CN106423530A - 一种冲击式破碎机保护控制系统 - Google Patents

Abstract

一种冲击式破碎机保护控制系统，属于选矿领域，包括中央处理器模块、模拟量转化模块、电流变送器、继电器、人机操作界面；对设备振动、电机实现差流保护的控制系统，通过该系统可以使设备事故损失最小。

Description

一种冲击式破碎机保护控制系统

技术领域

本发明涉及一种冲击式破碎机保护控制系统，是用于对设备振动过大、电流不稳定进行保护控制的系统。

背景技术

目前PCL冲击式破碎机在矿山领域应用广泛，根据设备工作原理，设备保护控制为单台电机额定电流过载保护，且该控制保护处于失效状态中。

在实际操作使用过程中，由于使用者的使用习惯及自身技术水平有限，加之除铁设备的效果不明显，不免出现过铁现象，不仅加快叶轮、耐磨块磨损，而且对机架本身也带来重大的冲击，前期更换耐磨块过程中未进行全套更换，以及未对叶轮总成进行动平衡校正，加之设备配置有两台同型号、同功率的电机，在运行过程中两台电机电流之间存在一定的电流差值，致使设备无法平稳运行。

综合上述情况分析，均为引起设备振动的直接原因，且设备转速过高，振动值超过设备允许的范围值，致使机架断裂，轴承及电机损坏事故，这样既影响设备正常生产，又加大人工、备件消耗，从而增加设备运行成本。

发明内容

针对现有冲击式破碎机电气保护控制技术的不足，本发明提出一种对设备振动、电机实现差流保护的控制系统，通过该系统可以使设备事故损失最小。

为了解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种冲击式破碎机保护控制系统，包括中央处理器模块 100 、模拟量转化模块 200 、电流变送器 400 、继电器 600 、人机操作界面 300 ；所述继电器 600 一端分别连接在冲击式破碎机的给料器、皮带机、破碎机回路上，另一端连接到中央处理器模块 100 的开关量输出点；所述电流互感器分别安装在破碎机的2台驱动电机的动力电缆上采集2台电机的运行电流，所述电流变送器 400 连接电流互感器，电流变送器 400 连接模拟量转化模块200 ，电流变送器 400 将电流互感器的信号转换为4-20mA后传递到模拟量转化模块 200；所述模拟量转化模块 200 连接中央处理器模块 100 将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块 100 进行计算、分析：当单台电机的电流强度达到阈值时或者电机之间的电流差值达到阈值时中央处理器模块 100 发出指令吸合继电器 600 ，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；所述人机操作界面300 通过MPI总线与中央处理器模块 100 进行连接，实现数据通讯人机互动，在人机操作界面 300 可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置。

进一步：破碎机机体上安装测量垂直方向振幅和测量水平方向振幅的振动传感器，所述振动传感器连接信号隔离器 500 ，所述信号隔离器 500 连接模拟量转化模块200 ，振动传感器采集的模拟量信号通过信号隔离器 500 输入到模拟量转化模块 200 ；所述模拟量转化模块 200 连接中央处理器模块 100 将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块 100 进行计算、分析：当破碎机机体水平或者垂直振动幅度达到阈值时中央处理器模块 100 发出指令吸合继电器 600 ，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；在人机操作界面 300 可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置。

进一步：所述振动传感器选用HG6800A一体式振动传感器。

进一步：所述的央处理器模块 100 选用西门子CPU224XPCN；所述模拟量转化模块200 选用西门子模拟量模块EM235；所述人机操作界面 300 选用TK6070iP威纶通触摸屏；所述继电器 600 选用欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器；所述电流变送器 400 选用JD703I-7B0电流变送器。

进一步：所述破碎机的2台电机为1#电机和2#电机，所述1#电机的电流通过电流互感器连接至JD703I-7B0电流变送器A 401 的XT3-1、XT3-2端口，然后通过1A+、1A-接入到西门子模拟量模块EM235的A+、A-端口；2#电机的电流通过电流互感器连接至JD703I-7B0电流变送器B 402 的XT3-3、XT3-4端口，然后通过1B+、1B-接入到西门子模拟量模块EM235的B+、B-端口；水平方向的振动通过振动传感器连接到信号隔离器A 501 的XT3-5、XT3-6端口，然后通过1C+、1C-接入到西门子模拟量模块EM235的C+、C-端口；所述垂直方向的振动通过振动传感器连接到信号隔离器B 502 的XT3-7、XT3-8端口，然后通过1D+、1D-接入到西门子模拟量模块EM235的D+、D-端口；给料器的继电器KA1接入到西门子CPU224XPCN的Q0.0开关量输出点；皮带机的继电器KA2接入到西门子CPU224XPCN的Q0.1开关量输出点；破碎机的继电器KA3接入到西门子CPU224XPCN的Q0.2开关量输出点；所述TK6070iP威纶通触摸屏通过MPI总线与CPU的PORT0口进行连接实现数据通讯；

进一步：所述西门子CPU224XPCN通过L21、N21进行交流220V电源供电；所述西门子模拟量模块EM235通过L1+、M1进行直流24V电源供电。

有益技术效果

本发明对设备振动、电机实现差流保护的控制系统，通过该系统可以使设备事故损失最小化；对设备振动、电机实现差流保护的控制系统，通过该系统可以使设备事故损失最小化，延长叶轮、主、副耐磨块、布料锥体的更换周期，也减少电机烧坏事故的发生，从而保证设备正常运行；

本发明设计简单，易于制造，制造一套设备造价约12000元，便于广泛应用。由于该设备为工艺流程当中的关键设备，设备是否正常运行直接影响到整个工艺流程，从而影响生产。

位于云南省马关县的某矿企，运用本系统于2015年9月达标达产运行，根据目前统计情况，在未安装该系统前的情况：

1、从2015年9月至2016年4月，因设备故障停机合计633.25小时，停机直接经济损失：16吨/h×633.25h×110.5元/吨=1120028.00元（产量16吨/h，单价110.5元/吨）；

2、出现220kw电机烧坏事故四起，造成设备损坏直接经济损失：4台×15000元/台=60000.00元（220kw电机烧坏修复15000元/台）；

3、机体、机座部分振动过大，导致整个机体出现裂纹，经多次焊接使用后无法修复，在2016年4月进行叶轮总成、轴承座总成的更换，合计132000.00元；

4、主、副耐磨铁更换周期：24h/套；

5、布料锥更换周期：96h/套；

6、叶轮更换周期：1080h/套；

直接经济损失计算：第1项+第2项+第3项=1312028.00元；

安装该系统之后的情况：

1、从2016年4月至今，未有因该设备影响的停机事故；

2、主、副耐磨铁更换周期：120h/套，换算成产生的效益：（120h/套-24h/套）×1200元/套÷24h/套=4800.00元（主、副耐磨铁单价：1200元/套）；

3、布料锥更换周期：240h/套，换算成产生的效益：（240h/套-96h/套）×2780元/套÷96h/套=4170.00元（布料锥单价：2780元/套）；

4、叶轮更换周期：3600h/套，换算成产生的效益：（3600h/套-1080h/套）×27800元/套÷1080h/套=64866.67元（叶轮单价：27800元/套）；

综合以上情况，产生的直接经济效益：（第1项+第2项+第3项）+ 第2项+第3项+第4项=1385864.67元。

附图说明

图1：本发明的连接示意图；

图中：100-中央处理器模块，200-模拟量转化模块，300-人机操作界面，400-电机电流变送器，401-电流变送器A，402-电流变送器B，500-信号隔离器，501-信号隔离器A，502-信号隔离器B，600-继电器。

具体实施方式

下面结合附图及生产实践应用对本发明作出进一步说明。

实施例1：如图1所示，一种冲击式破碎机保护控制系统，包括中央处理器模块100、模拟量转化模块200、电流变送器400、继电器600、人机操作界面300；所述继电器 600 一端分别连接在冲击式破碎机的给料器、皮带机、破碎机回路上，另一端连接到中央处理器模块100 的开关量输出点；所述电流互感器分别安装在破碎机的2台驱动电机的动力电缆上采集2台电机的运行电流，所述电流变送器 400 连接电流互感器，电流变送器 400 连接模拟量转化模块 200 ，电流变送器 400 将电流互感器的信号转换为4-20mA后传递到模拟量转化模块 200 ；所述模拟量转化模块 200 连接中央处理器模块 100 将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块 100 进行计算、分析：当单台电机的电流强度达到阈值时或者电机之间的电流差值达到阈值时中央处理器模块 100 发出指令吸合继电器 600 ，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；所述人机操作界面300通过MPI总线与中央处理器模块100进行连接，实现数据通讯人机互动，在人机操作界面300可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置。

实施例2：如图1所示，一种冲击式破碎机保护控制系统，包括中央处理器模块100、模拟量转化模块200、电流变送器400、继电器600、人机操作界面300；所述继电器 600 一端分别连接在冲击式破碎机的给料器、皮带机、破碎机回路上，另一端连接到中央处理器模块100 的开关量输出点；所述电流互感器分别安装在破碎机的2台驱动电机的动力电缆上采集2台电机的运行电流，所述电流变送器 400 连接电流互感器，电流变送器 400 连接模拟量转化模块 200 ，电流变送器 400 将电流互感器的信号转换为4-20mA后传递到模拟量转化模块 200 ；所述模拟量转化模块 200 连接中央处理器模块 100 将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块 100 进行计算、分析：当单台电机的电流强度达到阈值时或者电机之间的电流差值达到阈值时中央处理器模块 100 发出指令吸合继电器 600 ，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；所述人机操作界面300通过MPI总线与中央处理器模块100进行连接，实现数据通讯人机互动，在人机操作界面300可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置；破碎机机体上安装测量垂直方向振幅和测量水平方向振幅的振动传感器，所述振动传感器连接信号隔离器 500（信号隔离器500是起到稳定测量信号防止干扰的作用） ，所述信号隔离器 500连接模拟量转化模块 200 ，振动传感器采集的模拟量信号通过信号隔离器 500 输入到模拟量转化模块 200 ；所述模拟量转化模块 200 连接中央处理器模块 100 将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块 100 进行计算、分析：当破碎机机体水平或者垂直振动幅度达到阈值时中央处理器模块 100 发出指令吸合继电器 600 ，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；在人机操作界面 300 可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置。

实施例3：如图1所示，一种冲击式破碎机保护控制系统，包括中央处理器模块100、模拟量转化模块200、电流变送器400、继电器600、人机操作界面300；所述继电器 600 一端分别连接在冲击式破碎机的给料器、皮带机、破碎机回路上，另一端连接到中央处理器模块100 的开关量输出点；所述电流互感器分别安装在破碎机的2台驱动电机的动力电缆上采集2台电机的运行电流，所述电流变送器 400 连接电流互感器，电流变送器 400 连接模拟量转化模块 200 ，电流变送器 400 将电流互感器的信号转换为4-20mA后传递到模拟量转化模块 200 ；所述模拟量转化模块 200 连接中央处理器模块 100 将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块 100 进行计算、分析：当单台电机的电流强度达到阈值时或者电机之间的电流差值达到阈值时中央处理器模块 100 发出指令吸合继电器 600 ，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；所述人机操作界面300通过MPI总线与中央处理器模块100进行连接，实现数据通讯人机互动，在人机操作界面300可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置；破碎机机体上安装测量垂直方向振幅和测量水平方向振幅的HG6800A一体式振动传感器，所述振动传感器采集的模拟量信号通过信号隔离器500输入到模拟量转化模块200；所述模拟量转化模块200将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块100进行计算、分析：当破碎机机体水平或者垂直振动幅度达到阈值时中央处理器模块100发出指令吸合继电器600，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；在人机操作界面300可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置。

实施例4：如图1所示，一种冲击式破碎机保护控制系统，包括西门子CPU224XPCN（中央处理器模块100）、西门子模拟量模块EM235（模拟量转化模块200）、JD703I-7B0电流变送器（电流变送器400）、欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器（继电器600）、TK6070iP威纶通触摸屏（人机操作界面300）；给料器、皮带机、破碎机连接欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器，所述欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器接入到西门子CPU224XPCN的开关量输出点；破碎机有2台电机：1#电机和2#电机，1#电机的电流通过电流互感器连接至JD703I-7B0电流变送器A 401的XT3-1、XT3-2端口，然后通过1A+、1A-接入到西门子模拟量模块EM235的A+、A-端口；2#电机的电流通过电流互感器连接至JD703I-7B0电流变送器B 402的XT3-3、XT3-4端口，然后通过1B+、1B-接入到西门子模拟量模块EM235的B+、B-端口；所述西门子模拟量模块EM235将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入西门子CPU224XPCN进行计算、分析：当单台电机的电流强度达到阈值时或者电机之间的电流差值达到阈值时西门子CPU224XPCN发出指令吸合欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；所述TK6070iP威纶通触摸屏通过MPI总线与西门子CPU224XPCN进行连接，实现数据通讯人机互动，在TK6070iP威纶通触摸屏可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置；所述西门子CPU224XPCN通过L21、N21进行交流220V电源供电；所述西门子模拟量模块EM235通过L1+、M1进行直流24V电源供电。

实施例5：如图1所示，一种冲击式破碎机保护控制系统，包括西门子CPU224XPCN（中央处理器模块100）、西门子模拟量模块EM235（模拟量转化模块200）、JD703I-7B0电流变送器（电流变送器400）、欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器（继电器600）、TK6070iP威纶通触摸屏（人机操作界面300）；给料器、皮带机、破碎机连接欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器，所述欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器接入到西门子CPU224XPCN的开关量输出点；破碎机有2台电机：1#电机和2#电机，1#电机的电流通过电流互感器连接至JD703I-7B0电流变送器A 401的XT3-1、XT3-2端口，然后通过1A+、1A-接入到西门子模拟量模块EM235的A+、A-端口；2#电机的电流通过电流互感器连接至JD703I-7B0电流变送器B 402的XT3-3、XT3-4端口，然后通过1B+、1B-接入到西门子模拟量模块EM235的B+、B-端口；所述西门子模拟量模块EM235将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入西门子CPU224XPCN进行计算、分析：当单台电机的电流强度达到阈值时或者电机之间的电流差值达到阈值时西门子CPU224XPCN发出指令吸合欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器，顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；所述TK6070iP威纶通触摸屏通过MPI总线与西门子CPU224XPCN进行连接，实现数据通讯人机互动，在TK6070iP威纶通触摸屏可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置；破碎机机体上安装测量垂直方向振幅和测量水平方向振幅的HG6800A一体式振动传感器，水平方向的振动通过HG6800A一体式振动传感器连接到信号隔离器A 501 的XT3-5、XT3-6端口，然后通过1C+、1C-接入到西门子模拟量模块EM235的C+、C-端口；所述垂直方向的振动通过HG6800A一体式振动传感器连接到信号隔离器B 502的XT3-7、XT3-8端口，然后通过1D+、1D-接入到西门子模拟量模块EM235的D+、D-端口；给料器的继电器KA1接入到西门子CPU224XPCN的Q0.0开关量输出点；皮带机的继电器KA2接入到西门子CPU224XPCN的Q0.1开关量输出点；破碎机的继电器KA3接入到西门子CPU224XPCN的Q0.2开关量输出点；所述TK6070iP威纶通触摸屏通过MPI总线与西门子CPU224XPCN进行连接，实现数据通讯人机互动，在TK6070iP威纶通触摸屏可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置；所述西门子CPU224XPCN通过L21、N21进行交流220V电源供电；所述西门子模拟量模块EM235通过L1+、M1进行直流24V电源供电。

工作原理

一、通过电流进行保护：1#和2#电机的额定电流为360A,电流通过电流互感器连接至电流变送器送入模拟量模块EM235，经过模拟量模块将模拟量转换为数字量后传入CPU进行计算，然后通过CPU的分析和计算控制开关量输出端Q0.0、Q0.1、Q0.2在1#、2#电机电流分别大于390A时开关量输出为“1”（即吸合）或者1#、2#电机的电流差值大于30A时开关量输出为“1”（即吸合）。

二、通过振动值进行保护：水平和垂直振动传感器监控破碎机机体的水平和垂直振动量，并将振动的数值转换为模拟量输出，通过模拟量模块EM235转换后经CPU进行计算，通过CPU的分析和计算控制开关量输出端Q0.0、Q0.1、Q0.2在本机水平振动达到8mm的时候开关量输出为“1”（即吸合）或者本机垂直振动达到4mm的时候开关量输出为“1”（即吸合）。

通过上述保护控制KA1、KA2、KA3线圈得电，串入到给料器、皮带机和破碎机控制接触器中的常闭点断开，三台设备的运行接触器失电停止工作，起到了很好的设备保护作用。

操作方法

设备通电后通过TK6070iP威纶通触摸屏对控制参数进行设置，输入工艺要求的保护参数跳闸电流390A;电流差值30A;水平振动8mm;垂直震动4mm，参数设置中还可以选择启用连锁和停用连锁控制方式，参数设置完后在参数锁定中输入除密码外的任意数字，将参数设置画面锁定，不知道密码的操作人员无法进入画面进行参数修改，当设备正常运行起来后将在这个画面看见实时的1、2#电机运行电流，实时的水平和垂直震动值，实时的1、2#电机电流差值，如果设备跳闸后能够通过画面上的指示灯知道，设备是因为震动故障跳闸还是因为电机电流故障跳闸。

在不脱离本发明范围的情况下，还可以对发明进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (6)

1.一种冲击式破碎机保护控制系统，其特征在于，包括中央处理器模块（100）、模拟量转化模块（200）、电流变送器（400）、继电器（600）、人机操作界面（300）；所述继电器（600）一端分别连接在冲击式破碎机的给料器、皮带机、破碎机回路上，另一端连接到中央处理器模块（100）的开关量输出点；所述电流互感器分别安装在破碎机的2台驱动电机的动力电缆上采集2台电机的运行电流，所述电流变送器（400）连接电流互感器，电流变送器（400）连接模拟量转化模块（200），电流变送器（400）将电流互感器的信号转换为4-20mA后传递到模拟量转化模块（200）；所述模拟量转化模块（200）连接中央处理器模块（100）将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块（100）进行计算、分析：当单台电机的电流强度达到阈值时或者电机之间的电流差值达到阈值时中央处理器模块（100）发出指令吸合继电器（600），顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；所述人机操作界面（300）通过MPI总线与中央处理器模块（100）进行连接，实现数据通讯人机互动，在人机操作界面（300）可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置。

2.根据权利要求1所述的一种冲击式破碎机保护控制系统，其特征在于，破碎机机体上安装测量垂直方向振幅和测量水平方向振幅的振动传感器，所述振动传感器连接信号隔离器（500），所述信号隔离器（500）连接模拟量转化模块（200），振动传感器采集的模拟量信号通过信号隔离器（500）输入到模拟量转化模块（200）；所述模拟量转化模块（200）连接中央处理器模块（100）将模拟量转化为数字量后通过扁平数据总线传入中央处理器模块（100）进行计算、分析：当破碎机机体水平或者垂直振动幅度达到阈值时中央处理器模块（100）发出指令吸合继电器（600），顺序断开给料器、皮带机、破碎机的运行接触器，各台设备依次停止工作；在人机操作界面（300）可以对模拟量数据实时显示，并可以对保护参数进行在线设置。

3.根据权利要求2所述的一种冲击式破碎机保护控制系统，其特征在于，所述振动传感器选用HG6800A一体式振动传感器。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种冲击式破碎机保护控制系统，其特征在于，所述的央处理器模块（100）选用西门子CPU224XPCN；所述模拟量转化模块（200）选用西门子模拟量模块EM235；所述人机操作界面（300）选用TK6070iP威纶通触摸屏；所述继电器（600）选用欧姆龙MY-2NJ220V中间继电器；所述电流变送器（400）选用JD703I-7B0电流变送器。

5.根据权利要求4所述的一种冲击式破碎机保护控制系统，其特征在于，所述破碎机的2台电机为1#电机和2#电机，所述1#电机的电流通过电流互感器连接至JD703I-7B0电流变送器A（401）的XT3-1、XT3-2端口，然后通过1A+、1A-接入到西门子模拟量模块EM235的A+、A-端口；2#电机的电流通过电流互感器连接至JD703I-7B0电流变送器B（402）的XT3-3、XT3-4端口，然后通过1B+、1B-接入到西门子模拟量模块EM235的B+、B-端口；水平方向的振动通过振动传感器连接到信号隔离器A（501）的XT3-5、XT3-6端口，然后通过1C+、1C-接入到西门子模拟量模块EM235的C+、C-端口；所述垂直方向的振动通过振动传感器连接到信号隔离器B（502）的XT3-7、XT3-8端口，然后通过1D+、1D-接入到西门子模拟量模块EM235的D+、D-端口；给料器的继电器KA1接入到西门子CPU224XPCN的Q0.0开关量输出点；皮带机的继电器KA2接入到西门子CPU224XPCN的Q0.1开关量输出点；破碎机的继电器KA3接入到西门子CPU224XPCN的Q0.2开关量输出点；所述TK6070iP威纶通触摸屏通过MPI总线与CPU的PORT0口进行连接实现数据通讯。

6.根据权利要求5所述的一种冲击式破碎机保护控制系统，其特征在于，所述西门子CPU224XPCN通过L21、N21进行交流220V电源供电；所述西门子模拟量模块EM235通过L1+、M1进行直流24V电源供电。