姜俊雄，熊绍俊，汪云强

（南昌矿山机械有限公司，江西 南昌 330004）

由于我国破碎技术起步晚，导致我们在单缸圆锥破碎机使用过程中，需要依托人工控制方式，这种方式降低了作业效率，加大了人力资源的投入。因此，相关研究人员应用PLC控制技术对单缸圆锥破碎机控制系统进行升级设计，提高单缸液压圆锥破碎机控制系统自动化程度，通过设计改造，提高破碎机的作业效率，同时降低能耗。

1 单缸圆锥破碎机自动控制系统设计

1.1 总体方案设计

设计人员在设计中，充分发挥PLC控制技术的作用，在自动系统整体方案设计上，由硬件和软件系统组成，包括各类传感器，增设了位移、温度、压力等检测功能，在PLC技术支撑下，保证各传感器实现准确控制；借助PLC程序，对采集到的信号进行处理，对给矿电动机转速的自动控制，实现自动控制给料量，维持主电机功率不变；有效提高单缸液压圆锥破碎机负荷稳定性。

1.2 硬件设计

设计人员在单缸圆锥破碎机系统改造设计过程中，引入了PLC控制技术，借助PLC能够实时接收传感器数据，并根据数据控制量，对变频器进行控制，实现对给矿电动机转速的控制，将圆锥破碎机工作负荷控制在合理范围内，进而保证圆锥破碎机始终处于稳定运行状态下；同时，将PLC技术引入圆锥破碎机自动控制系统设计中，保证数据采集效果，能够有效将数据传输给中控系统，进而在线实时监测圆锥破碎机的运行工况。就自动控制系统硬件设计情况看，系统功率主要是按照功率变送器检测结果进行设定的。使用温度传感器检测主润滑油的温度；借助压力传感器检测液压系统的破碎压力。给矿电动机使用变频控制转速从而实现控制给矿量，应用优势显著。由于圆锥破碎机自动控制系统，对动态响应要求高，因此，在系统改造设计中，需重点考量圆锥破碎机的负载；在变频器支持下，能够进一步保证单缸圆锥破碎机自动控制系统设计效果，满足具体工况使用需求[1]。另外，在圆锥破碎机自动控制系统硬件设计中，使用的是液压伺服系统，主要通过控制主轴位置，保证排矿口大小。为保证圆锥破碎机送料速度，在本次设计改造中，对破碎机送料胶带输送机的电动机转速进行控制，并在变频器支持下，实现自动控制。

1.3 软件设计

通过PLC技术的应用，根据PLC程序进行编写，实现对系统的初始化设计，确保按照顺序启动相关的系统设备；提供了数据参数转换和数据采集功能，实时对自动控制系统运行状态的监控，在系统控制环节，主要应用的是模糊控制方法，有效提高了圆锥破碎机自动控制系统的抗干扰能力，保证系统运行效果。

1.4 上位机设计

将PLC技术与中控进行连接，保证了通信效果，实现在线监控功能，整个设计过程是在视窗控制中心完成的，进一步提高了系统灵活性，为人机界面设计，提供了便利条件。在中控系统设计上，增设了参数显示功能，支持对相关参数的更改和设置，提供了报警功能，能够对历史数据进行记录和存储，通过优化设计中控系统，全方位对圆锥破碎机自动控制系统进行控制，加强故障预警，若圆锥破碎机系统部件出现运行故障，系统会第一时间进行预警，便于相关检修人员开展故障维修作业，并在短时间内恢复圆锥破碎机自动控制系统正常运行状态。

2 单缸圆锥破碎机自动控制系统要求及工作原理

2.1 自动控制系统设计要求

设计人员在系动化改造过程中，设置了自动和手动两种方式，实现手动和自动控制切换目标，当圆锥破碎机自动控制系统处于自动控制模式下，能够根据主电机功率大小，控制给矿电机的转速，有效控制圆锥破碎机工作负荷，在自动控制状态下，有效调整排矿口大小尺寸；整个自动控制过程中，重点监测圆锥破碎机主电机运行状态，检测作业状态下，润滑油的温度，测定液压系统的破碎压力，根据设计需求，实现了对上述信息的收集，清晰化地反映在圆锥破碎机自动控制系统控制界面上，帮助相关人员更好分析圆锥破碎机自动控制系统运行状态，并结合系统实际运行情况，调整相关参数。

2.2 工作原理

在矿石开采过程中，根据开采方式、排矿口调整装置等因素，选择破碎机粉碎设备；本文主要研究的是单缸液压圆锥破碎机；设备组成主要由机架总成、主轴总成、下机架总成、偏心总成和小齿轮总成组成。主电机通过三角带，带动小齿轮旋转，通过齿轮传动带动偏心总成旋转；偏心总成推动倾斜的主轴总成绕着破碎机的中心旋转，最终动、定锥衬板构成的破碎机周期性的变化，实现对矿石的破碎和排矿。在运行过程中，可以随时调节主轴的位置，从而实现调节排矿口的大小。然而，将圆锥破碎机具体应用在矿石开采中发现，需要手动控制，整体作业效率不高；难以发挥破碎机的功能优势；并且在实际工况中，破碎机处于且长期处于轻载运行状态，有设计人员在改造设计圆锥破碎机自动控制系统过程中，应用了PID模拟调节系统，但实际应用效果不理想，操作难度大，增加了系统设计程序，难以保证自动控制系统的适应性[2]。基于此，有研究人员提出了基于模糊控制的圆锥破碎机自动控制系统设计理念，将模糊理论引入到系统设计中，进一步为自动控制系统应用可靠性提供了理论支撑依据。

3 基于模糊控制的圆锥破碎机自动控制设计

3.1 系统控制功能要求

破碎是矿石开采的关键性工艺，能耗较大，破碎效率关乎到整个矿山企业的生产效率，为改变单缸圆锥破碎机人工控制模式，设计人员在常规改造设计基础上，对基于模糊控制的圆锥破碎机自动控制设计，展开进一步的研究，最大程度上保证圆锥破碎机自动控制系统运行性能，减少电动机故障的发生，实现自动控制目标，更加精准的控制给矿量，进而保证作业效率，为矿山企业发展提供助力。基于此，设计人员在实际设计过程中，基于系统控制功能要求展开设计，明确了设计目标，将提升破碎机工作负荷稳定性作为首要改造设计的首要目标，确保有效控制主电机的功率；就影响破碎机电机功率相关因素看，涉及给矿量和排矿口，为保证矿石料破碎粒度满足生产需要，科学设定排矿口的数值；确保通过控制给矿量控制电机作业恒定功率[3]。同时，自动控制系统控制功能，对排矿口大小提出了相关要求，确保自动控制系统，能够自动调整排矿口大小，能够实时监测电机运行状态。

3.2 对电机恒定功率的模糊控制

圆锥破碎机自动控制系统，主要是依托功率变送器检测主驱动电机功率的，在模糊规则下，对控制量进行控制，变频器根据控制量情况，调整电机的转速，更好保证给矿量的合理性和科学性；最终保证破碎机驱动电机的功率，维持在稳定状态下；保证作业效率。自动控制系统改造设计人员，根据模糊运算推理，将需要调整的设计参数转化为模糊理论，并罗列出模糊子集；参照模糊变量赋值表，可推导出最终的运算结果，保证电机各项运转参数的合理性。

3.3 系统硬件设计

在系统硬件设计上，为满足自动控制系统功能需求，制定了以PLC技术为核心的设计方案，增设了触摸屏人机界面，实施将相关的数据信息反馈到触摸屏上；根据模糊理论，搭建模糊模型，对控制量进行碰撞分析，保证数据的合理性，PLC根据模糊模型提供的数据信息，对控制量进行调整，并通过调整液压系统的伺服阀，实现对排矿口大小的调整；最终在实际工况中应用时，能够保持主电机功率不变，更好稳定破碎机的工作负荷。

3.4 系统软件设计

基于模糊控制的圆锥破碎机自动控制系统设计，在PLC程序设计下，进一步优化了数据采集方式，实现标度转换目标，有效调整了排矿口尺寸，在模糊控制在，支持对三大主要模块进行管控，在PLC程序设计过程中，重点设定了主机功率模糊控制程序的编写方式，在本模块设计中，使用的是基址+偏移地址寻址设计方式，为保证程序设计可行性；根据模糊理论纳入模糊论域元素，最终能够精准推算出实际控制量。

3.5 触摸屏界面设计

在单缸液压圆锥破碎机自动控制系统触摸屏设计中，设计人员借助专业软件进行设计，结合触摸屏界面实际使用需求，加强对主画面、设备运行画面、故障诊断画面的控制；进而更加清晰化的反映出主机功率实时曲线以及主机功率实时曲线值；帮助现场人员，实时监测和掌握主机功率运行情况，并根据系统运行状态，将误差控制在合理范围内；进而保证自动控制效果。

3.6 远程界面控制

在远程界面控制设计环节，采用的是MCGS软件设计方式，重点优化设计了主界面、润滑系统界面以及系统参数界面等；通过将模糊理论引入到单缸液压圆锥破碎机自动控制系统设计中，实现对破碎机恒定功率的控制，并在模糊模型创建下，防止主电机功率出现非线性现象，避开不确定因素的干扰；将改造设计后的圆锥破碎机自动控制系统应用在矿石开采作业中发现，系统具有较强的鲁棒性，展现了运行优势，系统运用可靠程度高。

4 结论

综上所述，单缸液压圆锥破碎机广泛应用在矿石开采中，属于粉碎性设备，在技术驱动下，逐步提高了单缸液压圆锥破碎机工作效率，然而，为进一步实现单缸液压圆锥破碎机自动控制目标；相关设计人员对自动控制系统进行优化改造，引入了PLC技术，优化改进了自动控制系统性能，提高了系统在实际工况中的控制水平，更好展现了自动化优势，保证矿石开采作业顺利完成。