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关于PLC自动控制的论文
引言
18世纪产业革命后，随着纺织工业的迅速发展，1836年出现了棉布脱水机。
这是最早的三足离心机，此后一百多年来，三足式离心机经过不断的技术深化，形成了十几个系列共计一百多种规格产品，完全覆盖了分离市场的方方面面。
随着近代环境保护、三废治理发展的需要，对于工业废水和污泥脱水处理的要求都很高，因此促使卧式螺旋卸料沉降离心机、碟式分离机和三足式下部卸料沉降离心机有了进一步的发展，特别是卧式螺旋卸料沉降离心机的发展尤为迅速。
如今，在合成塑料及合成纤维生产的分离设备中，螺旋离心机己成为关键设备之一。
我国从七十年代末开始引进螺旋离心机，对国外著名公司生产的多种规格的卧螺离心机进行了仿制。
卧螺离心机是原化工部“七五”科技攻关项目。
当时，就整体水平而言，我国还是远远落后于工业发达国家的。
随着现代工业文明的发展和人类对环境以及可持续发展战略的重视，分离效果好，振动小、噪声低成为离心机能否被市场接受的重要条件。
这就需要离心机具有良好的动态特性。
通常，动态特性包括临界转速、不平衡响应和稳定性等内容。
卧螺离心机的参数选择及优化是提高卧螺离心机动态特性的首要环节。
我国真正具有现代实用价值的第一台螺旋离心机是1954年制造的，由于它独具连续操作、处理量大、单位产量耗电量较少、适应性强等特点而得到了迅速发展，在四十多年的发展中，结构、性能、参数变化很大，分离质量、生产能力不断提高，应用范围更加广泛，在离心机领域中一直占有重要地位。
在各种国际展览会上，各种各样的螺旋离心机，是所展出的离心机中最吸引人的机型，具有良好的发展前景。
1离心机的电气说明
离心机是一种连续运转间歇卸料的固液分离设备。
其性能优良、操作方便、自动化程序高。
具备各个工艺全自动控制运行，能随时监控各个工艺段运行的状态（转速、运行时间、结束时间等）。
同时操作人员还可以对各个工艺段的参数进行在线修改，并配有数个不同的配方满足不同物料的生产要求。
2系统概述
离心机控制系统采用PLC程序控制，可选择配置触摸屏操作，配套电气-液压（气动）执行机构，通过变频调速、制动系统实现了机器的无级调速和电制动刹车。
通过料位探测、刮刀的位置监测等实现整个工序的全自动循环作业（包括：
进料、分离脱水、洗涤、卸料以及CIP等工序）。
此外，还可根据用户实际需求配置轴温监测、振动监测、转速监测、开门联锁保护、电机过热过载保护等，机器使用更安全可靠。
系统简介图1
3系统组成
卧式刮刀离心机控制系统主要由PLC、操作界面（触摸屏或操作箱）、变频器，制动单元，液压、气动系统以及现场各种传感器组成。
3.1PLC程序控制
PLC控制系统具备控制精度高，自动化程序强，适应性强，而且还具有各种通讯扩展模块，可以根据用户需要与需方工控机进行通讯，实现一体化控制。
a）PLC电源模块：
提供数字量，模拟量模块的24V直流电源以及背板总线的5V电源
b）数字量输入模块：
接收现场操作界面的按钮信号、各位位置传感器以及阀位信号等
c）数字量输出模块：
控制现场各个执行机构
d）模拟量输入模块:
接收现场4-20mA或者0-10V的传感器信号，实现AD/DA转换
e）模拟量输出模块：
输出4-20mA信号控制变频器的转速
f）高速计数模块：
检测离心机转速
3.2变频器控制
离心机主电机的启动和制动，采用了变频器控制，实现了机器的无级调速和电制动刹车
3.2.1变频器转速控制
变频器转速控制一般分为以下三种：
a.模拟量输入控制,
操作员根据工艺要求在触摸屏设置好转速下载到PLC,PLC通过模拟量输出模块转换成4~20mA或0~10V信号控制变频器转速
b.通讯控制
操作员根据工艺要求在触摸屏设置好转速下载到PLC,PLC通过通讯方式控制变频器转速
c.多段速控制
通过PLC数字量输出的段速指令1，段速指令2，段速指令3ON/OFF组合来控制变频器转速
段速指令1
段速指令2
段速指令3
速度
频率
1
0
0
加料速
20Hz
0
1
0
分离速
50Hz
1
1
0
清洗速
40Hz
0
0
1
刮料速
6Hz
3.2.2变频器的制动：
变频器的制动方式有能耗制动和回馈制动两种供选择，一般默认为能耗制动形式。
a）能耗制动：
通过制动电阻消耗制动过程中产生的能量，该制动方式具备刹车速度快，稳定性高等特点
b）回馈制动：
通过逆变单元把制动过程中产生的直流电逆变成交流电反馈到电网。
该制动方式刹车速度快，稳定性高，节能性好。
3．3现场传感器
现场传感器包括位置检测传感器，温度传感器（选配），振动传感器，氮气压力传感器（选配），氧含量检测（选配），速度检测传感器（选配）等等
3.3.1位置检测传感器
位置检测传感器：
有金属感应物碰到时，传感器灯灭。
无金属感应物碰到时，灯亮。
图2布局图
1.门盖关到位2.刮刀原位3.刮刀旋转位4.料位探测器
1）刮刀原位：
刮刀在原位时才可以开关门盖以及启动离心机
2）刮刀旋转位：
刮刀进刀位置。
3）门盖关到位：
门盖已经关上。
4）料位探测器
3.3.2振动传感器
为了离心机能更加安全稳定运行，采用了HZD-L-X1型数显振动监控仪与ST-2FB型防爆振动速度传感器配套使用来检测离心机振动。
离心机启动后，PLC控制系统会全程检测离心机振动。
当离心机振动超过振动预警值P001（P001=18mm/s）时，触摸屏上会显示振动高报警。
此时操作人员可以通过降低离心机转速的方式来减小振动。
如果振动值超过振动报警值P002（P002=25mm/s）时，离心机会自动降到安全速，并且将振动报警故障锁定。
操作人员在确认并复位报警故障后，才可以执行工艺操作指令。
当离心机降低到安全速后，振动报警值仍然超过P002，那么离心机会自动停机。
3.3.3轴承断油保护
为了防止轴承温升过高，对润滑站进行了断油检测，也可根据需要对轴承温度实施监控。
1）断油检测
在前后轴承进油管出口处设置片式分油器，当润滑油经过片式分油器后，分油器会发出频率信号（一般为50~70次/分），感应开关感应其触头，如果15秒内，感应开关感应到金属触头的频率信号，则表示流量正常，感应不到则出现断油情况，离心机会自动停机，同时触摸屏显示润滑油故障（如果有）。
2）轴温检测
在前后轴承部位各安装了一个PT100温度传感器检测轴承温度，当轴承温度超过设定值时，离心机自动停机，触摸屏显示轴承温度过高报警（如果有）。
3）压力传感器以及氧气分析
在一些防爆等级高的场合，我们离心机加入了充氮保护系统。
通过检测离心机内的氮气压力或氧气含量，保证设备安全生产。
充氮保护系统：
离心机启动前PLC执行置换程序，首先打开排空阀和高压氮气阀，置换离心机内气体，置换时间3-5min（根据转鼓容积计算），置换时间到关闭排空阀，当离心机内氮气压力到达30mbr或氧气含量低于4%时，置换阶段完成。
在离心机运转过程中，PLC自动打开低压补氮阀，不断的补充氮气。
当压力低于10mbar或者氧气含量高于6%时，离心机会自动进入停机程序。
当压力高于30mbar或氧气含量低于2%时，PLC会关闭补氮阀停止补氮。
4）速度检测
工作原理：
PLC的高速计数模块对速度检测传感器的脉冲信号进行计数。
并换算成转鼓转速。
速度检测的作用：
检测转速的主要作用是防止离心机失速，刮料时堵转以及皮带打滑，断裂。
刮料堵转现象的处理：
为了防止刮料阻力过大造成转鼓堵转。
在刮料过程中，PLC会对转鼓转速进行检测，当转鼓转速低于设定转速50转时。
PLC会判定刮刀阻力过大，并且自动退刀。
退到“等待位置”后，继续旋转刮料。
3.4操作面板
3.4.1为了方面操作，
首先介绍下离心机各个工艺段的控制方式。
1.加料
加料料层控制方式一般分为以下几种：
1）时间控制：
2）料位探测
3）流量计控制
2.分离:
加料结束后，离心机升到全速，加快母液分离，时间控制；
3.清洗
清洗控制分为
1）时间控制
2）流量控制
4.脱水：
离心机升到全速，时间控制
5.刮料控制：
当离心机到达刮料速度后，刮刀自动旋转，旋转到“旋转位”暂停10-15s后自动退刀。
3.4.2操作面板形式有两种：
1）触摸屏操作（选配项）
2）操作箱按钮操作
注：
一般默认配置现场防爆操作箱按钮操作。
1）触摸屏操作介绍：
见图3。
图上部分为画面切换区，下部分为控制参数画面区。
离心机控制一共分为6个画面区，操作人员可以通过各个画面区了解到离心机的工作状态，故障信息等等。
下面对6个画面区的功能进行介绍：
图3
A主画面：
（见图4）
1.转速显示：
白色背景数值表示实际检测转速
蓝色背景数值表示设定的转速
2.时间显示：
白色背景数值表示动作结束时间（倒计时）
蓝色背景数值表示设定时间
步骤动作说明
停止：
表示离心机处于停机状态或者正在停止状态
启动速度：
离心机开始启动
加料速度：
离心机运转至加料速度
加料：
离心机到达加料速度，加料阀打开，同时加料开始
加料间隔：
当料位探测仪探测到料满或者单次最大加料时间到，离心机将关闭加料阀，等待一定时间后，准备下次加料
加料结束：
当加料次数到达或者加料总时间到达后，将停止进料，离心机运转于加料速
分离速度：
当离心机加料结束后，将升速进行甩干
分离：
到达分离速度，开始计时
分离结束：
计时时间到，离心机在分离速旋转
清洗1速度：
离心机运转至清洗1速度
清洗1：
清洗1速度到达，打开清洗阀，同时开始计时
清洗1结束：
清洗1时间到，离心机在清洗1速度运转
脱水1速度：
清洗1结束后，离心机升速甩干
脱水1：
到达脱水1速度，开始计时间
脱水1结束：
脱水1时间到，离心机在脱水1速度运转
图4
卸料速度：
物料甩干后，离心机将降速刮料
刮刀旋转：
降至刮料速。
刮刀开始旋转
旋转到位延时：
当刮刀旋转到旋转位，刮刀在旋转位停留10S，再退刀
刮刀复位：
刮刀退回
刮料结束：
刮料结束后，离心机将运转于刮料速.
半自动操作方式：
按钮切换到半自动状态，通过工艺选择按钮执行遇到运行的步骤
反冲洗，加料，分离，清洗1，脱水1，清洗2，脱水2，刮料
在线清洗，
当选择步骤运行结束后，离心机将旋转于该步骤设定的速度，同时等待下个步骤指令的执行
全自动操作方式
切换到全自动状态：
按下启动按钮，离心机将
加料------分离--------清洗1--------脱水1--------清洗2------脱水2--------刮料
循环运行。
当需要步骤暂时时，可以按下程序暂停按钮。
刮刀复位
当刮刀不在原位时，可以同过该按钮对刮刀进行复位。
如果在刮料过程中出现异常时，也可以通过该按钮终止刮料程序
7．升降速按钮
在加料，清洗，分离，脱水过程中出现振动过大时，可以通过降速按钮来降低转速消除振动。
等振动减小后，通过升速按钮升到该速度段。
在升降速过程中，加料阀和清洗阀会自动关闭
8.开关门盖
在开关门盖时，必须要检查刮刀和探料板是否在原位。
否则不得开关门盖！
9..加料参数：
单次加料时间和加料次数显示
10.前轴温，后轴温显示：
当温度超过90摄氏度时，轴承温度过高，离心机会自动停止。
11.振动显示：
振动预警值（20mm/s）：
振动超过振动预警值时，发出振动警告，离心机不降速
振动报警值（25mm/s）：
振动超过振动报警值时，离心机自动降速，当降到安全速度时，振动值仍然超过25mm/s,离心机自动停机
12.各阀门电机的状态显示
当阀门和电机运行时，背景色会变成绿色。
出现故障时，变成黄色并闪烁
13.接近开关位置检测：
当接近开关检测到位置信号时，背景色由蓝色变成绿色。
a）在离心机启动前，请检查“刮刀原位”，“门盖关到位”，2个位置信号是否为绿色。
否则离心机无法启动
b）刮刀2个位置的检测开关最多只有1个有信号。
如果同时2个或2个以上位置检测开关有信号，则说明检测开关出现故障。
14.排母液阀和排洗液阀（如果有）：
停机时，排母液阀和排洗液阀应该处于开状态。
在各个工艺段，排母液阀和排洗液阀肯定会有一个打开，保证母液能顺利排出。
B菜单画面
图5
配方名：
生产参数
数据记录名：
客户存储的数据纪录（保存量根据存储卡大小决定）
功能按钮：
：
新建数据纪录
：
保存数据纪录
：
删除数据纪录
：
把当前数据纪录下载到PLC
：
把PLC内的数据纪录上传到当前数据纪录菜单
数据纪录条目名介绍：
1_加料参数设置
加料速度：
加料速度设定值
加料次数：
总加料次数
单词加料最大时间：
加料间隔时间：
多次加料的间隔时间
2_分离参数设置
分离速度
分离时间
3_清洗参数设置
清洗速度
清洗时间：
清洗阀开的总时间
清洗阀开时间：
单次清洗阀开的时间
清洗阀关时间：
清洗阀关闭的时间，清洗阀关时，清洗时间监测定时器暂停
4_脱水参数设置
脱水速度
脱水时间
5_刮料参数设定
刮料速度
刮刀暂停时间
C.报警画面（图6）
图6
报警栏主要有报警编号，报警时间，报警日期，报警状态和报警信息组成。
具体报警故障处理请参照故障处理部分
D．检修画面（图7）
将面板上的钥匙开关旋到检修档，进入检修模式。
在检修模式下，检修人员可以单独控制各个执行机构。
液压电机：
按下按钮液压电机启动。
再次按下液压电机停止。
润滑电机：
按下按钮润滑电机启动。
再次按下液压电机停止
总阀：
在动作刮刀，门盖时，应先打开总阀
刮刀：
刮刀进和刮刀退两个按钮为点动按钮。
检查刮刀动作，必须将门盖打开到90度或者关闭门盖再执行该动作。
严禁在门盖未全部打开或者门盖未锁紧时动作刮刀。
加料阀，清洗阀等：
当需要动作阀门时，请先将手动阀门关闭，防止出现漏料等现象。
退出系统：
当需要矫正触摸屏或者需要修改触摸屏设置时，可以按“退出系统”按钮，进入触摸屏操作系统进行设置。
按“退出系统”按钮，进入触摸屏操作系统进行设置。
图7
F:
趋势图
离心机运行时，控制系统会自动纪录离心机的振动和轴承温度，并通过趋势图形式显示出来，方便客户对离心机运行状态的查询以及故障分析。
（纪录数据的多少由扩展存储卡决定）
下面介绍下趋势图功能按钮的使用：
暂停记录
返回初始纪录点
X轴（时间轴）右移
X轴（时间轴）左移
放大趋势图
缩小趋势图
标尺
标尺左移
标尺右移动
图8
图8为振动和转速趋势图。
趋势图的X轴为记录时间。
Y轴左轴表示振动和步骤号，右轴表示转速。
1.步骤号数值对应步骤
步骤号=20：
加料
步骤号=30：
分离
步骤号=40：
清洗1
步骤号=50：
脱水1
步骤号=60：
清洗2
步骤号=70：
脱水2
步骤号=80：
刮料
步骤号=0：
停止
步骤号的趋势图为黑色
2.振动趋势图（黑色）
注：
趋势图的横线标尺表示振动的最大值（25mm/s）。
3.转速趋势图（蓝色）
图9是前后轴承的温度记录趋势
前轴温是黑色曲线，后轴温是蓝色曲线。
横线标尺表示温度的报警值90摄氏度。
图9
2）现场操作箱按钮操作：
手动操作：
1）打到手动档
2）加料控制
按下加料速按钮升到加料转速
速度到达后，按下加料开关按钮，开始加料
禁止在升降速过程中强行加料，以免出现振动过大等异常情况
当料位探测板探测到物料后，自动关闭加料阀，加料结束
加料结束后，如果母液难脱水，可以通过撇液装置撇出。
3）分离：
按下分离速按钮，离心机自动升到分离速
4）清洗：
按下清洗按钮，升到清洗速后，打开清洗阀清洗
5）刮料：
按下刮料速按钮，当速度降到刮料速后，按下卸料按钮。
卸料结束后，刮刀自动退回。
在卸料过程中再次按下卸料按钮可以暂停刮料。
再次按下，继续刮料
在刮刀出现故障后无法自动退回，可以通过退刀按钮退刀
6）在离心过程中出现异常情况，可以通过急停按钮紧急停车
自动操作：
1）打到自动档
2）按下自动按钮，程序会自动循环执行反冲洗~加料~分离~清洗~脱水~刮料
3）在自动过程中如果出现异常情况，可切换到手动档操作。
4性能与特点
4.1性能：
离心机为卧式安装连续运转、间隙出料的过滤式刮刀卸料的自动离心机，结构设计合理，密封可靠，采用独立的液压和润滑系统，可根据使用需要配置充氮保护系统；
该型离心机采用PLC程序控制，通过变频控制离心机运转速度，采用电阻能耗制动或者回馈制动，离心机转速无极可调。
可以采用自动控制或手动控制离心机的加料、分离、洗涤、脱水、卸料、滤布再生的周期性循环操作。
在自动操作时，机器的各道工序时间由电气控制系统控制，可以根据工艺需要在一定范围内调整。
该型离心机的分离因素较高，分离效果较好，所得的固相含湿量较低，在合理选用和使用过滤介质的条件下，该型离心机具有较高的生产能力；离心机的刮刀在卸料过程中会对固相颗粒有一定的破碎性。
该型离心机主要适用于有毒、易燃易爆、中细固相的固液分离，尤其对固相晶粒边棱形状要求不高者更为适用，广泛使用于制药、化工、食品等行业。
4.2主要特点：
与物料及母液接触的部件材质应由用户根据被分离物料的腐蚀性选择后提供给制造商，制造商辅助用户合理选择，最终材质选择以合同附件为准；材质一般可以选用0Cr19Ni9、06Cr18Ni11Ti、00Cr17Ni14Mo2、TA2、C276、双相钢、衬Halar、衬F46等；
该机采用PLC程序控制，配置变频调速控制系统，可实现机器的无级调速和机器的制动，可以实现机器工作运转的完全自动化操作；
机器设计了多个安全联锁保护装置，进一步提高了机器的安全性能；
离心机底部需要配装浮动平台、减振器（一般为弹性橡胶减震器或阻尼减振器），减小机器振动对厂房及设备的危害；
4.3操作程序
充氮保护控制方式一般有通过压力变送器检测机内氮气压力和通过压力变送器和固定气体探测器（氧含量检测）共同检测控制两种方式，用户需要根据实
际工况合理选择控制方式。
这里仅以压力变送器和固定气体探测器共同检测控制的方式介绍其控制原理。
4.3.1惰性化
离心机的进气管路由高压进气管路、低压进气管路并联组成；检测控制回路由压力检测控制回路和氧含量检测控制回路并联组成，整个控制过程受PLC控制，启动前先打开排气阀门和高压氮气阀门，快速置换机内氧气，此时气体探测器对机内氧含量进行检测，合格后关闭排气阀门，继续高压充氮气，当机内氮气压力达到设定值后，关闭高压充氮气阀，同时开启低压氮气阀门，若不符合设定要求则继续充氮气，离心机内腔气体环境达到设定值后离心机启动进入工作流程；在运行过程中对离心机内部进行压力检测和氧含量检测，低于设定指标时自动对机内进行氮气补充，使离心机内部氮气压力维持在25～30mbar，氧含量不大于4%。
5机器工作原理
当机器工作时，达到加料转速后进料阀自动开启，悬浮液沿进料管进入运转的转鼓内，在离心力作用下，悬浮液中大部分液体经滤网、衬网及转鼓壁上的小孔被甩出，由外壳筒体侧面的出水口流出，固体则截留在转鼓内，加料阀开启到一定的时间后自动关闭，停止进料，转速升高，物料在转鼓内进一步甩干。
物料甩干到一定时间后，清洗阀开启，清洗水经清洗管喷淋在固体物料上，分离出来的液体可以根据需要选择与母液分开收集。
洗涤一定时间后，清洗阀关闭，转鼓继续全速运转直至转鼓内的物料达到工艺要求；转速降至刮料转速，宽刮刀自动旋转上升，慢慢切入料层中，固体物料被刮下掉进倾斜的卸料斗，沿卸料斗斜面滑下，排出机外，刮刀上升到离滤网一定的距离时，刮刀油缸碰及电感式传感器，发出信号，刮刀停止上升并随即反退回原来位置，进入下一个周期，周而复始，完成对悬浮液的分离。
6电气原理图
7I\O分配表
X1手动\自动YO加料阀
X2加料速（20HZ）Y1排母液阀
X3分离速（50HZ）Y2液压电机
X4清洗速（40HZ）Y3润滑电机
X5刮料速（6HZ）Y4电机正转
X6停止Y5段速1
X7加料开关Y6段速2
X10清洗开关Y7段速3
X11卸料Y10刮刀旋转
X12退刀Y12清洗阀
X15急停Y13出水阀
X16刮刀复位Y14刮刀复位
X17刮刀旋转点Y17故障警报（灯）
X20断油保护Y20电机反转
X22机盖闭合Y24清洗电机
X23料位探测
X24主变频故障
X25转速稳定
X26震动低
X27震动高
X30自动\手动
X31液压电机过载
X32润滑电机过载
X33故障复位
8PLC流程图
致谢
本设计的完成是在我们的导师司立众老师的细心指导下进行的。
在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。
从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了老师很多的宝贵时间和精力，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有老师的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此向导师表示衷心地感谢！
导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生。
参考文献
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84～86
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