CN108514926B - 一种辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判别转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了采用蓄能器加连通器减震原理的一种辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判别转换方法，解决了原有控制方法无法及时接通用于减震的主连通器管道及磨辊不能在任意高度开始下落的技术问题，其要点是：采用可随时在线修改的落辊结束压力参数；通过向有杆腔注油，同时关闭主液控单向阀来截断主连通器管路，通过小通径分支歧管回油保证磨辊平稳下落，并且实时监测有杆腔压力；比较有杆腔压力和落辊结束压力，如果有杆腔压力大于等于落辊结束压力，则及时开启主液控单向阀，接通主连通器管路实现有效减震，平稳转换到研磨工况。

Description

一种辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判别转换方法

技术领域

本发明涉及制粉领域中辊盘式立磨的控制方法，具体涉及一种辊盘式立磨磨辊与物料的接触判别及从加压落辊工况到研磨工况的转换方法。

背景技术

在制粉领域，由于辊盘式立磨具有能耗低、噪音小、效率高等优点，所以辊盘式立磨正在逐步替代传统的球磨机。

辊盘式立磨的一种磨辊升降及压力控制系统包括液压系统及其驱动的摇臂和磨辊（参见图1），磨辊通过摇臂安装在摇臂支座上，可绕支座上的支点在一定角度内回转。摇臂下端通过轴承与加载油缸活塞杆端连接，加载油缸有杆腔（以下简称有杆腔）管路中配有一组蓄能器，起稳压、减震缓冲作用，同时可以降低用于驱动油液的油泵电机工作占空比，进一步节能；加载油缸无杆腔（以下简称无杆腔）不设置蓄能器，而是采用直径大约是有杆腔油管直径的3倍以上的大直径油管(直径88mm-114mm)与油箱直接连通，且无杆腔大直径油管在现场布置成连通器形状，即两端高、中间低，称作主连通器管道。

在主连通器管道与油箱的连接处设置有一个同口径液控单向阀1（以下简称单向阀1），用于主连通器管道的启闭控制。在主连通器管道上的单向阀1的上游（加载油缸侧）靠近单向阀1的位置安装有一个细的分支歧管

在加载控制液压站中设置有一个三位四通电磁换向阀2（以下简称电磁阀2），它由电磁铁Y1和Y2控制，弹簧复位。它的两个压力输出口中A口接加载油缸有杆腔压力油管，B口接主连通器管道的分支歧管，压力输入口（P口）接油泵，回油口（T口）接油箱，当Y1通电时，P口与A口导通，同时T口与B口导通；当Y2通电时，P口与B口导通，同时T口与A口导通，在中位状态，它的P口与T口在阀内部是直接连通的，而A、B口均处于关闭状态。任何情况下Y1和Y2均不可以同时通电；

在加载控制液压站中设置有一个两位四通脉冲电磁阀3（以下简称电磁阀3），它由电磁铁Y4和Y5控制，无弹簧复位功能，即当两个电磁铁都不通电时，它保持在最后一个电磁铁通电时的状态。它的压力输入口（P口）接加载油缸有杆腔油管路，回油口（T口）接油箱，两个压力油输出口中的A口接主连通器管道控制阀（单向阀1）的控制油口，另一个压力油输出口B封闭无用，在任何情况下Y4和Y5均不可以同时通电。同时在加载油缸有杆腔压力油管路上装有压力传感器，用于检测有杆腔压力。

系统柜中装有由一套PLC、外围电路和触摸屏构成的磨辊升降及加载控制器，它可以接受来自中控室的自动控制指令进行自动控制，也可以接受操作者通过触摸屏发出的就地控制指令进行半自动和单步控制。自动控制是它的正常工况，半自动和单步控制一般用于设备调试和维修。

在设备状态正常，开机生产前，首先在中控室抬辊指令的控制下，首先为Y5通电3秒钟，保证电磁阀3的A口与T口连通，将单向阀1的控制油全部排回油箱，确保单向阀1可靠关闭，然后启动油泵。此时由于电磁阀2的P、T油口是连通的，油泵输出油直接返回油箱，实现空载启动。

然后，电磁铁Y2通电，电磁阀2的P、B口导通，油泵输出压力油经电磁阀2的P、B口、分支歧管、主连通器管道进入无杆腔；与此同时，电磁阀A、T口导通，有杆腔、蓄能器组及管路中的存油经电磁阀2排回油箱。在压力油的作用下，将磨辊托举到上限位。然后Y2断电，无杆腔的压力油被封闭在腔室和管路中，保持磨辊的托举状态。油泵在延迟一小段时间后停车进行入待机状态。

然后中控制室在操作员的控制下启动磨盘主电机，同时开始在磨盘上布料。在料层达到一定厚度后（由磨机外排/溢出料流量确定）中控室发出落辊指令。

在收到落辊指令后，首先空载启动油泵，在油泵启动正常后，电磁铁Y1通电，电磁阀2的P、A口导通，B、T口导通。油泵输出的压力油经电磁阀2的P-A口、有杆腔油管路进入有杆腔，由于此时单向阀1仍然是关闭的，因此，无杆腔内的油液经分支歧管、电磁阀2的B-T口返回油箱。由于分支歧管管径远小于主连通器管道，实际通流能力与有杆腔油管路相同（二者共用电磁阀），因此可避免在压力油和磨辊自重作用下造成的寸动现象，保证磨辊平稳下落。

在磨辊接触物料后，油泵继续向有杆腔供油，多余的液压油进入蓄能器，直到蓄能器内压力达到预定值（由研磨生产工艺决定），并维持该研磨压力，电磁铁Y1断电，油泵电机延迟一段时后也停车，直到因压力损耗导致压力低于设置的下限值为或收到其他指令再重新启动。

在磨辊下落接触物料时由于物料粒度、硬度、摊铺平整度及密实度等都不是完全一致的，且为增加摩擦力，磨辊表面堆焊耐磨层也不是平滑的，因此会产品剧烈的有害振动，因此要求及时打开主连通器管道上的单向阀1，利用主连通器管道沟通无杆腔和油箱实现自由呼吸配合有杆腔蓄能器来减振。

由此可见，单向阀1打开的时机很重要：过早，则磨辊还未接触物料，由于单向阀1打开，无杆腔的回流油液突然失去阻力，则在有杆腔压力和磨辊自重作用下磨辊会因突然失去托举力下落并造成寸动，轻则产生额外的振动，重则损坏设备；过晚则磨辊已接触物料，但无杆腔的连通器管道尚未打开，分支歧管通径过小，无法实现自由呼吸减振，可能造成磨机因振动过大而停机。然而辊盘式立磨运行过程中磨内环境极其恶劣，所以无法安通过传感器来准确检测物料厚度和磨辊在下落过程中所处位置，因而不能通过专门的传感器来准确判断磨辊与物料接触的时机。

传统的控制方法需要预先通过开磨门观察，预估出磨辊从预定位置起开始下落到磨辊与物料接触这个过程所需的时间，并编写在PLC控制程序中；在生产过程中，PLC从磨辊开始下落时进行计时，在达到预估时间后，定时器动作，向Y4发出控制脉冲，打开电磁阀3的P、A口导通，有杆腔的压力油经电磁阀3进入单向阀1的控制油口，由于该压力高于单向阀1的控制开启压力，从而打开该阀，开启主连通器管道实现自由呼吸减振。这种控制方法有3个弊端：

首先，由于从磨辊开始下落到磨辊与物料接触这个过程所需的时间容易受料层厚度影响而发生变化，无法准确预估，难以做到及时打开主连通器管道进行减振，而全部磨辊接触物料后压力会瞬间上升到蓄能器充氮压力值，此时如果主连通器管道的不能及时打开，将造成磨机振动过大引发保护性停机影响生产甚至损坏；

其次，在研磨过程中因偶然的异常导致磨机保护性抬辊后，即使故障快速排除也必须将磨辊举升到上限位才能重新启动落辊程序恢复生产，否则可能因为落辊行程减小，落辊定时器来不及动作使主液控单向阀无法及时开启导致磨机严重振动停车甚至损坏

最后，进入加压落辊工况前，还需要检查磨辊是否处于预定位置，控制过程复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判别转换方法，解决了现有辊盘式立磨的这种控制方法中不能及时接通用于减震的主连通器管道的技术问题。本发明提供的判定转换方法可以保证在磨辊接触物料的瞬间及时接通主连通器管道以进行减震，实现工况的平稳过渡；可以实现任意高度落辊，从而在排除偶然异常后快速恢复生产；使用本专利提供的方法从加压落辊工况到研磨工况的转换时机不受磨辊原始高度和料层厚度的影响。彻底解决了传统方法的三个弊端。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

经过对磨机运行状况的观测和分析，我们绘制了在从落辊开始到正常研磨工作的加载缸有杆腔压力变化曲线，如附图二。图中横坐标为时间，纵坐标为压力。在磨辊托举到上限位并保持在该位置时，有杆腔压力基本为0，如果长时间保持可能会因无杆腔压力损失磨辊在自重作用下轻微下落而形成轻微负压。在t1时刻启动落辊程序，压力经过时间T1轻微上升到t2时刻开始维持在一个较低水平P1，到t3时刻止，维持时间为T2。T1时间的长短代表从油泵开始向有杆腔注油到第1个磨辊（为保证磨机平衡，通常磨辊至少为2个，圆周对称分布，并联使用）开始下落，这个时间可以忽略不计；在T2时间段内，磨辊处在正常下落过程，其动力为落辊压力和重力，阻力为分支歧管的流动阻力（液体粘度及管壁粗糙度等液压物理量造成）和所有磨辊下落运动部件的摩擦力构成，由于阻力基本恒定（会随着使用时间的增长而产生变化，但变化幅度不大），因此有杆腔压力较低且很稳定，约1～2MPa之间，t2的长短取决于磨辊的实际落辊行程，即落辊开始时磨辊与物料表面的距离。到t3时刻最后一个磨辊接触物料，压力开始快速上升，在曲线上形成一个明显拐点，此后压力迅速上升到t4时刻达到蓄能器充氮压力，持续时间为T3。拐点的转折半径的大小取决于料层的密实程度和料层的初始硬度，这个虽不可控，但实际影响并可以忽略。在实际观测中，T3的总时间大约1秒左右，取决于实际工艺要求蓄能器充氮压力和油泵及管道的通流能力，实际上不同的系统差距也不大。此后，油泵继续向蓄能器内注油充压直到达到工艺要求的压力上限，这段时间相对比较长，受各种因素影响，但已超出了本专利的范围，故不再仔细分析。

通过对曲线的分析，我们发现只要准确找到t3点，即拐点，在该点及时打开主液控单向阀即可实现及时转移工况的目的。进一步分析发现，在t3之间，有杆腔压力很低且基本恒定，远低于蓄能器预充氮气压力（通常为5.5～8.5MPa之间），因此可以通过有杆腔压力变化来判别磨辊与物料接触的时机。

一种辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判定转换方法，磨辊通过摇臂安装在摇臂支座上，可绕支座上的支点在一定角度内回转。摇臂下端通过轴承与加载油缸活塞杆端连接，有杆腔管路中配有一组蓄能器；液压站内设置有一个三位四通电磁换向阀2，它由电磁铁Y1和Y2控制，弹簧复位。它的A、B两个压力输出口分别有杆腔压力油管和无杆腔主连通器管道的分支歧管，压力输入口接油泵，回油口接油箱。一个两位四通脉冲控制的电磁阀3，它由电磁铁Y4和Y5控制，无弹簧复位功能，它的压力输入口接有杆腔压力油管路，回油口接油箱，两个压力油输出口中的A口接主连通器管道控制阀（液控单向阀1）的控制油口，另一个压力油输出口B封闭无用。同时在有杆腔压力油管路上装有压力传感器。其特征在于，所述转换方法包括：

步骤101：在PLC内设置“落辊结束压力”等工艺参数，并可通过触摸屏实时进行修改。这些参数值可在生产过程中不断优化，本步骤不要求每次都做，在调试期间进行即可，以后可视需要通过触摸屏微调，

步骤102：接收来自中控室的落辊指令，

步骤103：向Y5发出控制脉，保证单向阀1可靠关闭，截断主连通器管道，

步骤104：启动油泵，

步骤105：电磁铁Y1通电，油泵经电磁阀2的P、A口向加载油缸有杆腔注油，无杆腔通过分支歧管及电磁阀2的B口向油箱排油，使磨辊平稳下落，并且实时监测有杆腔压力，

步骤106：当有杆腔压力持续大于等于“落辊结束压力”，则立即向Y4发出控制脉冲，使有杆腔中的压力油经脉冲电磁阀3的A口进入单向阀的控制口将其打开，接通主连通器管道，使用磨机快速平稳地转入研磨工况，

步骤107：执行研磨程序。

优选的，步骤101中可设置的参数还包括研磨期间的“压力允差”、“下限位开关持续发讯的最长允许时间”、等参数

优选的，步骤102具体包括：

步骤201：接收中控室发来的落辊指令，

步骤202：检查系统是否一切正常，是则执行步骤103；否则转入故障处理。

优选的，步骤106具体包括：

步骤301：清除拐点判别计数器和进入拐点标志，

步骤302：读取当前有杆腔压力，

步骤303：判断其是否达到或高于“落辊结束压力”，是则进行步骤304，否则回到步骤301，

步骤304：检查是否有进入拐点标志，如果有则转入步骤306；如果没有则执行步骤305，

步骤305：设置进入拐点标志，

步骤306：拐点判别计数器+1，

步骤307：拐点判别计数器值是否等于3，是则执行步骤107，否则返回到步骤302。

本发明提供了一种辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的转换方法，与现有辊盘式立磨控制方法相比，具有以下三个优点：

首先，单向阀1开启的时间无需预估，而是通过现场工况进行判断，减振及时、准确、可靠，磨机工作平稳；

其次，磨辊可以从任意位置开始下落，及可以灵活转换工况，提高了工作效率和控制灵活性；

最后，“落辊结束压力”参数值只要落在正常落辊压力值和蓄能器充氮压力值之间就可以，容易实现。虽然越接近正常落辊压值越好，但由于有杆腔压力从落辊压力升到充氮压力的时间非常短（一般不超过2秒），即使参数设置不太准确也只是瞬间产生轻微振动，不影响磨机运行，所以不要求此参数设置很准确。

附图说明

图1是本发明适用的磨辊升降及压力控制系统的液压原理示意图。

图2落辊过程中的压力变化曲线。图中的充氮压力、压力给定值及计算出的压力允差上下限均为某一具体工况下的示例值，并非所有应用都按此图所示取值。

图3是本发明的流程图。

图4是图3中步骤102的具体执行过程的流程图。

图5是图3中步骤106的具体执行过程的流程图。

图6是实施示例中步骤107的具体执行过程的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参见图1，本实施例辊盘式立磨中包括磨辊6、加载油缸10、液压控制系统1和油箱13，磨辊6通过摇臂5安装在摇臂支座4上，可绕支座上的支点在一定角度内回转。摇臂下端通过轴承与加载油缸10活塞杆8端连接，有杆腔9管路中配有一组蓄能器3，起稳压、减震缓冲作用，同时可以降低用于驱动油液的油泵电机工作占空比，进一步节能；无杆腔11不设置蓄能器，而是采用直径大约是有杆腔与油箱间油管直径的三倍及其以上的大直径油管(直径88mm-114mm)采用两端高中间低的方式与油箱13直接连通，大直径油管又称为主连通器管道2。在主连通器管道接近油箱处设置液控单向阀12，在液控单向阀的前端（靠近油缸的一侧）设置一个小直径的分支歧管。7是物料。

通过本方法，可以在控制器中执行辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的平稳转换方法，该转换方法包括：

步骤101：设置或微调落“辊结束压力”、“研磨期间压力允差”、“下限位持续发讯最长允许时间”等参数；其中，可以在在线调整所设置的落辊结束压力，所设置的落辊结束压力优选为2MPa-3MPa，

步骤102：接收来自中控室的落辊指令，

步骤103：向Y5发出控制脉，保证单向阀1可靠关闭，截断主连通器管道，

步骤104：启动油泵，

步骤105：电磁铁Y1通电，油泵经电磁阀2的P、A口向加载油缸有杆腔注油，无杆腔通过分支歧管及电磁阀2的B口向油箱排油，使磨辊平稳下落，并且实时监测有杆腔压力，

步骤106：当有杆腔压力大于等于“落辊结束压力”，则立即向Y4发出控制脉冲，使有杆腔中的压力油经脉冲电磁阀3的A口进入液控单向阀12的控制口将其打开，接通主连通器管道，使用磨机快速平稳地转入研磨工况，

步骤107：执行研磨程序。

在本例中，步骤102具体包括：

步骤201：接收中控室发来的落辊指令；

步骤202：检查系统是否一切正常，是则转去执行步骤103，否则转入故障处理。

在本例中，步骤106具体包括：

步骤301：清除拐点判别计数器和进入拐点标志，

步骤302：读取当前有杆腔压力，

步骤303：判断其是否达到或高于“落辊结束压力”，是则进行步骤304，否则回到步骤301，

步骤304：检查是否有进入拐点标志，如果有则执行步骤306，否则执行步骤305，

步骤305：设置进入拐点标志，

步骤306：拐点判别计数器值加1，

步骤307：拐点判别计数器值是否等于3，是则执行步骤107，否则返回到步骤302。

本例中，步骤107具体包括：

步骤401：读取来自中控室的当前研磨压力给定值，

步骤402：依据给定值和研磨压力允差计算当前压力允许波动上下限及安全范围，

步骤403：读取有杆腔当前压力值，

步骤404：达到压力允差上限，是则转步骤405，否则返回步骤403，

步骤405：有杆腔仍在加压，是则转步骤406，否则转步骤407，

步骤406：有杆腔加压结束，

步骤407：当前压力达到安全范围上限，是则转步骤408，否则返回步骤403，

步骤408：启动有杆腔减压程序，

步骤409：读取有杆腔当前压力，

步骤408：有新的运行指令，是则转入新指令响应程序

步骤409：读取当前压力值

步骤410：压力低至允差下限，是则转步骤411，否则转409，

步骤411：启动有杆腔增压程序，

步骤412：收到其他指令，是则转去执行新指令，否则返回步骤403。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判别转换方法，所述辊盘式立磨包括磨辊、加载油缸、液压控制系统和油箱，磨辊通过摇臂安装在摇臂支座上；摇臂下端通过轴承与加载油缸活塞杆端连接，加载油缸包括无杆腔、有杆腔和活塞杆，有杆腔管路中配有一组蓄能器，无杆腔不设置蓄能器，采用主连通器管道以两端高中间低的方式与油箱直接连通，主连通器管道直径是有杆腔与油箱间油管直径的三倍及其以上；在主连通器管道接近油箱处设置液控单向阀，在液控单向阀的前端、靠近油缸的一侧设置一个分支歧管；所述判别转换方法是：

步骤101：设置落辊结束压力；

步骤102：接收来自中控室的落辊指令；

步骤103：液压控制系统通过关闭液控单向阀来截断主连通器管道；

步骤104：通过油泵向有杆腔注入高压油液；

步骤105：无杆腔通过支歧管回油来使磨辊平稳下落，并且实时监测有杆腔压力；

步骤106：比较有杆腔压力和落辊结束压力，如果有杆腔压力持续大于等于落辊结束压力，则立即开启液控单向阀来接通主连通器管道，实现磨机减震，使磨机快速平稳地转入研磨工况；

步骤107：执行研磨程序。

2.根据权利要求1所述辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判别转换方法，其特征在于，步骤101还包括设置有杆腔“研磨期间压力允差”、“下限位持续发讯最长允许时间”参数。

3.根据权利要求1所述辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判别转换方法，其特征在于，步骤102具体包括：

步骤201：接收中控室发来的落辊指令；

步骤202：检查系统是否一切正常，是则转去执行步骤103，否则转入故障处理。

4.根据权利要求1所述辊盘式立磨从加压落辊工况到研磨工况的判别转换方法，其特征在于，步骤106具体包括：

步骤301：清除拐点判别计数器和进入拐点标志，

步骤302：读取当前有杆腔压力，

步骤303：判断其是否达到或高于“落辊结束压力”，是则进行步骤304，否则回到步骤301，

步骤304：检查是否有进入拐点标志，如果有则执行步骤306，否则执行步骤305，

步骤305：设置进入拐点标志，

步骤306：拐点判别计数器值加1，

步骤307：拐点判别计数器值是否等于3，是则执行步骤107，否则返回到步骤302。