道路碎石机的自动控制系统

摘要

本发明公开一种道路碎石机的自动控制系统，包括现场过程控制级，所述现场过程控制级包括PLC、连接PLC的触摸屏、碎石机、连接碎石机的电动机、位移传感器、温度变送器、压力变送器、功率变送器、电磁阀、液压系统、变频器和给矿电动机；该现场过程控制级以PLC为核心控制器、触摸屏为人机界面，采用位移传感器检测碎石机的排矿口、温度变送器检测润滑油的温度、压力变送器检测油缸的压力、功率变送器检测驱动电动机的功率，PLC根据采集的数据，按照控制模型输出一定的控制量，采用变频器调整给矿电动机的转速、液压系统的电磁阀调整排矿口的大小，最终达到主电动机功率恒定不变的控制目标。

说明书

技术领域

本发明涉及自动检测领域技术，尤其是指一种道路碎石机的自动控制系统。

背景技术

破碎机为矿山主要生产设备之一，它涵盖冶金、有色、建材、化工等多种行业。近年来，国内外众多厂商从产品结构上对该类设备不断地进行改进、完善，取得了比较好的效果，并相继推出众多高效、可靠、节能的新产品。相比较而言，因受自动化发展水平的影响，国内在破碎机控制方面的研究相对落后。这些设备的控制与操作，几乎全部由人工进行。因此，有必要对这些老设备进行自动化改造，实现自动控制功能。

单缸液压碎石机采用先进的液压技术，实现了液压保护和液压调整排矿口，简化了破碎机结构，减轻了重量，并且易于实现破碎机的自动控制。

但在实际生产应用中，对碎石机的电气控制，仅仅实施了简单的开启及必要的电气保护，一般采用人工调整方式控制破碎机的处理量，使得破碎机难以工作在最佳状态，导致生产效率低，且浪费了能源。因此，对单缸液压碎石机进行自动控制，对提高设备作业效率、减少能耗、降低工人的劳动强度具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种道路碎石机的自动控制系统，实现了破碎机的恒功率自动控制，使破碎机工作在最佳负荷状态。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种道路碎石机的自动控制系统，包括现场过程控制级，所述现场过程控制级包括PLC、连接PLC的触摸屏、碎石机、连接碎石机的电动机、位移传感器、温度变送器、压力变送器和连接电动机的功率变送器，该PLC与碎石机之间连接有电磁阀和液压系统、PLC与碎石机之间还变频器和给矿电动机；

该现场过程控制级以PLC 为核心控制器、触摸屏为人机界面，采用位移传感器检测碎石机的排矿口、温度变送器检测润滑油的温度、压力变送器检测油缸的压力、功率变送器检测驱动电动机的功率，PLC 根据采集的数据，按照控制模型输出一定的控制量，采用变频器调整给矿电动机的转速、液压系统的电磁阀调整排矿口的大小，最终达到主电动机功率恒定不变的控制目标。

优选的，进一步包括有一远程监控级，该远程监控级由计算机及连接于计算机的显示器和键盘构成，远程监控级通过现场总线与现场过程控制级实现数据通讯，从而由远程监控级可以查看施工现场的各种状态，达到实时远程监控效果。

优选的，所述PLC上连接有选择开关，通过选择开关实现自动和手动两种控制方式。

优选的，所述电动机功率检测采用XPW型功率变送器；排矿口尺寸的检测采用FWD-L型磁致仲缩位移传感器；润滑油温度的检测选用I3WD-8温度变送器；液压系统压力的检测采用1151压力变送器。

优选的，所述变频器选用MM440型变频器控制电动机转速。

优选的，所述电磁阀采用DLH ZO型直动式滑套伺服比例阀，阀内具有集成电了放大器。

优选的，所述PLC选用S7-200PLC。

优选的，所述PLC内设有数据采集与参数转换、排矿口尺寸PID控制、主机功率模糊控制3个主要模块。

优选的，所述数据采集与参数转换模块是从模拟量输入模块各通道读取采集的数据和将数据进行标度变换，转换为实际的参数值。 

优选的，所述主机功率模糊控制模块是根据所设计的模糊控制模型，首先将实际检测功率值与功率设定值的误差及该误差的变化率模糊化，作为模型的输入量，从而根据设计的模糊控制规则得到输出量，输出量经反模糊化后得到实际的输出量。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，基于PLC探制技术，该方案靠性好，控制方式灵活，简单、实用、成本低且系统稳定可靠，可在运行中对油缸的运行速度进行调节，实现了破碎机的恒功率自动控制，使破碎机工作在最佳负荷状态。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之实施例的系统原理框图；

图2是本发明之实施例中系统的控制流程图；

图3是本发明之实施例中主轴位置电液伺服系统结构。

附图标识说明：

1、PLC               2、触摸屏

3、碎石机             4、电动机

5、位移传感器         6、温度变送器

7、压力变送器         8、功率变送器

9、电磁阀             10、液压系统

11、变频器            12、给矿电动机

13、选择开关

具体实施方式

请参照图1所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，该道路碎石机3的自动控制系统包括现场过程控制级和远程监控级，其中，远程监控级由计算机及连接于计算机的显示器和键盘构成，远程监控级通过现场总线与现场过程控制级实现数据通讯，从而由远程监控级可以查看施工现场的各种状态，达到实时远程监控效果。

所述现场过程控制级包括PLC 1、连接PLC 1的触摸屏2、碎石机3、连接碎石机3的电动机4、位移传感器5、温度变送器6、压力变送器7和连接电动机4的功率变送器8，该PLC 1与碎石机3之间连接有电磁阀9和液压系统10、PLC 1与碎石机3之间还变频器11和给矿电动机12、以及PLC 1上还连接有选择开关13。

如图2所示，该现场过程控制级以PLC 1 为核心控制器、触摸屏2为人机界面，采用位移传感器5检测碎石机3的排矿口、温度变送器6检测润滑油的温度、压力变送器7检测油缸的压力、功率变送器8检测驱动电动机4的功率，PLC 1 根据采集的数据，按照控制模型输出一定的控制量，采用变频器11调整给矿电动机12的转速、液压系统10的电磁阀9调整排矿口的大小，最终达到主电动机4功率恒定不变，即碎石机3工作负荷稳定的控制目标。

并且，该自动控制系统要求有自动和手动2 种控制方式，可通过选择开关13进行选择。无论是自动控制方式还是手动控制方式，都要求PLC 1 控制系统能采集各开关及电动机4运行状态、主轴电动机4功率、排矿口尺寸、润滑油温度及液压系统10压力等参数，并将它们在触摸屏2及上位机监控界面上显示。

碎石机3的电动机4功率检测采用XPW型功率变送器8；排矿口尺寸的检测采用FWD-L型磁致仲缩位移传感器5；润滑油温度的检测选用I3WD-8温度变送器6；液压系统10压力的检测采用1151压力变送器7。

碎石机3的给矿控制主要通过控制给料胶带的电动机4转速实现，选用MM440型变频器11控制电动机4转速。

排矿口尺寸的调整主要通过控制液压系统10来实现。液压系统10能解决现有的碎石机3的液压系统10采用手动操作，无法实现自动定位控制功能的缺陷。液压伺服系统又分机械液压伺服系统和电液伺服系统，由于本系统是通过PLC 1来实现自动控制的，所以采用电液伺服系统来控制主轴位置。主轴位置电液伺服系统结构如图3所示，电磁阀9采用DLH ZO型直动式滑套伺服比例阀，阀内具有集成电了放大器。

本发明系统的PLC 1选用S7-200PLC，其配置：CPU选226型，具有24个数字量输入、16个数字量输出；2块扩展模拟量输入模块EM235，该模块具有4个模拟量输入、1个模拟量输出；1块扩展通信接口模块EM277，该模块与监控计算机通过Prifibus总线通信。因此S7-200PLC能满足本发明系统主要输入输出信号的个数：14个数字量输入、6个数字量输出、5个模拟量输入、2个模拟量输出。

所述PLC 1内设有数据采集与参数转换、排矿口尺寸PID控制、主机功率模糊控制3个主要模块。

其中，数据采集与参数转换程序包括从模拟量输入模块各通道读取采集的数据和将数据进行标度变换，转换为实际的参数值。PLC 1从模拟量输入模块各通道读取的值的范围为0～32000。如对于主机功率信号，其检测量程为0～500 kW,输出的是0～20 mA的标准电流信号，所以需要将PLC 1读到的0～32 000范围中的值转换为实际的功率值。

主机功率模糊控制主要是根据所设计的模糊控制模型，首先将实际检测功率值与功率设定值的误差及该误差的变化率模糊化，作为模型的输入量，从而根据设计的模糊控制规则得到输出量，输出量经反模糊化后得到实际的输出量。其程序流程如图6所示。

排矿口尺寸PID控制程序采用系统的PID模块编程实现，在编写该程序的过程中，需要按照PID指令向导设置输入量、输出量的标度转换和PID的参数。

综上所述，本发明的设计重点在于，以S7- 200 PLC 1为控制核心的液压碎石机3自动控制系统，给出了具体的硬件及软件设计方法。该系统己在实际工程中投入使用，运行稳定，控制效果良好，实现了单缸液压圆锥破碎机的自动控制。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。