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1、 第57页 共 57页0 绪论随着我国煤炭、矿山、建筑等行业规模的不断发展，破碎机呈现出种类、数目不断增多，机型不断丰富的局面。随着各行业对破碎机产品质量要求的不断提高，对破碎机技术提出了更高的要求，特别是对辊式破碎机提出了更新更高的要求。在当前各种多功能全自动破碎机逐渐进入各企业的情况下，人们有必要对国产破碎机的应用现状及发展作进一步研究。对辊式破碎机适用于在水泥，化工，电力，冶金，建材，耐火材料等工业部门破碎中等硬度的物料，如石灰石，炉渣 ，焦炭，煤等物料的中碎，细碎作业。对辊式破碎机两路齿辊由油泵润滑，物料进入破碎机后靠辊子的挤轧和磨剪力进行破碎，其结构简单、紧凑、轻便、工作可靠、破碎能
2、力大。对辊式破碎机齿形优化设计，拉剪力选择破碎，高效低耗，出粒均匀，将其应用在大块物料破碎至小块物料，是其他破碎机所望尘莫及的。本课题将选用西门子的S7-300 PLC程序，根据控制要求设计出对辊式破碎机的控制系统。本控制系统应该有硬件设计和软件设计两部分。1 国产破碎机的背景1.1 国产破碎机的发展1.在质量方面，由于破碎机是机械中较为复杂的机械，它包罗了机、电、气、光和其它技术于一体，而目前国内破碎机制造厂无论是产品的最初设计水平，还是后来的加工与装配水平，都与国外同行有着十几年的差距，无法生产出真正有竞争力的产品。2.在适应性方面，国产自动破碎机的功能比较单一，适应面也比较窄，对待装破碎
3、机的形状与体积等均有较严格的规定，一般只适用于一二种破碎机，而国内同一破碎机生产企业所生产的破碎机规格各不相同，产量也不同，这就给相关工作带来一定的困难。而国外破碎机生产厂商特别注重这方面的问题，他们所生产的设备功能更加灵活多变，适用范围也更广。3.在运行可靠性方面，进口自动也要高出国产一截，部分国产破碎机的故障率较高。因此，许多破碎机生产企业不得不购买多台国产自动，以防因维修机器而影响正常生产。4.在工作效率方面，由于国产破碎机的运行速度大多在中低档水平，且自动化程度一般，其生产效率自然不如以生产高档产品著称的国外同类产品，这样就等于无形中增加了企业的成本，降低了企业的利润，造成了极大的浪费
4、。总之，目前国产破碎机存在着适应物种类单一、纸盒尺寸的变化范围小、生产速度普遍停留在中低速水平等不完善之处。1.2国产破碎机所存在的问题1.破碎机的研制是一个复杂的系统工程，需要有雄厚的技术力量、精密的生产工艺等多方面的要求，而目前我国在这方面的投入甚少，行业中的产品生产与基础研究经费的投入比例严重失调，生产厂家只顾眼前利益，不愿投入资金进行基础研究。可以说，破碎机的研发力量薄弱与经费严重不足造成其技术含量低下，无法与国外同类产品竞争，且只能靠低价维持其市场竞争力，无法长期占领市场的现状。2.在行业中，破碎机低水平重复太多，应变能力不强，国内的大部分生产厂商规模都很小，且大多生产同种类型的设备
5、，在市场上进行低价恶性竞争，而一旦遇上市场要求变动，又无法及时转型，从而极易被市场所淘汰。1.3 破碎机的发展趋势人机工程学属于一种综合性的边缘学科，现已广泛地应用于产品设计中，使产品设计更注重人的因素，它的最终目的是达到“人产品环境”的和谐统一。那么破碎机设备作为一种为了降低人的劳动强度的产品来说更应该考虑人的因素，且应该将这种观念贯穿于机械设计的每一个细节，如操作台面的高低、操作程序的合理化、操作界面的视觉效果（视疲劳的产生程度）、操作的安全性、维修的方便性、调整的方便性等。制料厂家由于各种因素对破碎机更新换代比较频繁，那么一种型号的设备就不能只用于一种产品的。由于不同破碎机的态、特性，即
6、使工艺相同，也会涉及到模具不同、加料方式不同等问题。现今市场上的破碎机设备兼容性较小，适用也不广泛，一般为一对一的，既使可以包不同的破碎机，更换模具也不是很方便。如果把工序相同或类似的机械做成一种或几种标准设备，需要更换的部位做成能独立运行的基本单元体，通过接口相连实现和主机的连机，使其和主机成为一个共同体（类似积木的形式，可以根据要求进行组合），在实际应用中根据自己的需要对基本单元体进行自行组合就行了。如果能实现这种设计，既方便操作者更换模具，又可以极大的减少浪费，同时增大了机器的灵活性和适用性。1.4 实现自动化自动化已成为一种必然的趋势，而且我们也正朝着这个方向努力。但现在的自动化只能说
7、是相对的，要实现真正的自动化我们的路还很长，会碰到诸如检测、自动调整等一系列问题。对形态各异、物理特性各不相同的破碎机在检测过程中所碰到的问题会更多，而检测之后数据的传输和处理，对控制系统的要求也不会就停。留在当前的程度上。这需要电子行业和行业的共同努力，需要医料机械能够将新的电子技术及时的应用到实践中来，需要两个行业的共同探索。有些制料机械企业已经开始用伺服电机控制代替传统的传动系统，这种替代就是对传统框框的一种改革和突破。用伺服系统控制的传动系统即可以通过程序的编写来控制整个动作的同步问题，又可以消除传统传动系统容易形成积累误差的缺点，在调试的过程还可以对每个动作单独控制，也节省了调试所形
8、成的浪费。在自动化的设计中我们强调“模块化”设计，将相关动作分解开来，由系统独立控制，并可方便地实现整体控制，实际上是增加了机械运行和调节的灵活性，提高了自动化。在对医疗机械进行自动化上，我们对自动化定义越来越广，越来越细，研究的也越来越深，从一种机械自动化上升到整个车间的自动化，从的一部分工序到整个过程，整条生产线及整个车间的设计将成为一种必然的趋势。整体自动化车间的设计，实际上是对破碎机提供一套完整的解决方案，是对自动化一种全新的飞跃，随着这种趋势的发展，工业也会加入其中，发挥它强大的功能。从绿色设计的角度看待机械，我们需要改进的地方还很多。泡罩采用的无边冲裁，就是成功的典型一例，它既是破
9、碎机厂家的节约之举，也是社会资源的节约，同时还减少了环境污染。刚刚修订过的固体环境污染防治法草案,草案的实施对过度问题提出了具体的限制，虽然仍不完善，但这说明国家已经将所引起的环境问题提到日程上来了。据统计，垃圾已经占到生活垃圾的30%，而这些垃圾绝大部分都是过度。顺着这个思路思考一下医料机械的整体状况，就会发现我们距离“绿色”有多远。我们应当遵守这样一条原则：减少一切可以避免的，一切废品都是浪费，都可能对环境造成污染。在这条原则的下，我们可以从结构、工艺组合及原材料等方面来考虑我们的机械。2 可编程控制器PLC原理及选型2.1 PLC发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑
10、条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期
11、，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2.2 PLC 的应用现状自20 世纪60 年代中期以来PLC 产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用, 尤其近20 年来计算机和信息技术的飞速发展, 不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格, 使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了
12、长足进步, 也使PLC 的广泛应用成为可能。下面通过两组数据(引自工控网) 说明PLC 的应用现状。PLC 在冶金行业的市场将持续增加2003 年中国的工业出现了快速增长, 工业产值同比增长在12% 以上, 而且中国的最大钢铁出口对象美国在2003 年下半年取消了钢铁附加税, 中国钢材对其出口也将迅速回升。这些有利因素刺激了中国冶金行业的投资。据调查, 中国冶金行业对设备的投资同比增长接近50%。冶金设备的大量增长带动了PLC 在该行业的增长, 2003 年PLC 在冶金行业的市场达到216 亿元, 2004 年有望达到3 亿元。PLC 在纺织行业的应用分析。在中国, PLC 在纺织机械上的运
13、用已经有17 年的历史了, 从最早的进口合成纤维生产设备到目前的中小型纺机, PLC 无处不在。占各类纺织机械60% 以上的织机平均每台带有一个小型的PLC, 主要用于检测、报警、速度控制和机器启停控制。纺机的比例在纺织机械中不到5% , 却用到更多的PLC, 单台纺纱机最多用到17台PLC, 主要是60个IO点以下的微型产品。梳棉机也用微小型PLC 控制。其它各类纺织机械基本上都采用PLC 控制, 只有一些相对简单的设备采用单片机或者其它控制方式。纺织机械的辅助设备也主要由PLC 控制, 如循环水系统、空调系统、蒸气系统、废水处理系统、线等。实际上PLC 在中国的应用已分布到各行各业, 根据
14、工控网的调查, 2003 年中国控制类产品市场PLC的占有率已超过50% , 而且保持着10% 15%的发展速度。2.3 PLC 控制系统的发展前景现在,虽然出现了性能更加优越的 DCS 和 FCS 控制系统, PLC 控制也终将会被先进的 FCS 控制所取代,但是目前以及今后相当长的一段时间, PLC 还会与 DCS 和 FCS 共存,这主要基于以下原因:(1) 现在企业的确正在朝着自动化、信息化、开放化的方向发展,但这并不意味着要将现有控制系统推倒重来。企业投入大量的人力和财力建立起来的 PLC 控制系统已经成型,如果要完全推翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系统,需要更大的资金投入,
15、将造成很大的浪费。(2) 基于以上市场需求,许多软件厂商(例如: 华富惠通软件公司) 正在考虑如何利用企业已经成型的控制系统及新建的厂级网络,开发控制系统软件,帮助企业实现工厂自动化、信息化,为企业提供控制系统与管理网络的集成。(3) 目前, PLC 的功能增强、结构优化, IO 模块趋向分散化、智能化,编程工具和编程语言更具标准化和高级化。(4) PLC 的联网通信能力增强, 向高速度、多层次、大信息量、高可靠性及开放式的通信发展。(5) 现在的 PLC 系统与 DCS 技术、现场总线IO技术相结合,结构开放、扩展方便、技术先进、价格低廉。由以上分析可以预见,未来 PLC 将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展,故 PLC 虽然面临其它自动化控制系统的挑战,但同时也在吸收它们的优点, 互相融合,不断创新,在今后一段时间内将与其它先进控制方式并存,共同发展。2.4可编程序控制器PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。（1） 按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。1.整体式 PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构
