專利名稱：一種圓錐式破碎機擠滿給礦的自動控制裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及的是一種破碎機給礦、破碎工況的實時檢測控制裝置和方法，尤其涉 及的是一種圓錐式破碎機擠滿給礦的自動控制裝置及其方法。
背景技術：
破碎工藝是選礦工藝中的重要一環，其主體設備是破碎機，設備投資大，耗能多， 使用和維護成本高，破碎系統的生產效率直接影響著整個選礦廠的生產成本和經濟環節。 近年來，國內雖然引進了多種國外的高性能破碎機，但是因為與機型配套的給礦自動控制 系統價格昂貴，多數選礦廠由于經濟原因并未與設備一同引進。因此，以前對破碎機的控制 都是依靠人工手動操作。由于給礦系統具有非線性、遲滯性，加之操作強度大，且受經驗和 責任心影響，工人在調節給礦過程中，很難保證控制目標，未能最大限度地發揮設備效率。破碎系統主要由礦石進給裝置和破碎裝置組成，進給裝置包括礦倉、下礦口液壓 驅動裝置和給礦皮帶。礦石從礦倉自下礦口落下，經下礦口液壓驅動裝置作用落到給礦皮 帶上，再由給礦皮帶將礦石運送到破碎機中，供破碎機破碎，下礦口的給礦量由下礦口液壓 驅動裝置推動閘門的開大或關小來控制。對于圓錐式破碎機來說，在正常生產時要求擠滿給礦，此時破碎機滿負荷生產，處 理量最大，處于最佳負荷運行狀態。
發明內容
發明目的本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種圓錐式破碎機擠 滿給礦的自動控制裝置及其方法，對設備自動調節，使破碎機處在最佳負荷運行狀態同時 克服工人手動操作的不足，不僅能實時檢測破碎車間給礦、破碎的工況，而且能根據破碎機 機腔料位高度自動調節給礦，實現擠滿給礦的自動化。當控制裝置出現故障時能根據故障 等級自動報警或停車以保護設備。技術方案本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括超聲波料位傳感器、可 編程邏輯控制器和監控計算機；所述的可編程邏輯控制器包括模擬量輸入模塊、CPU模塊 和模擬量輸出模塊，其中CPU模塊的輸入端和模擬量輸入模塊相連，CPU模塊的輸出端和 模擬量輸出模塊相連；監控計算機和CPU模塊相連以設置可編程邏輯控制器的工作參數并 實時監控破碎機的工作狀態；超聲波料位傳感器設于破碎機的機腔上方，超聲波料位傳感 器的輸出端和模擬量輸入模塊的輸入端相連以檢測并傳輸破碎機的機腔料位值；模擬量輸 出模塊的輸出端和下礦口液壓驅動裝置相連。所述的可編程邏輯控制器還包括數字量輸出模塊，所述的數字量輸出模塊和CPU 模塊相連。所述的數字量輸出模塊的一個輸出端上設有報警器，另一個輸出端上設有繼電 器，所述的繼電器和破碎機的急停開關相連。一種圓錐式破碎機擠滿給礦的自動控制方法，包括以下步驟
(1)開始設置工作參數，包括破碎機最佳負荷狀態的機腔料位值、預測控制的預測
時域、控制時域和階躍模型系數； (2)采集破碎機的機腔料位值；(3)將步驟⑴中設置的機腔料位值和步驟(2)中實際機腔料位值比較得出料位
偏差值；(4)用步驟(3)中的料位偏差值對預測料位值進行校正；(5)對步驟(4)得到的校正后的預測料位值進行移位以設置當前時刻的預測料位 初始值；(6)利用步驟(5)得到的移位后的預測料位值和步驟(1)設定的工作參數，得出下 礦口的給礦量增量；(7)將上一控制時刻的下礦口給礦量與步驟(6)得到的下礦口給礦量增量相加， 得出下礦口的給礦量；(8)將步驟(7)得出的給礦量值輸送到下礦口液壓驅動裝置，以控制實際給礦量， 從而控制破碎機機腔料位；(9)利用步驟(6)得到的給礦量增量和步驟(5)得到的預測料位初始值得出預測 料位值，然后返回步驟(2)。本發明的工作原理是本發明以可編程邏輯控制器作為核心控制器，通過超聲波 料位傳感器檢測破碎機機腔料位，并將其調理成標準的4 20mA電流后，送入可編程邏輯 控制器，可編程邏輯控制器計算出采樣值和最佳負荷狀態料位設定值的偏差值，然后依據 模型預測控制理論，以破碎機機腔料位為控制對象，利用混合建模的方法(機理建模和試 驗建模)構建的系統階躍響應動態模型，采用動態矩陣控制算法預測系統的未來輸出值， 利用計算出的偏差值對上次的預測料位進行校正，并對校正后的預測料位值進行移位，然 后根據移位后的預測料位值和設定的工作參數計算出所需的給礦量，可編程邏輯控制器將 輸出送給下礦口液壓驅動裝置，以實現對破碎機機腔料位的自動調節，保證破碎機工作在 最佳負荷狀態。監控計算機的監控軟件可以設置相關的工作參數、指標，實現生成實時、歷史數據 曲線和報表等功能。可編程邏輯控制器根據監控軟件設置的料位指標，進行優化處理，對破 碎機機腔料位進行自動控制。有益效果以可編程邏輯控制器為控制核心，采用模型預測控制方法進行調控，實 現了給礦、破碎的全自動調節，避免了人工手動操作的不足，提高了破碎效率，延長了破碎 機的使用壽命，降低了能耗，增加了生產效益；采用監控計算機進行實時監控，可以在線修 改可編程邏輯控制器的工作參數和指標參數，提高了生產效率。此外，本發明的控制裝置以 可編程邏輯控制器為控制核心，通過可編程邏輯控制器的強大擴展功能，能同時對多臺圓 錐式破碎機進行擠滿給礦自動控制，擴大了應用范圍，顯著提高了生產效率。本發明有利于 節約企業發展擴建、設備維護和更新的成本，增加了經濟效益，同時可以避免惡劣生產現場 的人工操作，降低了工人的勞動強度，改善了勞動環境。
圖1是本發明破碎控制系統的結構示意圖2是本發明自動控制方法的流程圖；圖3是本發明自動控制裝置的結構框圖；圖4是本發明的模擬量輸入模塊的連接示意圖；圖5是本發明的模擬量輸出模塊的連接示意圖；圖6是本發明的第一個數字量輸出模塊的連接示意圖；圖7是本發明的第二個數字量輸出模塊的連接示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1所示，本實施例包括圓錐式破碎機1、礦倉2、下礦口液壓驅動裝置3、給礦皮 帶4、超聲波料位傳感器5和可編程邏輯控制器6 (即料位控制器)，其中礦倉2內的礦石 由礦倉2落下，在下礦口液壓驅動裝置3的作用下落到給礦皮帶4上，給礦皮帶4將礦石運 送至圓錐式破碎機1中進行破碎；超聲波料位傳感器5設置在破碎機1機腔的頂部，用于檢 測機腔料位，并將采集到的數據送到料位控制器中，再經可編程邏輯控制器6的控制計算， 得到破碎機1的給礦量，并輸出給下礦口液壓驅動裝置3以控制下礦口閘門的開大和關小。如圖2所示，一種圓錐式破碎機1擠滿給礦的自動控制方法，包括以下步驟(1)開始設置工作參數，包括破碎機1最佳負荷狀態的機腔料位值、預測控制的預 測時域、控制時域和階躍模型系數；(2)采集破碎機1的機腔料位值；(3)將步驟(1)中設置的機腔料位值和步驟(2)中實際機腔料位值比較得出料位
偏差值；(4)用步驟(3)中的料位偏差值對預測料位值進行校正；(5)對步驟(4)得到的校正后的預測料位值進行移位以設置當前時刻的預測料位 初始值；(6)利用步驟(5)得到的移位后的預測料位值和步驟(1)設定的工作參數，得出下 礦口的給礦量增量；(7)將上一控制時刻的下礦口給礦量與步驟(6)得到的下礦口給礦量增量相加， 得出下礦口的給礦量；(8)將步驟(7)得出的給礦量值輸送到下礦口液壓驅動裝置3，以控制實際給礦 量，從而控制破碎機1機腔料位；(9)利用步驟(6)得到的給礦量增量和步驟(5)得到的預 測料位初始值得出預測料位值，然后返回步驟(2)。如圖3所示，本實施例的自動控制裝置包括超聲波料位傳感器5、可編程邏輯控制 器6和監控計算機；所述的可編程邏輯控制器6包括模擬量輸入模塊、CPU模塊和模擬量輸 出模塊，其中CPU模塊的輸入端和模擬量輸入模塊相連，CPU模塊的輸出端和模擬量輸出 模塊相連，監控計算機和CPU模塊相連，用于設定可編程邏輯控制器6的工作參數并實時監 控破碎機1的工作狀態，設定的可編程邏輯控制器6工作參數包括破碎機1處在最佳負荷運行狀態時的機腔料位值，模型預測控制的預測時域和控制時域，以及破碎系統的階躍模 型系數。超聲波料位傳感器5設于破碎機1機腔上方，超聲波料位傳感器5的輸出端和模 擬量輸入模塊的輸入端相連，用于檢測破碎機1的機腔料位，并將其調理成標準檢測電流 信號(4 20mA)送模擬量輸入模塊供CPU模塊處理，模擬量輸出模塊的輸出端和下礦口液 壓驅動裝置3相連。所述的可編程邏輯控制器6還包括數字量輸出模塊，所述的數字量輸出模塊和 CPU模塊相連。所述的數字量輸出模塊的第一控制輸出端上設有報警器，用于指示破碎機1的運 行狀態，報警器包括破碎機1運行指示燈和破碎機1報警指示燈，正常運行情況下破碎機1 運行指示燈亮，出現異常時破碎機1報警指示燈亮；第二控制輸出端上設有控制急停開關 的繼電器，當報警持續一段時間后，CPU模塊發送控制信號到數字量輸出模塊，控制繼電器 使急停開關斷開，破碎機1停止運行。CPU模塊的處理過程如下(1)對超聲波料位傳感器5的檢測電流信號進行濾波及規格化得到破碎機1機腔 料位的檢測值；(2)將設定好的破碎機1最佳負荷狀態時的機腔料位值與檢測到的實際料位值相 減，計算出料位偏差值；(3)利用得到的料位偏差值對破碎機1的預測料位進行校正；(4)對校正后的預測料位值進行移位，以得到當前時刻的預測料位初始值；(5)采用動態矩陣控制算法，利用移位后的預測料位值和設定好的工作參數，計算 出給礦量增量；(6)計算出給礦量；(7)將計算得到的輸出結果送到模擬量輸出模塊，進而送到下礦口液壓驅動裝置 3，用于推動下礦口閘門的開大或關小，從而改變給礦量。本實施例中，可編程邏輯控制器6擴展到一個模擬量輸入模塊、一個模擬量輸出 模塊和兩個數字量輸出模塊，以同時對四臺圓錐式破碎機1的生產過程進行自動控制。破 碎機1有四臺，分別命名為第一號、第二號、第三號和第四號破碎機1，四臺破碎機1上都設 有破碎機1急停開關、破碎機1運行指示燈和破碎機1報警指示燈，超聲波料位傳感器和下 礦口液壓驅動裝置3也各有四個。如圖4所示，一個模擬量輸入模塊，其中2和3號通道連接到第一號破碎機1的 超聲波料位傳感器5 ;4和5號通道連接到第二號破碎機1的超聲波料位傳感器5 ;6和7號 通道連接到第三號破碎機1的超聲波料位傳感器5 ;8和9號通道連接到第四號破碎機1的 超聲波料位傳感器5 ；其余為預留通道。如圖5所示，一個模擬量輸出模塊，其中3和6號通道接第一號下礦口液壓驅動 裝置3 ;7和10號通道接第二號下礦口液壓驅動裝置3 ； 11和14號通道接第三號下礦口液 壓驅動裝置3 ；15和18號通道接第四號下礦口液壓驅動裝置3 ；其余為預留通道。如圖6所示，第一個數字量輸出模塊，其中2號通道接第一號破碎機1運行指示 燈；3號通道接第二號破碎機1運行指示燈；4號通道接第三號破碎機1運行指示燈；5號通道接第四號破碎機1運行指示燈；12號通道接第一號破碎機1報警指示燈；13號通道接第 二號破碎機1報警指示燈；14號通道接第三號破碎機1報警指示燈；15號通道接第四號破 碎機1報警指示燈；其余為預留通道。如圖7所示，第二個數字量輸出模塊，2號通道接第一號破碎機1急停開關；3號通 道接第二號破碎機1急停開關；4號通道接第三號破碎機1急停開關；5號通道接第四號破 碎機1急停開關；其余為預留通道。CPU模塊與上述模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數字量輸出模塊通過模塊間的 背板總線連接。
權利要求
1.一種圓錐式破碎機擠滿給礦的自動控制裝置，其特征在于包括超聲波料位傳感 器、可編程邏輯控制器和監控計算機；所述的可編程邏輯控制器包括模擬量輸入模塊、CPU 模塊和模擬量輸出模塊，其中CPU模塊的輸入端和模擬量輸入模塊相連，CPU模塊的輸出 端和模擬量輸出模塊相連，監控計算機和CPU模塊相連以設置可編程邏輯控制器的工作參數并實時監控破碎機 的工作狀態；超聲波料位傳感器設于破碎機的機腔上方，超聲波料位傳感器的輸出端和模擬量輸入 模塊的輸入端相連以檢測并傳輸破碎機的機腔料位值； 模擬量輸出模塊的輸出端和下礦口液壓驅動裝置相連。
2.根據權利要求1所述的圓錐式破碎機擠滿給礦的自動控制裝置，其特征在于所述 的可編程邏輯控制器還包括數字量輸出模塊，所述的數字量輸出模塊和CPU模塊相連。
3.根據權利要求2所述的圓錐式破碎機擠滿給礦的自動控制裝置，其特征在于所述 的數字量輸出模塊的一個輸出端上設有報警器，另一個輸出端上設有繼電器，所述的繼電 器和破碎機的急停開關相連。
4.一種圓錐式破碎機擠滿給礦的自動控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)開始設置工作參數，包括破碎機最佳負荷狀態的機腔料位值、預測控制的預測時 域、控制時域和階躍模型系數；(2)采集破碎機的機腔料位值；(3)將步驟(1)中設置的機腔料位值和步驟(2)中實際機腔料位值比較得出料位偏差值；(4)用步驟(3)中的料位偏差值對預測料位值進行校正；(5)對步驟(4)得到的校正后的預測料位值進行移位以設置當前時刻的預測料位初始值；(6)利用步驟(5)得到的移位后的預測料位值和步驟(1)設定的工作參數，得出下礦口 的給礦量增量；(7)將上一控制時刻的下礦口給礦量與步驟(6)得到的下礦口給礦量增量相加，得出 下礦口的給礦量；(8)將步驟(7)得出的給礦量值輸送到下礦口液壓驅動裝置，以控制實際 給礦量，從而控制破碎機機腔料位；(9)利用步驟(6)得到的給礦量增量和步驟(5)得到的 預測料位初始值得出預測料位值，然后返回步驟(2)。
全文摘要
本發明公開了一種圓錐式破碎機擠滿給礦的自動控制裝置及其方法，包括超聲波料位傳感器、可編程邏輯控制器和監控計算機；所述的可編程邏輯控制器包括模擬量輸入模塊、CPU模塊和模擬量輸出模塊，以可編程邏輯控制器為控制核心，采用模型預測控制方法進行調控，實現了給礦、破碎的全自動調節，避免了人工手動操作的不足，提高了破碎效率，延長了破碎機的使用壽命，降低了能耗，增加了生產效益；采用監控計算機進行實時監控，可以在線修改可編程邏輯控制器的工作參數和指標參數，提高了生產效率。
文檔編號B02C23/02GK102000627SQ20101029514
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者李奇, 郭聰, 陳夕松 申請人:東南大學