基于西门子PLC的离心机控制系统

龙源期刊网的离心机控制系统作者：杨峰权刘正海祝义华陈海涛邓利伟林录云来源：《科技创新导报》2017年第35期摘要：随着离心机应用领域的不断扩大，为了满足客户对电气控制及自动化的各项指标要求，开发了基于西门子PLC的离心机控制系统。根据离心机生产工艺的技术要求，设计输入输出I/O端口，然后选配PLC型号，设计硬件组态；介绍了利用多个计数器进行时间控制，使离心机控制系统在相应的时间段内启动、停止相应的设备，从而实现了自动启停功能；利用西门子公司的编程软件Step7、监控组态软件及其通信功能实现了对离心机运行的全程监控，满足了该系统的实时性和稳定性要求，使该系统无论从效率上还是功能上都获得了质的飞跃，很好地满足了客户提出的各项技术要求。关键词：离心机西门子PLCStep7中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0005-05Abstract：Withthecontinuousexpansionoftheapplicationfieldofcentrifuges，inordertomeetcustomerrequirementsforelectricalcontrolandautomation，thecentrifugecontrolsystembasedonSIEMENSPLCisdeveloped.ThroughtheunderstandingofcentrifugeproductionprocessflowtocounttheinputandoutputI/Opoint，andthencarryoutPLCselectionandthedesignofhardwareconfiguration.Introducesthetimecontrolusingmultiplecounters，makethecentrifugecontrolsystemstartandstopthecorrespondingequipmentinthecorrespondingtimeperiod，soastorealizetheautomaticstartandstopfunction.UsingSIEMENS'sprogrammingsoftwareStep7，configurationsoftwareandcommunicationfunctionstoachievethefullmonitoringofthecentrifugeoperation，thestabilityofthesystemandreal-timerequirementsaremet，havethemachinebothfromthefunctionandefficiencyimproved，andbetterachievethecustomerrequirementsoftheindicators.KeyWords：Centrifuge；SIEMENS；PLC；Step7离心机具有分离能力大、能连续自动化运行、劳动强度较低、人工操作方便以及维修费用低等优点，得到了快速发展，广泛应用于石油、化工、制药、选矿、煤炭、食品、船舶和水处理等行业。在不断的发展过程中，离心机在结构、性能、参数上变化很大，分离质量、生产能力也比以前大大提高，应用范围也更加扩大，而它也得到了广泛的研究[1-2]。在20世纪90年代国内外离心机生产厂家，一直使用继电器作为离心机电气控制的主要器件，随着离心机应用领域的不断扩大，客户对控制及自动化要求越来越能高[3]，本厂开发了以PLC作为控制核心的系列化产品，满足了市场的迫切需求，并且取得了良好的经济效益。1离心机污泥脱水设备工艺流程龙源期刊网污水处理工艺本离心机设计研究应用于某污水处理行业，该技术要求如下。（1）脱水后污泥含水率低于80%。（2）进料螺杆泵、加药螺杆泵指定耐驰或西派克品牌产品。（3）变频器应为配谐波抑制器，防止对控制系统及检测仪表产生干扰。（4）液晶触摸屏人机界面；脱水系统的整套运作集中操作，具有手动和自动两种操作方式；显示系统的工作状态和故障报警；具有脱水系统运行状况的显示和设定；具有故障报警的历史记录；系统运行状况、各种实时参数、报警信号送上位机；具有自动连续测量螺旋推料力矩，自动调节进料流量，适应不同的进料特性；连续检测转鼓转速与螺旋转速之差，使得差转速能够实现闭环控制，在工况波动异常时保持分离效果的稳定性；停车具备自动清洗功能；上位机通信，远程监控，远程诊断。1.2污水处理工艺如图1所示，来自储泥池中的污水通过污泥粉碎机粉碎物料中的编织带、玻璃等杂物。污泥泵将物料（浓度0.5%～4%）送入离心机中，连续溶液药物添加的全自动絮凝剂配料装置通过加药泵往离心机内添加浓度为1‰～3‰的絮凝剂溶液，并在进料管及其附近实行絮凝，变成絮团后投入至离心机。在离心机高速旋转带来的离心力作用下，悬浮液中比重大的固相微颗粒沉积依附在转鼓内壁上，同转鼓相对运动的螺旋持续地将沉积在转鼓内壁上的微颗粒刮下，推出至排污口，再通过螺旋输送机将渣排到室外。分离后的清液通过液层调节板处排出转鼓。螺旋与转鼓之间的差转速是通过差速器来完成的，其大小由副电机控制，故而完成了离心机对物料的不间断分离效果。此系统流程图适用于污水处理工艺要求的城市市政污水、城市自来水、生活污水以及工业废水。2PLC控制系统设计2.1PLC硬件系统设计如图2所示，本套离心机PLC控制系统包括西门子PLC、数字量输入输出部分、模拟量输入输出部分，触摸屏等。所述数字量输入部分包括紧急停车、刀闸阀故障、主副变频器故障、进泥变频器故障，3台搅拌机热过载故障等，其中故障信号均送入PLC的数字量输入模块，以便PLC侦测出整套系统出现的异常现象，PLC控制系统根据采集到的信号第一时间作出相应的处理；数字量输出部分包括控制主副变频器、吸粉电机、搅拌机，冲洗阀等，同时还控制进料泵和加药泵的加减速以及控制离心机分离或冲洗；模拟量输入部分包括主机电流、转龙源期刊网速，副机力矩、转速，供粉电机转速，以及供水量、进泥量和加药量等，输入为4～20mA标准信号；模拟输出控制副机转速和供粉电机转速，均为4～20mA标准信号。其间PLC系统做出相应的状态报警显示以及与触摸屏通信，且可以选择手动操作或自动操作。此套系统设计以PLC为核心控制器件，满足了系统的稳定性和实时性要求，并且针对离心机特殊工艺的要求，专门设计了双电机双变频能量反馈电气控制系统。本套系统硬件结构没有复杂的外围逻辑电路，充分发挥了PLC速度快、稳定性好的特点，加上巧妙的硬件布局，使得控制形式灵活多样，可靠性高。它为信号检测诊断以及电气控制简单化和智能化提供了一个很好的应用平台。2.2PLC选型设计根据离心机对PLC控制系统的技术指标，确定所需数字输入信号为15点数，数字输出信号为25点数，据此选择西门子S7-200，具有16点数字输入、10点继电器输出的CPU224XP和16点数字输入、16点继电器输出的EM223扩展模块，能够满足数字量输入输出的要求。根据离心机对PLC控制系统的技术指标，确定所需模拟输入信号为9点数，模拟输出信号为2点数。据此选择3块具有4点模拟输入、1点模拟输出的EM235扩展模块，能够满足模拟量输入输出的要求。综上所述，整套PLC硬件框架设计如图3所示，满足此套离心机系统的工艺要求。2.3PLC控制系统软件编程设计程序采用德国西门子SIEMENS公司小型PLC，S7-200系列进行控制离心机系统设备[4-5]，采用STEP7MicroWIN软件进行编程。如图4所示，程序采用调用子程序、时间顺序控制、报警处理等多种控制方式，运用了比较、计数、计时、开关、累加、自定义程序块等多种指令，实现离心机完善地智能化控制。如图5所示，在离心机进料过程中，要求离心机螺旋受力（扭矩）能够稳定，离心机在这样离心机分离效果就能够稳定，离心机的转鼓驱动系统由变频器-主电机组成，启动平稳，转速变频无级可调。螺旋驱动系统变频器、辅助电机以及多级行星齿轮差速器构成，差速控制无级可调，差速器与辅助电机设计为直联驱动。当离心机螺旋进料过程中扭矩发生变化时，通过自动调整差速，改变离心机排料速度从而实现扭矩的恒定控制。2.4PLC控制系统自动操作离心机脱水机控制柜内置PLC可编程序控制器，实现对主电机、副电机和冲洗阀等设备的控制，完成全自动化的运作，系统运作的各种实时状况通过人机界面输入，并对系统内部各种运行状况进行全程监控，当系统出现故障时进行相应的报警，并显示故障信号，具备完善的自诊断和处理能力，易于操作，维护方便。点击“主机自动”，弹出离心机自动控制画面，如图6所示。龙源期刊网点击“程序启动”，离心机将自动运行；点击“时序图”，我们将看到离心机的运行时序图，如图7所示。离心机的运行流程：离心机升速t1秒、离心机稳速t2秒，在稳速的同时冲洗阀打开，稳速时间到冲洗阀关闭，然后弹出进料确认画面，如果条件具备，按确认键，加药泵、进料泵、切割机同时开启。当进料泵开启后延时t3秒开刀闸阀，离心机在正常分离状态。分离结束按“程序停止”，离心机空载运行t4秒，同时刀闸阀延时t5秒关闭，空载时间到离心机自由停机t6秒，进入低速冲洗程序，离心机启动t7秒，冲洗阀打开，冲洗t8秒后，冲洗阀关闭，离心机自由停机t9秒，进入第二次冲洗，离心机启动t10秒，冲洗阀打开，冲洗t11秒后，冲洗阀关闭，离心机自由停机t12秒，最后全机复位。2.5PLC控制系统手动操作离心机手动操作时，根据实际情况调节加药量和进泥量，清液呈白色、有很多泡沫、泥饼里有絮凝剂，减少加药量、慢慢增加进泥量。清液浑浊、泥饼很稀，增加药量，慢慢减少进泥量；打开冲洗阀后，如果出渣口出水的话，就要关闭刀闸阀。3离心机现场调试在大量的模拟实验中，均取得了良好的控制效果，离心机手动、自动运行稳定，各项指标均已经过质检科严格考核，并且全部符合要求。图8为离心机出泥效果，出泥含水率在71.91%～75.81%之间，达到泥饼含水率小于80%的客户指标要求，同时滤液含固量低于0.2%，也完全能够达到要求。4结语基于西门子PLC的离心机控制系统，满足了系统的稳定性和实时性要求，使该机无论从功能上还是效率上都获得了质的提高，较好地达到了客户提出的各项控制要求。参考文献[1]陈先锋，邵黎军，刘志明，等.立式离心机电气控制系统设计[J].现代冶金，2017（1）：53-58.[2]郭宏斌.基于PLC卧式螺旋离心机变频调速控制系统的研究[J].黑龙江科技信息，2014（24）：144.[3]杜寿兵，张鹏，王小龙，等.基于PLC和HMI的离心机安全门测控系统设计[J].工业控制计算机，2017（2）：53-54，57.[4]周红燕.基于PLC的离心机控制系统[J].聚氯乙烯，2016（1）：30-31.[5]凌明.西门子系统在离心机上的应用[J].机电工程技术，2013（9）：30-31，81.龙源期刊网