技术领域
[0001] 本实用新型属于
烧结原料
煤焦破碎电控设备技术领域，涉及一种新型四辊破碎电控系统，适用于重载设备
变频器PID控制技术应用
背景技术
[0002] 四辊破碎系统主要完成对
固体燃料煤、焦矿的细破工作，物料颗粒度直接影响到烧结矿品质。系统由四辊
破碎机主体、辊面间隙调整装置、上料皮带及输送皮带组成，控制方式为逆向停止，顺序启动方式，避免物料的堆积。
[0003] 目前国内四辊破碎机主回路采用两台交流异步
电动机同步驱动破碎辊(带传动方式)工作。上辊为移动辊，由一台双速
电机驱动，绕组接成YY型时为高速破碎，接成△型时为低速辊面切屑，并通过带传动方式驱动下辊，通过外部辊面间隙调整装置，实现辊距间隙调整；下辊为固定辊，由一台普通电机驱动，通过带传动驱动上部固定辊。上料皮带为工频恒转速对破碎仓进行物料的输送，并与破碎机电气控制连
锁。
[0004] 传统电气控制中，
控制器件较多，控制方式复杂。由于生产工艺对破碎颗粒度要求，破碎机辊距较小时，工作
电流居高不下，热继电器频繁动作、老化较快而失去保护功能；另外，长期过负荷运行易造成主回路电器元件老化过快而缺相。烧毁元器件及电动机的故障时常发生；由于上辊是双速电机，主回路Y 型
接触器在正常运行时是长吸合，如果该接触器闭合不好、接触不良或者该接触器输出回路断路就会造成电动机运行在低速状态且
三相电流不平衡；工作时，破碎仓内物料可能由于潮湿粘连堆积，上料皮带又无法减少下料量而堵转，工作电流飙升造成被迫停机。
实用新型内容
[0005] 针对背景技术中的不足，本实用新型提供一种新型四辊破碎电控系统，以
先进控制技术取代传统控制方式，以变频器驱动普通三相异步电动机；运用可编程序控制器取代继电器，加入相关保护程序，实现对变频器的各种控制，完成工作
频率和切屑频率的切换，工作电流的实时监控以及控制上游设备的下料量，实现PID闭环控制，其运行成本大大降低，控制可靠，维护更加方便。
[0006] 本实用新型解决技术问题的技术方案如下：
[0007] 本实用新型一种新型四辊破碎电控系统，包括四辊破碎机、设置在四辊破碎机上方和下方的进料
胶带机和破碎物料输送胶带机以及电源一和电源二；所述四辊破碎机包括物料破碎仓，该物料破碎仓一侧设置有上移动破碎辊与下固定破碎辊，另一侧设置有上固定破碎辊与下移动破碎辊，每侧的上下两辊均通过传动带连接；所述下固定破碎辊、上固定破碎辊、进料胶带机分别连接有下辊电动机、上辊电动机和进料电动机，所述上辊电动机和进料电动机分别与电源二和电源一通过线路连接，其特征是，还包括PLC控制器、上料变频器、破碎变频器以及隔离器；所述上料变频器设置在电源一与进料电动机之间的线路上；所述破碎变频器设置在电源二与上辊电动机之间的线路上；所述上料变频器和破碎变频器均通过线路接入所述PLC控制器；所述破碎变频器与上辊电动机之间的线路上设置有所述隔离器，该隔离器分别通过线路接入PLC控制器和上料变频器。
[0008] 作为技术方案的进一步改进，所述进料电动机和上辊电动机分别加装有第一工频冷却
风扇和第二工频
冷却风扇，该第一工频冷却风扇和第二工频冷却风扇分别通过线路与电源一和电源二连接，第一工频冷却风扇与电源一之间设置有交流接触器KM1，第二工频冷却风扇与电源二之间设置有交流接触器KM2，该交流接触器KM1和交流接触器KM2均通过线路接入PLC控制器。
[0009] 作为技术方案的进一步改进，所述PLC控制器还通过通信线路连接设置有 HMI
人机界面。
[0010] 作为技术方案的进一步改进，所述上料变频器与电源一之间的线路上以及破碎变频器与电源二之间的线路上均可以设置交流接触器，由基本启保停回路进行控制。
[0011] 作为技术方案的进一步改进，所述PLC控制器为三菱FX2N系列小型机，所述上料变频器为三菱FR-E700系列变频器，破碎变频器为三菱矢量重负载型 FR-A740系列变频器，所述隔离器为MCR-SLP-1-5-UI-0
信号隔离器。
[0012] 作为技术方案的进一步改进，所述PLC控制器的各
端子连接如下：其L、N 端子与AC 220V相连；其X000、X001输入端子分别与一单刀双掷
开关的两个不动端连接，用于给出破碎生产信号或辊皮切削信号；其X002输入端子与一
常闭开关按钮连接，用于给出上辊生产停止信号；其X003输入端子与一常闭开关按钮连接，用于给出上辊切屑停止信号；其X004输入端子与一常开开关按钮连接，用于给出上辊生产停止信号；其X005输入端子与一常开开关按钮连接，用于给出正向切削信号；其X006输入端子与一常开开关按钮连接，用于给出反向切削信号；其X007输入端子与一
过热继电器连接，用于给出外部过载保护信号；其 X010输入端子与一常闭开关按钮连接，用于给出系统急停信号；各开关的另一端与其COM端子连接，其输出端子Y010和Y011分别与交流接触器KM1和交流接触器KM2连接，该交流接触器KM1和交流接触器KM2的另一端与其COM2端子之间与AC220V电源相连,用于控制加装在进料电动机和上辊电动机上的第一工频冷却风扇和第二工频冷却风扇低频
散热；
[0013] 所述破碎变频器的各端子连接情况如下：其STF端子与PLC控制器的Y000 和Y001输出端子连接，用于向上辊电动机给出系统运行信号和上辊电动机给出车辊正向运行信号；其STR端子与PLC控制器的Y002输出端子连接，用于向上辊电动机给出车辊反向运行信号；其RH端子与PLC控制器的Y003端子连接，用于向上辊电动机给出破碎频率设置信号；其RM端子与PLC控制器的Y004端子连接，用于向上辊电动机给出车辊频率设置信号；其SD端子与PLC控制器的 COM1端子连接；其R、S和T端子分别与电源二的三相线连接；其U、V和W端子通过线路分别与上辊电动机相连；
[0014] 所述上料变频器的各端子连接情况如下：其STF端子与PLC控制器的Y005 输出端子连接，用于向进料电动机给出系统运行信号；其SD端子与PLC控制器的COM1端子相连，其SD端子与RH端子之间设置有开关，用于给出PID闭环控制选择信号；其R、S和T端子分别与电源一的三相连接；其U、V和W端子通过线路分别与进料电动机相连；
[0015] 所述隔离器的输入端子通过互感器连接在破碎变频器的U、V和W端子与上辊电动机之间的线路上，其输出端子通过线路一路接入PLC控制器的A\D输入模
块，用于监控上辊电动机的工作电流，另一路接入上料变频器的4端子和5 端子，用于上料变频器的PID闭环控制。
[0016] 作为技术方案的进一步改进，所述互感器的变比为300/5。
[0017] 作为技术方案的进一步改进，所述PLC控制器输入端子连接的各类开关由 HMI人机界面替代，所述HMI人机界面还用于显示上辊电动机运行时的电流信息以及报警信息。
[0018] 本实用新型的上述技术方案中新型四辊破碎电控系统的控制方法，通过PLC 控制器对破碎变频器和上料变频器进行控制，进而通过破碎变频器和上料变频器分别对上辊电动机和进料电动机进行控制，其特征是，所述隔离器将上辊电动机的工作电流信息转化为模拟量信号后送至上料变频器实现进料电动机与上辊电动机工作电流的PID闭环控制；所述电控系统运行前，对破碎变频器和上料变频器的参数进行设置；所述破碎变频器和上料变频器的运行参数分别根据上辊电动机和进料电动机的实际情况进行设置；所述进料电动机的PID控制功能参数根据上辊电动机的工作电流情况进行设置。
[0019] 作为技术方案的进一步改进，所述进料电动机的PID控制功能参数根据上辊电动机的上限工作电流值、下限工作电流值以及正常工作电流值进行设定，先将上辊电动机的上限工作电流值、下限工作电流值以及正常工作电流值根据互感器的变比换算为0-5A的对应值，再将该0-5A的对应值根据公式y＝3.2x+4 换算成4-20mA的对应值，最后将该4-20mA的对应值根据公式y＝6.25x-25换算成所对应的比例带值，然后将各参数值在进料变频器中进行设置。
[0020] 与目前现有的技术相比，本实用新型用变频器控制普通电动机取代双速电动机，能完成多转速、正反向等破碎、车辊等生产需求。利用破碎机上辊电动机工作电流的反馈，变频器PID功能设置，就能实现对上料皮带的下料量与破碎机工作电流的闭环控制。当工作电流超过设定值时，下料量由于进料电动机转速下降而下降，保证物料不堆积；当工作电流逐渐下降趋于稳定，下料量逐渐增加至正常运行转速。本实用新型实施后使得控制器件大幅减少，故障率降低，维护更加方便可靠，保证了生产连续的要求。本实用新型可用于新型四辊破碎机的制造中，也可以对现有四辊破碎机对进改造，实用性强。
附图说明
[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：
[0022] 图1为本实用新型所述电控系统的结构总体示意图；
[0023] 图2为本实用新型所述电控系统控制流程示意图；
[0024] 图3为本实用新型所述电控系统中电控设备安装示意图；
[0025] 图4为本实用新型所述电控系统控制二次接线示意图；
[0027] 图6为PID算法示意图二；
[0028] 图中：1.进料胶带机、2.进料电动机、3.第一冷却风扇、4.进料口、5. 下辊电动机、6.皮带张紧装置、7.下固定破碎辊、8.下料口、9.物料破碎仓、 10.上固定破碎辊、11.上辊电动机、12.第二冷却风扇、13.破碎物料输送胶带机、14.四辊破碎机、15.下移动破碎辊、
16.上移动破碎辊、17.PLC控制器、18.破碎变频器、19.上料变频器、20.隔离器、21.电源一、
22.电源二、23.HMI人机界面、24.互感器、25.交流接触器KM1、26.交流接触器KM2。
具体实施方式
[0030] 如图1至图3所示，本实用新型一种新型四辊破碎电控系统，包括四辊破碎机14、设置在四辊破碎机14上方和下方的进料胶带机1和破碎物料输送胶带机13以及电源一21和电源二22；所述四辊破碎机14包括物料破碎仓9，物料破碎仓9上下两端分别为进料口4和下料口8，物料破碎仓9一侧设置有上移动破碎辊16与下固定破碎辊7，另一侧设置有上固定破碎辊10与下移动破碎辊 15，每侧的上下两辊均通过传动带连接，各传动带上设置有皮带张紧装置6；所述下固定破碎辊7、上移动破碎辊10、进料胶带机分别连接有下辊电动机5、上辊电动机11和进料电动机2，所述上辊电动机11和进料电动机2分别与电源二 22和电源一21通过线路连接，所述电控系统还包括PLC控制器17、上料变频器19、破碎变频器18以及隔离器20；所述上料变频器19设置在电源一21与进料电动机2之间的线路上；所述破碎变频器18设置在电源二22与上辊电动机11之间的线路上；所述上料变频器19和破碎变频器18均通过线路接入所述 PLC控制器17；所述破碎变频器18与上辊电动机11之间的线路上设置有所述隔离器20，该隔离器20通过线路与电源一21或电源二22相连获得供电，同时该隔离器20分别通过线路接入PLC控制器17和上料变频器19。应用时，通过 PLC控制器17对破碎变频器18和上料变频器19进行控制，再通过破碎变频器 18和上料变频器19分别对上辊电动机11和进料电动机2进行控制，完成四辊破碎机14的系统启动及停止、多转速正反向破碎、车辊等生产需求，通过将上辊电动机11的工作电流信号通过隔离器20分成两路，一路送至上料变频器19，通过上料变频器19控制进料电动机2实现下料量可调的PID控制，另一路送至 PLC控制器17，用于输入PLC控制器17的A\D输入模块，实现对上辊电动机11 工作电流的实时监控；本实施例中，可以通过互感器将上辊电动机11线路上的电流值信号转换后送至隔离器
20。
[0031] 本实施例中，为便于对进料电动机2和上辊电动机11的保护及控制，所述上料变频器19与电源一21之间的线路上以及所述破碎变频器18与电源二22 之间的线路上均可设置有交流接触器，由基本启保停回路进行控制。
[0032] 本实施例中，为增加所述进料电动机2和上辊电动机11的散
热能力，所述进料电动机2和上辊电动机11分别加装有第一工频冷却风扇3和第二工频冷却风扇12，该第一工频冷却风扇3和第二工频冷却风扇12分别通过线路与电源一 21和电源二22连接，同时，为便于对该该第一工频冷却风扇3和第二工频冷却风扇12的控制，第一工频冷却风扇3与电源一21之间设置有交流接触器KM1，第二工频冷却风扇12与电源二22之间设置有交流接触器KM2，该交流接触器KM1和交流接触器KM2均通过线路接入PLC控制器17。
[0033] 本实施例中，所述PLC控制器17还通过通信线路连接设置有HMI人机界面 23，通过HMI人机界面23向PLC控制器17的
输入信号以便对各变频器进行控制，同时可以将上辊电动机11的工作电流状态以及报警信息在HMI人机界面23 上进行显示。
[0034] 本实施例中，电源一21和电源二22均为380V/50HZ工频电源，用以向上料变频器19、破碎变频器18、隔离器20、第一工频冷却风扇3以及第二工频冷却风扇12等进行供电。
[0035] 实施例2：
[0036] 如图1至图4所示，以一台四辊破碎机进行改造为例进行说明，该四辊破碎机结构同实施例1，其原上、下辊电动机分别为型号为YD280S-8/4 40/55KW 和Y315S-6 75KW的两台交流异步电动机，其原进料电动机为Y160L-4 5.5KW，进行改进时，将原上辊电动机YD280S-8/4 40/55KW改为普通三相交流导步电动机Y250M-4 55KW，并加装第二冷却风扇12低频散热，原进料电动机不变并加并加装第一冷却风扇3低频散热；由于破碎系统电气控制较为简单，改造所需的 I\O点数不多，所述PLC控制器17选用为三菱FX2N系列小型机；进料胶带机1 负载不太重，启动性能要求不高，上料变频器19可选用三菱FR-E700系列变频器，功率为11KW，用来控制进料电动机2；破碎机上辊由于所驱动负载
波动变化较大，且对启动转矩高等要求，因为破碎变频器18选用三菱矢量重负载型 FR-A740系列变频器功率75KW；所述隔离器20选用MCR-SLP-1-5-UI-0信号隔离器。
[0037] 本实施例中，所述PLC控制器17的各端子连接如下：其L、N端子与AC 220V 电源相连，用于对PLC控制器17供电；其X000、X001输入端子分别与一单刀双掷开关SPDT的两个不动端连接，用于给出破碎生产信号或辊皮切削信号；其 X002输入端子与一常闭开关按钮SB1连接，用于给出上辊生产停止信号；其X003 输入端子与一常闭开关按钮SB2连接，用于给出上辊切屑停止信号；其X004输入端子与一常开开关按钮SB3连接，用于给出上辊生产停止信号；其X005输入端子与一常开开关按钮SB4连接，用于给出正向切削信号；其X006输入端子与一常开开关按钮SB5连接，用于给出反向切削信号；其X007输入端子与一过热继电器FR连接，用于给出外部过载保护信号；其X010输入端子与一常闭开关按钮SB6连接，用于给出系统急停信号；各开关的另一端与其COM端子连接，其输出端子Y010和Y011分别与交流接触器KM1和交流接触器KM2连接，该交流接触器KM1和交流接触器KM2的另一端与其COM2端子之间与AC220V电源相连，用于进料电动机2和上辊电动机11的第一工频冷却风扇3和第二工频冷却风扇12低频散热；本实施例中，通过对各开关的操作，向PLC控制器7输入指令，再通过PLC控制器17对破碎变频器18控制，进而实现对上辊电动机11的控制，完成相应动作；
[0038] 所述破碎变频器18的各端子连接情况如下：其STF端子与PLC控制器17 的Y000和Y001输出端子连接，用于向上辊电动机11给出系统运行信号和上辊电动机11给出车辊正向运行信号；其STR端子与PLC控制器17的Y002输出端子连接，用于向上辊电动机11给出车辊反向运行信号；其RH端子与PLC控制器17的Y003端子连接，用于向上辊电动机11给出破碎频率设置信号；其RM 端子与PLC控制器17的Y004端子连接，用于向上辊电动机11给出车辊频率设置信号；其SD端子与PLC控制器17的COM1端子连接；其R、S和T端子分别与电源二22的三相线连接；其U、V和W端子通过线路分别与上辊电动机11相连；
[0039] 所述上料变频器19的各端子连接情况如下：其STF端子与PLC控制器17 的Y005输出端子连接，用于向进料电动机2给出系统运行信号；其SD端子与 PLC控制器17的COM1端子相连，其SD端子与RH端子之间设置有开关SB7，用于给出PID闭环控制选择信号；其R、S和T端子分别与电源一21的三相连接；其U、V和W端子通过线路分别与进料电动机2相连；
[0040] 所述隔离器20的输入端子通过互感器24连接在破碎变频器18的U、V和W 端子与上辊电动机11之间的线路上，通过该MCR-SLP-1-5-UI-0信号隔离器输出双路信号，其中一路为0～5A
模拟信号，通过线路送至PLC控制器17，用于输入PLC控制器17的A\D输入模块，实现上辊电动机11实时工作电流的监控并通过HMI人机界面23显示出来，另一路为4～20mA模拟信号，通过线路输入至上料变频器19的4端子和5端子，实现下料量可调的PID控制。
[0041] 本实施例中，所述互感器24的变比为300/5。
[0042] 实施例3：
[0043] 如图1至图3所示，本实施例基本同实施例2，其特点是，所述PLC控制器 17输入端子连接的各类开关由HMI人机界面23替代，即通过HMI人机界面23 的交互式功能替代各类按钮开关等的各自的功能，通过HMI人机界面23将四辊破碎机各类控制信息的输入至PLC控制器17，再通过PLC控制器17对各变频器进行控制，另外，所述HMI人机界面23还可用于显示上辊电动机11运行时的电流信息以及报警信息，便于操作人员实时掌握四辊破碎机的运行情况。
[0044] 实施例4：
[0045] 如图1至图6所示，一种上述任一实施例所述的一种新型四辊破碎电控系统的控制方法，通过PLC控制器17对破碎变频器18和上料变频器19进行控制，进而通过破碎变频器18和上料变频器19分别对上辊电动机11和进料电动机2 进行控制，所述隔离器2将上辊电动机11的工作电流信息转化为模拟量信号后送至上料变频器9实现进料电动机2与上辊电动机11工作电流的PID闭环控制；所述电控系统运行前，对破碎变频器18和上料变频器19的参数进行设置；所述破碎变频器18和上料变频器19的运行参数分别根据上辊电动机11和进料电动机2的实际情况进行设置，附表1和2分别示出了一种上料变频器19运行参数表和破碎变频器18的运行参数表；所述进料电动机2的PID控制功能参数根据上辊电动机11的上限工作电流值、下限工作电流值以及正常工作电流值进行设定，先将上辊电动机11的上限工作电流值、下限工作电流值以及正常工作电流值根据互感器24的变比换算为0-5A的对应值，再将该0-5A的对应值根据公式y＝3.2x+4换算成4-20mA的对应值，最后将该4-20mA的对应值根据公式 y＝6.25x-25换算成所对应的比例带值，然后将各参数值在进料变频器19中进行设置；以普通三相交流导步电动机Y250M-4 55KW为例，其工作电流的上限值为 100A，下限值为55A，正常值(设定值)为85A，主回路中电流互感器变比为300/5 (A)，经电流互感器转化后的电流值分别为1.67A、0.9A和1.4A，再根据公式 y＝3.2x+4即可将各电流值转化为9.34mA、6.9mA和8.5mA，再根据公式 y＝6.25x-25换算成所对应的比例带值分别为33.3、
18.1和28.1，然后再在进料变频器中进行设定，以便于实施PID的闭环控制。
[0046] 附表1：上料变频器运行参数表
[0047]参数号 设置值 功能说明
Pr.1 50HZ 上限频率
Pr.2 5HZ 下限频率
Pr.7 3S
加速时间
Pr.8 3S 减速时间
Pr.9 16.5A
电子过电流保护
Pr.73 1(0～5V信号) 模拟量输入选择
Pr.79 2固定外部运行模式 运行模式
Pr.80 5.5KW 电机功率
Pr.81 4 电机极数
Pr.83 400 电机额定
电压Pr.96 (1)11 (先进)通用矢量控制
[0048] 附表2：破碎变频器运行参数表
[0049]
[0050]
[0051] 附表3：上料变频器PID控制功能参数表
[0052]参数号 设置值 功能说明
Pr.128 20 选择PID功能(负作用)
Pr.129 0.8 PID比例范围
Pr.130 1S PID积分时间
Pr.131 33 上限值
Pr.132 18 下限值
Pr.133 28 PID控制值
Pr.134 9999 PID微分时间
Pr.182 14 RH端子功能选择
[0053] 附表4：设定值与Pr131～Pr133参数设定表
[0054]
[0055]
[0056] 以上仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以
权利要求所界定的保护范围为准。
