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大型球磨机电气及控制系统优化
发布时间：2013-07-20 15:12 来源：未知
0、引言
大型球磨机是矿石磨粉制浆的关键设备，球磨机的构成较为复杂，影响其运行的性能好坏决定因素之一是与之配套的电气控制系统。其电气控制系统运行得好（或控制策略作得好），将有助于设备效能的发挥，反之，球磨机设备的效能发挥会受到影响。
球磨机工作时，将物料和一定量的水通过进料端进入简体内部，电动机经空气离合器、大小齿轮装置带动装有介质（钢球）的简体旋转，物料受到球的撞击以及球之间和球与简体衬板之间的研磨，充分暴露出新鲜表面，得到充分混合，最后经出料筛的排料孔排出磨机，完成磨粉过程，富通新能源销售的球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
1、大型球磨机的基本构成
a．磨机本体包括磨机筒体（约220 t）、入口装置和出口筛网装置等，磨机简体内装不同直径的钢球150 t，正常工作时内有磷矿石150 t，水80 t。工作时磨机由同步电机经离合器机构牵引而旋转，筒体内的钢球与矿石进行研磨而得到所需的矿浆。
b．慢速传动机构由一台22 kW的电动机传动，经一台行星齿轮减速机对磨机进行慢速传动。慢速传动主要在磨机检修期间及磨机起车前使用。
c．离合器机构是将同步电机的转矩传递给磨机的关键装置，工作时离合器内的气囊充入不低于0.6 MPa压力的空气，将离合器片与小齿轮的旋转筒抱死，从而牵引磨机旋转。
d．气源系统为离合器机构提供符合要求压缩空气，主要由空压机、管路和稳压等部分构成。
e．同步电动机是磨机动力装置，其参数如下：额定电压6000 V;额定功率2 200 kW;额定电流248A;额定励磁电流250 A;额定转速188 r/min。
f．高低压润滑油站系统有2台低压油泵装置，一台工作，另一台备用，工作泵和备用泵可以互相切换。2台高压泵同时启动，但至少要滞后低压泵1min启动；润滑油站在口处的油温控制在35～45℃之间，当油温超过45℃时，开通冷却水，冷却器开始工作，当油温低于30℃时，由双金属温度计接通电加热器，提高油的温度，因为油温低于30℃时，油泵效率低，启动危险，当油温升至40℃时，也由双金属温度计切断电加热器，除过滤器换向外，整个工作过程都是自动进行。
g．喷射油站系统为磨机的大齿轮提供润滑油，工作时间隔一定的时间自动喷油，其设定为每30min喷油20 s。
2、大型球磨机的电气系统
a．PI。C电气控制柜是整个磨机系统的控制中心，电控柜上的声光电控元件仪表显示了机械各各部分的工作状态，并能作出声光预警及故障自动�；衩派系牟僮靼磁タ梢钥刂聘鞑糠只瞪璞傅钠舳屯Ｖ�，远、近程及手动、自动由柜门上的选择开关自由选择，由它控制的对象主要有：油站低压泵电机2台、油站高压泵电机2台、离合器气泵电机l台、喷射油站气泵电机l台、喷射油站油泵电机1台、慢速传动机构电机3台、油站电加热器1组、离合器电磁阀及喷射油站电磁阀等。
b．高压开关电柜为高压同步电机提供电源，包括高压进线柜1台和高压断路器柜1台。
c．同步电机励磁柜为高压同步电机提供励磁电流。励磁柜为三相全控型，采用集成电路板作为触发装置。
d．水电阻柜为高压同步电机提供软起动，包括水电阻柜3台和中性点柜1台。水电阻柜本身携带1台小的PLC。
e．现场仪表是设备运行的眼睛，磨机系统涉及到的仪表有很多：数显温控表6块、空气气压表5块、油流开关表2块、油压低压力表2块、油压高压力表2块。
3、大型球磨机系统中的主要技术问题
球磨机的配套生产厂往往多达十几家，各厂家多按行业标准或磨机制造厂的要求来进行系统配置，各厂家之间的技术衔接几乎都在系统设备安装调试时进行。许多技术上的问题往往在实际运行调试的过程中才慢慢地暴露出来，在处理磨机故障及磨机系统调试过程中，结合生产应用实际的情况，对大型球磨机电气系统中的问题进行归纳总结为以下5个。
3.1 高低压润滑油站与高压开关电柜直接连锁问题
高低压润滑油站为磨机提供润滑油，就像汽车发动机必须要润滑油一样。当高低压润滑油站出现故障时磨机必须要停车，但磨机厂的电气技术人员在做控制时忽略r同步电动机、气动离合器、磨机本体三者之间的关系。虽然油站出现故障时可以停同步电动机从而�；ど璞�，但这样主导致了同步电动机起停次数的增加，不利于同步电动机的工作。事实上，当高低压润滑油站出现故障时只需要将气动离合器脱开即可，此时高压同步电机仍然工作，避免了高压同步电机的重复起动，当然也就减少了对机械设备的冲击。
3.2高低压润滑油站油温控制问题
磨机运行时需要的静压轴承润滑油，是介质粘度为N22～N320的工业润滑油，该润滑油在温度低于30℃时其粘度高，不利于润滑油的循环流动。因而当油温低于30℃时，由油站上的双金属温度计发出信号给PLC系统，再由PI，C控制电加热器工作，提高润滑油的温度，如果油温低于30℃而强行起动时，油泵效率低，启动会很危险。当油温升至40℃时，也由双金属温度计控制切断电加热器，使油温的范围始终保持在30～40℃之间。
现在的问题是：冬季时环境温度非常低，系统起车时给润滑油加热的时间很长，当环境温度为12℃时，加热时间约为60 min，如果环境温度为低到2℃时，加热时间会达120 min。系统起车前耗在润滑油加热上的时间过长给生产带来了影响。
3.3关于大力矩惯性起动问题
磨机简体、钢球、磷矿石及水共计超过400 t的庞然大物起动时是很费劲的事，原来的起动是：磨机在静止时由离合器将已经完成起动而旋转的同步电机的转轴抱住，从而牵引磨机旋转，这一过程需要6～8 s，离合器在这一过程中首先将其前端的进气电磁阀打开，约3s离合器气囊充入不低于0.6 MPa压力的气体，离合器气囊外侧的磨擦片随即与静止的磨机传动小齿轮轴进行磨擦传动，直至磨机同步旋转，从离合器磨擦片与小齿轮轴接触到同步旋转3～5 s。
从理论上讲离合器的磨擦片与小齿轮轴接触到同步旋转的时间越短越好，因为在这段时间内磨擦片与小齿轮轴处于滑动磨擦的状态，滑动磨擦会引起磨擦片温度急剧上升，从而导致磨擦片的使用寿命缩短，而气动离合器上的磨擦片更换非常复杂，需要将整个机构吊装下来后才能更换。
3.4现场仪表抖动导致系统误停车问题
磨机系统的现场仪表较多，许多现场仪表均会随系统的工作而发生轻微的抖动，仪表的这种抖动可能引起误发信号，从而引起系统的误�；�
抖动可能引起误发信号的仪表有：囊外压力表、囊里压力表、油流开关表、高压油油压压力表、低压油油压压力表和油箱油位开关。
3.5励磁的投励时间问题
系统中大型同步电机采用异步起动，同步运行方式。异步起动时的转速达到同步转速的95%（即亚同步转速）时进行同步的投励切换。大多数的励磁柜是根据常规型的同步拖动系统来进行设计的，其投励的时间较长，投励时间长可能引起系统起动过程振荡，不利于系统的安全运行。
而使用水电阻来起动同步电动机，同时每次起动时的气动离合器都是脱开的，这意味着同步电机的每次起动都是在空载下进行的起动。因而投励时间的选择应合理进行缩短。
4、优化控制的主要技术措施
4.1解除高低压润滑油站与高压开关电柜直接连
锁
高低压润滑油站与高压开关电柜直接连锁是通过PLC电气柜的与高压开关电柜硬线连接而实现的，解除其连锁可以通过2种方法，第1种是去掉硬线连接，第2种是通过修改PLC程序的方法。采用第2种方法，修改PLC程序可以避免改动已经敷设并连接好了的缆线。同时将润滑油站的故障与气动离合器的控制进行连锁，实现油站故障时脱开气动离合器就可以了。
4.2 改变高低压润滑油站油温控制方式
为了改变磨机系统每次起车前要长时间加热润滑油的缺点，可将油站油温控制方式改为：油站油温可离机控制，自动保温方式。即PLC电气柜只要送电就让电加热系统自动工作，勿需PLC程序进行惟一的独断的控制。具体的改法为将PLC电气柜上的温度控制仪表的第4个输出触点引出，用来控制电加热器主回路中的接触器即可，这样油温自动保温在30～40c之间。
4.3解除慢速传动系统与同步电动机系统互锁
在原来的系统设计中，慢速传动与同步电动机是互锁的，即在慢传运行时是不能起动同步电机的，反之同步电机起动运行时慢传也不能起动运行。在这种情况下，磨机只能从静止状态开始起动，因而所需的起动转矩也就较大，这时气动离合器磨擦片的损伤也大。如果能利用慢速传动装置给磨机一个惯性转矩，在慢速传动的同时起动磨机，则会减小起动转矩从而也就减轻了对气动离合器磨擦片的损伤。带起慢速传动起动时小齿轮的两端同时输入同一个方向的转矩，当同步电机端的离合转速超过慢传转速时，慢传机构会自动脱离，完成辅助起动。
要将系统起动改为带慢传起动，在PLC控制程序中解除其间连锁就可以了，这样系统就可以带慢传起动了，为了进一步优化控制，还将系统起动后慢传的自动停车加了进来，即当气动离合器工作后延时10 s（离合器的抱合过程不大于8s）自动将慢速传动停止。稳定地实现了系统的大惯性转矩起动。
4.4综合解决系统误停车
现场仪表的抖动引起的磨机系统误停车，可以用2种方法来解决，第1种是使用高性能的现场仪表，第2种是在PLC程序中增加对仪表输入点的滤波时间，主要使用了第2种方法。
4.5合理缩短励磁的投励时间
根据系统的实际应用特点，在选择投励时间时主要依据为：一是同步电机起动进入亚同步的时间，二是水阻柜起动完成到中性点柜的合闸时间。综合考虑二者对系统起动的影响，宜将投励时间选择在5s左右。系统中采用了空气离合器，在空气离合器工作过程中同步电机的电流会急剧上升，此时一定要投强励，励磁系统稳定后再调整励磁电流以满足功率因素约超前。
5、结束语
大型球磨机系统构成复杂，控制点多，影响运行的因素多，经过上述的问题分析及系统控制优化后，运行的稳定性有了较大幅度的提高，减少了系统的停机次数及�；奔�。在楠木坪矿浆厂磨机的调试及试运行中采用上述优化策略，目前系统已稳定投入运行�？刂葡低秤呕蟮哪セ低巢唤鎏岣吡松璞感艿姆⒒�，同时降低了系统的维护成本。
