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0、引言
    大型球磨機(jī)是礦石磨粉制漿的關(guān)鍵設(shè)備，球磨機(jī)的構(gòu)成較為復(fù)雜，影響其運(yùn)行的性能好壞決定因素之一是與之配套的電氣控制系統(tǒng)。其電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行得好（或控制策略作得好），將有助于設(shè)備效能的發(fā)揮，反之，球磨機(jī)設(shè)備的效能發(fā)揮會受到影響。
    球磨機(jī)工作時(shí)，將物料和一定量的水通過進(jìn)料端進(jìn)入簡體內(nèi)部，電動機(jī)經(jīng)空氣離合器、大小齒輪裝置帶動裝有介質(zhì)（鋼球）的簡體旋轉(zhuǎn)，物料受到球的撞擊以及球之間和球與簡體襯板之間的研磨，充分暴露出新鮮表面，得到充分混合，最后經(jīng)出料篩的排料孔排出磨機(jī)，完成磨粉過程，富通新能源銷售的球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1、大型球磨機(jī)的基本構(gòu)成
    a．磨機(jī)本體包括磨機(jī)筒體（約220 t）、入口裝置和出口篩網(wǎng)裝置等，磨機(jī)簡體內(nèi)裝不同直徑的鋼球150 t，正常工作時(shí)內(nèi)有磷礦石150 t，水80 t。工作時(shí)磨機(jī)由同步電機(jī)經(jīng)離合器機(jī)構(gòu)牽引而旋轉(zhuǎn)，筒體內(nèi)的鋼球與礦石進(jìn)行研磨而得到所需的礦漿。
    b．慢速傳動機(jī)構(gòu)由一臺22 kW的電動機(jī)傳動，經(jīng)一臺行星齒輪減速機(jī)對磨機(jī)進(jìn)行慢速傳動。慢速傳動主要在磨機(jī)檢修期間及磨機(jī)起車前使用。
    c．離合器機(jī)構(gòu)是將同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給磨機(jī)的關(guān)鍵裝置，工作時(shí)離合器內(nèi)的氣囊充入不低于0.6 MPa壓力的空氣，將離合器片與小齒輪的旋轉(zhuǎn)筒抱死，從而牽引磨機(jī)旋轉(zhuǎn)。
    d．氣源系統(tǒng)為離合器機(jī)構(gòu)提供符合要求壓縮空氣，主要由空壓機(jī)、管路和穩(wěn)壓等部分構(gòu)成。
    e．同步電動機(jī)是磨機(jī)動力裝置，其參數(shù)如下：額定電壓6000 V;額定功率2 200 kW;額定電流248A;額定勵(lì)磁電流250 A;額定轉(zhuǎn)速188 r/min。
    f．高低壓潤滑油站系統(tǒng)有2臺低壓油泵裝置，一臺工作，另一臺備用，工作泵和備用泵可以互相切換。2臺高壓泵同時(shí)啟動，但至少要滯后低壓泵1min啟動；潤滑油站在口處的油溫控制在35～45℃之間，當(dāng)油溫超過45℃時(shí)，開通冷卻水，冷卻器開始工作，當(dāng)油溫低于30℃時(shí)，由雙金屬溫度計(jì)接通電加熱器，提高油的溫度，因?yàn)橛蜏氐陀?0℃時(shí)，油泵效率低，啟動危險(xiǎn)，當(dāng)油溫升至40℃時(shí)，也由雙金屬溫度計(jì)切斷電加熱器，除過濾器換向外，整個(gè)工作過程都是自動進(jìn)行。
    g．噴射油站系統(tǒng)為磨機(jī)的大齒輪提供潤滑油，工作時(shí)間隔一定的時(shí)間自動噴油，其設(shè)定為每30min噴油20 s。
2、大型球磨機(jī)的電氣系統(tǒng)
    a．PI。C電氣控制柜是整個(gè)磨機(jī)系統(tǒng)的控制中心，電控柜上的聲光電控元件儀表顯示了機(jī)械各各部分的工作狀態(tài)，并能作出聲光預(yù)警及故障自動停機(jī)，柜門上的操作按鈕可以控制各部分機(jī)械設(shè)備的啟動和停止，遠(yuǎn)、近程及手動、自動由柜門上的選擇開關(guān)自由選擇，由它控制的對象主要有：油站低壓泵電機(jī)2臺、油站高壓泵電機(jī)2臺、離合器氣泵電機(jī)l臺、噴射油站氣泵電機(jī)l臺、噴射油站油泵電機(jī)1臺、慢速傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)3臺、油站電加熱器1組、離合器電磁閥及噴射油站電磁閥等。
    b．高壓開關(guān)電柜為高壓同步電機(jī)提供電源，包括高壓進(jìn)線柜1臺和高壓斷路器柜1臺。
    c．同步電機(jī)勵(lì)磁柜為高壓同步電機(jī)提供勵(lì)磁電流。勵(lì)磁柜為三相全控型，采用集成電路板作為觸發(fā)裝置。
    d．水電阻柜為高壓同步電機(jī)提供軟起動，包括水電阻柜3臺和中性點(diǎn)柜1臺。水電阻柜本身攜帶1臺小的PLC。
    e．現(xiàn)場儀表是設(shè)備運(yùn)行的眼睛，磨機(jī)系統(tǒng)涉及到的儀表有很多：數(shù)顯溫控表6塊、空氣氣壓表5塊、油流開關(guān)表2塊、油壓低壓力表2塊、油壓高壓力表2塊。
3、大型球磨機(jī)系統(tǒng)中的主要技術(shù)問題
    球磨機(jī)的配套生產(chǎn)廠往往多達(dá)十幾家，各廠家多按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或磨機(jī)制造廠的要求來進(jìn)行系統(tǒng)配置，各廠家之間的技術(shù)銜接幾乎都在系統(tǒng)設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行。許多技術(shù)上的問題往往在實(shí)際運(yùn)行調(diào)試的過程中才慢慢地暴露出來，在處理磨機(jī)故障及磨機(jī)系統(tǒng)調(diào)試過程中，結(jié)合生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)際的情況，對大型球磨機(jī)電氣系統(tǒng)中的問題進(jìn)行歸納總結(jié)為以下5個(gè)。
3.1  高低壓潤滑油站與高壓開關(guān)電柜直接連鎖問題
    高低壓潤滑油站為磨機(jī)提供潤滑油，就像汽車發(fā)動機(jī)必須要潤滑油一樣。當(dāng)高低壓潤滑油站出現(xiàn)故障時(shí)磨機(jī)必須要停車，但磨機(jī)廠的電氣技術(shù)人員在做控制時(shí)忽略r同步電動機(jī)、氣動離合器、磨機(jī)本體三者之間的關(guān)系。雖然油站出現(xiàn)故障時(shí)可以停同步電動機(jī)從而保護(hù)設(shè)備，但這樣主導(dǎo)致了同步電動機(jī)起停次數(shù)的增加，不利于同步電動機(jī)的工作。事實(shí)上，當(dāng)高低壓潤滑油站出現(xiàn)故障時(shí)只需要將氣動離合器脫開即可，此時(shí)高壓同步電機(jī)仍然工作，避免了高壓同步電機(jī)的重復(fù)起動，當(dāng)然也就減少了對機(jī)械設(shè)備的沖擊。
3.2高低壓潤滑油站油溫控制問題
    磨機(jī)運(yùn)行時(shí)需要的靜壓軸承潤滑油，是介質(zhì)粘度為N22～N320的工業(yè)潤滑油，該潤滑油在溫度低于30℃時(shí)其粘度高，不利于潤滑油的循環(huán)流動。因而當(dāng)油溫低于30℃時(shí)，由油站上的雙金屬溫度計(jì)發(fā)出信號給PLC系統(tǒng)，再由PI，C控制電加熱器工作，提高潤滑油的溫度，如果油溫低于30℃而強(qiáng)行起動時(shí)，油泵效率低，啟動會很危險(xiǎn)。當(dāng)油溫升至40℃時(shí)，也由雙金屬溫度計(jì)控制切斷電加熱器，使油溫的范圍始終保持在30～40℃之間。
    現(xiàn)在的問題是：冬季時(shí)環(huán)境溫度非常低，系統(tǒng)起車時(shí)給潤滑油加熱的時(shí)間很長，當(dāng)環(huán)境溫度為12℃時(shí)，加熱時(shí)間約為60 min，如果環(huán)境溫度為低到2℃時(shí)，加熱時(shí)間會達(dá)120 min。系統(tǒng)起車前耗在潤滑油加熱上的時(shí)間過長給生產(chǎn)帶來了影響。
3.3關(guān)于大力矩慣性起動問題
    磨機(jī)簡體、鋼球、磷礦石及水共計(jì)超過400 t的龐然大物起動時(shí)是很費(fèi)勁的事，原來的起動是：磨機(jī)在靜止時(shí)由離合器將已經(jīng)完成起動而旋轉(zhuǎn)的同步電機(jī)的轉(zhuǎn)軸抱住，從而牽引磨機(jī)旋轉(zhuǎn)，這一過程需要6～8 s，離合器在這一過程中首先將其前端的進(jìn)氣電磁閥打開，約3s離合器氣囊充入不低于0.6 MPa壓力的氣體，離合器氣囊外側(cè)的磨擦片隨即與靜止的磨機(jī)傳動小齒輪軸進(jìn)行磨擦傳動，直至磨機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，從離合器磨擦片與小齒輪軸接觸到同步旋轉(zhuǎn)3～5 s。
    從理論上講離合器的磨擦片與小齒輪軸接觸到同步旋轉(zhuǎn)的時(shí)間越短越好，因?yàn)樵谶@段時(shí)間內(nèi)磨擦片與小齒輪軸處于滑動磨擦的狀態(tài)，滑動磨擦?xí)�引起磨擦片溫度急劇上升，從而�?dǎo)致磨擦片的使用壽命縮短，而氣動離合器上的磨擦片更換非常復(fù)雜，需要將整個(gè)機(jī)構(gòu)吊裝下來后才能更換。
3.4現(xiàn)場儀表抖動導(dǎo)致系統(tǒng)誤停車問題
    磨機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表較多，許多現(xiàn)場儀表均會隨系統(tǒng)的工作而發(fā)生輕微的抖動，儀表的這種抖動可能引起誤發(fā)信號，從而引起系統(tǒng)的誤停機(jī)。
    抖動可能引起誤發(fā)信號的儀表有：囊外壓力表、囊里壓力表、油流開關(guān)表、高壓油油壓壓力表、低壓油油壓壓力表和油箱油位開關(guān)。
3.5勵(lì)磁的投勵(lì)時(shí)間問題
    系統(tǒng)中大型同步電機(jī)采用異步起動，同步運(yùn)行方式。異步起動時(shí)的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%（即亞同步轉(zhuǎn)速）時(shí)進(jìn)行同步的投勵(lì)切換。大多數(shù)的勵(lì)磁柜是根據(jù)常規(guī)型的同步拖動系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其投勵(lì)的時(shí)間較長，投勵(lì)時(shí)間長可能引起系統(tǒng)起動過程振蕩，不利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
    而使用水電阻來起動同步電動機(jī)，同時(shí)每次起動時(shí)的氣動離合器都是脫開的，這意味著同步電機(jī)的每次起動都是在空載下進(jìn)行的起動。因而投勵(lì)時(shí)間的選擇應(yīng)合理進(jìn)行縮短。
4、優(yōu)化控制的主要技術(shù)措施
4.1解除高低壓潤滑油站與高壓開關(guān)電柜直接連
    鎖
    高低壓潤滑油站與高壓開關(guān)電柜直接連鎖是通過PLC電氣柜的與高壓開關(guān)電柜硬線連接而實(shí)現(xiàn)的，解除其連鎖可以通過2種方法，第1種是去掉硬線連接，第2種是通過修改PLC程序的方法。采用第2種方法，修改PLC程序可以避免改動已經(jīng)敷設(shè)并連接好了的纜線。同時(shí)將潤滑油站的故障與氣動離合器的控制進(jìn)行連鎖，實(shí)現(xiàn)油站故障時(shí)脫開氣動離合器就可以了。
4.2  改變高低壓潤滑油站油溫控制方式
    為了改變磨機(jī)系統(tǒng)每次起車前要長時(shí)間加熱潤滑油的缺點(diǎn)，可將油站油溫控制方式改為：油站油溫可離機(jī)控制，自動保溫方式。即PLC電氣柜只要送電就讓電加熱系統(tǒng)自動工作，勿需PLC程序進(jìn)行惟一的獨(dú)斷的控制。具體的改法為將PLC電氣柜上的溫度控制儀表的第4個(gè)輸出觸點(diǎn)引出，用來控制電加熱器主回路中的接觸器即可，這樣油溫自動保溫在30～40c之間。
4.3解除慢速傳動系統(tǒng)與同步電動機(jī)系統(tǒng)互鎖
    在原來的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，慢速傳動與同步電動機(jī)是互鎖的，即在慢傳運(yùn)行時(shí)是不能起動同步電機(jī)的，反之同步電機(jī)起動運(yùn)行時(shí)慢傳也不能起動運(yùn)行。在這種情況下，磨機(jī)只能從靜止?fàn)顟B(tài)開始起動，因而所需的起動轉(zhuǎn)矩也就較大，這時(shí)氣動離合器磨擦片的損傷也大。如果能利用慢速傳動裝置給磨機(jī)一個(gè)慣性轉(zhuǎn)矩，在慢速傳動的同時(shí)起動磨機(jī)，則會減小起動轉(zhuǎn)矩從而也就減輕了對氣動離合器磨擦片的損傷。帶起慢速傳動起動時(shí)小齒輪的兩端同時(shí)輸入同一個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)同步電機(jī)端的離合轉(zhuǎn)速超過慢傳轉(zhuǎn)速時(shí)，慢傳機(jī)構(gòu)會自動脫離，完成輔助起動。
    要將系統(tǒng)起動改為帶慢傳起動，在PLC控制程序中解除其間連鎖就可以了，這樣系統(tǒng)就可以帶慢傳起動了，為了進(jìn)一步優(yōu)化控制，還將系統(tǒng)起動后慢傳的自動停車加了進(jìn)來，即當(dāng)氣動離合器工作后延時(shí)10 s（離合器的抱合過程不大于8s）自動將慢速傳動停止。穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的大慣性轉(zhuǎn)矩起動。
4.4綜合解決系統(tǒng)誤停車
    現(xiàn)場儀表的抖動引起的磨機(jī)系統(tǒng)誤停車，可以用2種方法來解決，第1種是使用高性能的現(xiàn)場儀表，第2種是在PLC程序中增加對儀表輸入點(diǎn)的濾波時(shí)間，主要使用了第2種方法。
4.5合理縮短勵(lì)磁的投勵(lì)時(shí)間
    根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)，在選擇投勵(lì)時(shí)間時(shí)主要依據(jù)為：一是同步電機(jī)起動進(jìn)入亞同步的時(shí)間，二是水阻柜起動完成到中性點(diǎn)柜的合閘時(shí)間。綜合考慮二者對系統(tǒng)起動的影響，宜將投勵(lì)時(shí)間選擇在5s左右。系統(tǒng)中采用了空氣離合器，在空氣離合器工作過程中同步電機(jī)的電流會急劇上升，此時(shí)一定要投強(qiáng)勵(lì)，勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定后再調(diào)整勵(lì)磁電流以滿足功率因素約超前。
5、結(jié)束語
    大型球磨機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，控制點(diǎn)多，影響運(yùn)行的因素多，經(jīng)過上述的問題分析及系統(tǒng)控制優(yōu)化后，運(yùn)行的穩(wěn)定性有了較大幅度的提高，減少了系統(tǒng)的停機(jī)次數(shù)及停機(jī)時(shí)間。在楠木坪礦漿廠磨機(jī)的調(diào)試及試運(yùn)行中采用上述優(yōu)化策略，目前系統(tǒng)已穩(wěn)定投入運(yùn)行。控制系統(tǒng)優(yōu)化后的磨機(jī)系統(tǒng)不僅提高了設(shè)備效能的發(fā)揮，同時(shí)降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本。