时灵活、预防升温效果显著、可有效减少停磨次数等优点。

本发明通过以下技术方案来实现：该装置由单片机温控仪、PLC、高压开关柜、电接点温度计、压力控制器、电磁水阀、油泵电机、报警指示灯等电气元件组成。温控仪以单片机为控制核心，将温度传感器接入其输入端，单片机针对各种温度以不同的输出方式驱动相应继电器线圈吸合。将单片机温控仪输出的轴瓦温度正常、上限、上上限继电器触头接入PLC输入端，通过PLC程序控制电磁水阀、备用油泵在轴瓦超温时直接自动投入运行，从而通过轴瓦直接测温和润滑站回油间接测温的双重保护使轴瓦温度保持在正常范围内。

本发明温控仪详细的技术方案是由AD590作为温度检测元件，经三级放大器LM741后将温度转化为模拟电压，经由单通道8位A/D转换器ADC0804转换为数字信号交给8051单片机对采样温度进行处理。单片机以定时中断的方式检测轴瓦温度，以LED显示器实时显示测温点的瓦轴温度。并将采样温度分别与50⁰C 、60⁰C 、70⁰C进行比较，根据不同的结果得出相应的输出方案，并通过P2口经光电隔离器后输出控制继电器KA1、KA2、KA3在适当的时候吸合或断开。同时将KA1轴瓦温度上限继电器、KA2轴瓦温度上上限继电器、KA3轴瓦温度正常继电器触头接入PLC输入端，通过控制程序实现由过去的油温单一间接控制改为双重的直接测控保护。

PLC编程时，在原电控系统程序的基础上，将新加入的KA1、KA2超温继电器常开触头并入电磁水阀、备用油泵电机接触器控制回路中，将KA3正常工作继电器常闭触头串入电磁水阀、备用油泵电机接触器控制回路中。在运行时即可保证在轴瓦温度超限时及时采取相应的冷却水投入、备用油泵与主油泵共同工作增加润滑油供应量的降温措施使温度保持正常。

单片机温控仪还将四个测温点的上上限继电器触头串接于高压开关柜分闸回路，只要有一个测温点温度超过70⁰C极限温度时，高压开关柜控制高压主电机停止工作，磨机筒体将停止旋转。

为了保证轴瓦温度实时显示的稳定性，本装置中配备了四个单片机温控仪。传感器分别放置在进出料端的四个测温点上，显示器放置在粉磨车间中心控制室PLC控制柜的面板上。四个温控仪硬件结构及控制程序一致。

进料端主轴承润滑站和出料端主轴承润滑站PLC控制程序结构和原理相同，只是在程序中表示的输入输出元器件标号不同。

水泥磨控制时采用三级控制结构，第一级是总厂控制室内的DCS系统的操作站，而分厂或车间的控制属二级控制系统，现场设备属三级控制系统。本装置设计了集中或现场两种操作方式，集中操作适用于水泥磨接受来自于总厂控制室的启动/停止信号，可远程控制水泥磨及润滑站的启停。现场操作方式用于车间控制室内的操作。在控制室内通过转换开关来选择目前的操作是何种方式。

本发明的有益效果是：本保护装置设计出一种新型的单片机温控仪替换了原电控系统的轴瓦测温仪，在原水泥磨电控系统基础上增加了双重测控及联锁保护功能。可以通过检测轴瓦温度控制冷却水和备用油泵在轴瓦温度上限时自动投入运行，并在温度正常时自动停止工作。在更换少量电控系统元器件和较低成本的基础上由单一的间接控制改为双重的直接测控保护，实现水泥磨轴瓦直接测温和润滑站回油间接测温的双重预防保护功能。本装置具有成本低、轴瓦测温数据准确、控制及时灵活等优点。预防轴瓦升温效果显著，可有效减少停磨次数，提高水泥厂粉磨车间的生产效率。特别是对处于南方高温地区的水泥生产厂家保护效果将更加显著。本发明也可用于水泥厂粉磨车间的技术改造项目，可为其提供一种经济、简便的设备升级方案。

附图说明

图1是本发明整体硬件框图。

图2是进料端轴瓦测温点1单片机温控仪原理图。

图3是单片机温控仪1主程序流程图。

图4是单片机温控仪1定时中断服务程序流程图。

图5是进料端电磁水阀PLC控制程序梯形图。

图6是进料端润滑站2#备用油泵电机接触器PLC控制程序梯形图。

图7是进料端测温点1轴瓦温高报警指示灯PLC控制程序梯形图。

图中：1—进料端主轴承润滑站电接点温度计上限触点，2—进料端电磁水阀控制继电器，3—进料端轴瓦测温点1温度上限KA1继电器触头，4—进料端轴瓦测温点2温度上限继电器常开触头，5—进料端轴瓦测温点1温度上上限KA2继电器触头，6—进料端轴瓦测温点2温度上上限继电器常开触头，7—进料端主轴承润滑站电接点温度计下限触点，8—进料端轴瓦测温点1温度正常KA3继电器触头。9—2#油泵电机为主转换开关触头，10—进料端润滑站综合启动PLC内部辅助继电器，11—1#油泵为主转换开关触头，12—1#油泵电机接触器，13—集中控制转换开关触头。15—现场控制转换开关触头，16—2#油泵电机接触器，17—油压低控制器，18—1#油泵电机启动后延迟1分钟时间继电器，19—2#油泵电机热继电器，20—油压正常控制器，21—可提供闪烁方波信号PLC内部继电器，22—进料端轴瓦测温点1温高报警指示灯。

图中的虚线框表示原电控系统PLC程序中已有部分。不带虚框部分为新增设计内容。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。温度传感器AD590做为检测元件，检测实际的轴瓦温度，经三个运算放大器LM741后将与温度信号成正比的0～5V电压信号引入A/D转换器ADC0804的输入端，经模拟量到数字量转换，产生8位二进制数字信号D0～D7接入8051单片机的P0．0～P0．7端。当AD590检测温度时，三级运算放大器LM741所起的作用分别为第一级将电流转化为电压，第二级做零位调整，第三级实现反向放大10倍的功能。

为了实时显示温度值，配备了两个 LED数码管，由P1．0～P1．3接译码驱动器7447后驱动数码管的段选信号。7447可将BCD码数据自动变换为七段LED所需要的各段驱动显示信号。P1．4～P1．5接数码管的位选信号。

8051的

和

端分别接ADC0804的读和写信号，ADC0804的中断请求信号

经反向器7404接入P2．0作为检测 A/D转换是否结束的转换信号。当

为0时，表示A/D转换结束。

温控仪采用定时中断方式对轴瓦温度进行采样和控制。采样周期为1分钟定时中断。因单片机系统所接的晶振为6MHZ，定时器0在方式1时最大的定时时间只有130ms，所以在主程序初始化时定时器0是以120 ms定时中断方式进行设计的。要完成1分钟的定时中断，只有在进入120ms定时中断500次后才能实现。以此为目的，在主程序中设计了一个初值为500次的软定时器。每当120ms进入定时中断服务程序1次时，执行软定时器值减1操作，当软定时器值为0时就表示1分钟采样周期到来。

在每个1分钟采样周期到来后，在中断服务程序中启动A/D转换。在检测到A/D转换结束后，将轴瓦温度值变换成BCD码并送LED显示。然后将温度值分别与50⁰C 的温度正常值、60⁰C 的温度上限及70⁰C的温度上上限进行比较，当轴瓦温度大于60⁰C时，令P2.1=1，通过光电隔离器控制温度上限继电器KA1吸合。当轴瓦温度大70⁰C时，令P2.2=1，控制温度上上限继电器KA2吸合。在轴瓦温度低于50⁰C的正常情况下，令P2.3=1，控制KA3温度正常继电器吸合。

进料端主轴承润滑站中配置的电接点温度计是一种温度控制电气元件，它有两个可供调整的上、下限，其工作原理是当温度低于下限时，下限常开触点闭合；当温度在上、下限之间时，上限常开触点断开，下限常闭触点闭合。当温度大于上限时，上限常开触点闭合。在水泥磨工作时将电接点温度计上限与下限分别调整为45℃和35℃。以此信号控制冷却水自动投入。

进料端主轴承润滑站中配置的两个压力控制器分别设为0.1MPa和0.3MPa，分别表示润滑站油压低、油压正常。其工作原理是当压力低于设定压力值时，压力控制器常闭触点闭合；当压力高于设定压力值时，压力控制器动作，使常开触点闭合。按照润滑站的控制要求此信号用于压力低时，使备用油泵与主油泵共同投入运行直至压力正常后自动停止备用油泵的工作。其目的是增加润滑油的供应量。

在本保护装置中，当检测到进料端润滑站回油油温高于45℃时，电接点温度计上限常开触点（1）闭合，此时图5中进料端电磁水阀控制继电器自动吸合，带动冷却水投入运行。这是原电控系统的控制程序。在将KA1、KA2、 KA3触点接入PLC输入端后，按照新的PLC控制程序，在进料端轴瓦温度大于60℃或70℃时，两个对称测温点中至少有一个或一个以上的温度超限继电器闭合，将同样驱动电磁水阀继电器闭合，冷却水投入喷淋降温。这相当于由单一的间接控制改为双重的直接测控保护。即使电接点温度计出现故障，在轴瓦温度高于60⁰C时，冷却水仍然可以自动投入降温。在冷却水投入后，当回油温度降至35℃或轴瓦温度降至50℃以下时，电接点温度计下限常闭触点（7）断开或轴温正常KA3继电器（8）常闭触点断开，将使电磁水阀继电器（2）断电关闭，冷却水自动停止喷淋。

在图6备用油泵控制程序中，假设此时1#油泵为主油泵、2#为备用油泵。则2#油泵电机共有4条控制回路驱动其工作。第一条回路表示当转换开关处于2^#油泵为主油泵（9）状态且进料端润滑站已启动后，2^#油泵电机接触器（16）得电投入运行。当进料端润滑站综合启动PLC内部辅助继电器（10）闭合时表示已按下润滑站起动按钮，此时2^#油泵电机接触器（16）得电投入运行。当按下润滑站停止按钮后，进料端润滑站综合启动PLC内部继电器（10）断开，2#油泵电机将停止工作。第二条回路表示在转换开关处于1^#泵为主油泵（11）时，当1^#泵出现故障后，1^#油泵会停止运行。这时1^# 泵接触器（12）失电，其常闭触点闭合，在进料端润滑站已启动后将使得2#油泵回路接通。2^# 泵代替1^# 泵投入运行。第三条回路表示当转换开关在集中控制（13）的位置时，2^# 泵为主电机（9）时，2^# 泵直接投入运行。

在图6备用油泵控制程序中，第四条回路是2#备用油泵自动控制的核心内容，当在现场操作方式（15）情况下，1#泵为主油泵且2#泵为辅助油泵（11）时，在压力低于0.1MPa的情况下，油压低控制器常闭触点（17）闭合，此时因1^# 泵正在运行，1#油泵电机接触器（12）处于闭合状态，则2#备用油泵接触器（16）闭合。2#油泵做为备用泵投入运行，与1 ^#泵一起共同打压，使油压上升。1#油泵电机启动后延迟1分钟时间继电器（18）的作用主要是防止刚开机压力处于不稳定期间为避免油泵频繁动作而设置抗干扰措施，其目的是只有当开机延时1分钟后压力仍低于0.1MPa时，备用泵才投入运行。当油压继续上升至0.3MPa，达到油压正常值时，油压正常控制器（20）常闭触点断开，2^# 泵失电自动停止运行。这部分自动控制程序是原电控系统已有的控制内容。本保护装置将KA1(3)、KA2(5)常开触头并入控制回路后，当轴瓦温度超过60⁰C或70⁰C后，KA1(3)或KA2(5)继电器常开触头将闭合，2#备用油泵将投入运行，使备用油泵与主油泵共同为主轴承提供更多的润滑油以降低轴温。

在图7进料端测温点1轴瓦温高报警指示灯控制程序中，当轴瓦测温点1温度超过60⁰C或70⁰C后，KA1(3)、KA2(5)闭合，在由一系列PLC定时器共同参与编程下产生的闪烁方波信号（21）作用下，将使进料端轴瓦测温点1温高报警指示灯（22）产生闪烁的光报警信号，直到温度低于50⁰C时，KA3（8）常闭触点断开后，报警灯停止闪烁。

声音报警是通过在发生故障时触发蜂鸣器实现的，这个功能与原电控系统实现过程相同。

进料端主轴承润滑站测温点2、出料端主轴承润滑站测温点1、出料端主轴承润滑站测温点2的控制过程与上述过程类似。

将四个单片机温控仪输出的上上限继电器触头串接于高压开关柜分闸回路，只要有一个测温点温度超过70⁰C时，高压开关柜将通过分闸措施控制高压主电机停止工作，磨机筒体将停止旋转。待轴瓦温度降至正常值后方可允许磨机启动运转。

Claims

1.一种水泥磨主轴承温度双重测控保护装置，其特征在于：该装置由单片机温控仪、PLC、高压开关柜、电接点温度计、压力控制器、电磁水阀、油泵电机、报警指示灯等电气元件组成；温控仪以8051单片机为控制核心，将温度传感器接入其输入端，单片机针对各种温度以不同的输出方式驱动相应继电器线圈吸合；将单片机温控仪输出的轴瓦温度正常、上限、上上限继电器触头接入PLC输入端，通过PLC软硬件结合的方式控制电磁水阀、备用油泵在轴瓦温度超上限时直接自动投入运行，并在温度正常时自动停止工作；从而通过轴瓦直接测温和进料端及出料端润滑站回油间接测温的双重预防保护措施使轴瓦温度保持在正常范围内。

2.根据权利要求1所述的一种水泥磨主轴承温度双重测控保护装置，其特征在于：在编制PLC程序时，在原电控系统程序的基础上，将新加入的KA1、KA2超温继电器常开触头并入电磁水阀、备用油泵电机接触器控制回路中，将KA3正常工作继电器常闭触头串入电磁水阀、备用油泵电机接触器控制回路中；在运行时即可保证在轴瓦温度超限时及时采取相应的冷却水投入、备用油泵与主油泵共同工作增加润滑油供应量的降温措施使温度保持正常。

3.根据权利要求1所述的一种水泥磨主轴承温度双重测控保护装置，其特征在于：温控仪用AD590作为温度检测元件。