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    基于PLC控制的LGZ1600离心机变频调速系统的设计

    安徽蚌埠机电技师学院   黄谊
    摘 要:本文主要介绍基于PLC控制的LGZ1600离心机变频调速系统的设计,立式刮刀卸料自动过滤离心机离心机的结构,系统原理、系统设计以及德国西门子公司MM440系列变频器运用在1600立式刮刀卸料自动过滤离心机上的情况。
    关键词:立式刮刀卸料自动过滤离心机 变频器 PLC
    一、前言
    LGZ1600离心机是立式刮刀卸料自动过滤离心机,主要用于固相为颗粒状悬浮物料固液相分离,也可用于纤维状物料固液相分离??笪?、环保、医药、化工等行业中广泛应用。离心机属于起动惯量大、加减速频繁、周期运行的设备。离心机的工艺流程通常都可分为进料、洗涤、脱水、卸料等几个主要步骤。而根据生产工艺及物料的特性,要求能够随时更改离心机的进料、脱水、洗涤等步骤的次数、时间以及其他各种时间参数。目前多数离心机仍由继电器控制,采用有级调速,离心机工作转速调节单一、设备故障率较高,生产效率低下。为克服这些问题,我们课题组成员对制药厂LGZ1600离心机电控系统进行技术改造,采用PLC控制和变频器调速,离心机电气控制系统应具备以下功能:控制机器程序动作,包括开机、关机、报警自停,故障诊断等;具备人机对话功能,能够设置和显示工艺参数,并根据工艺的要求在人机界面上,修改参数;系统中PLC、人机界面进行网络通信,使该系统自动化程度高、稳定性好,运行可靠,现已成功应用于多家制药厂。
    二、系统原理
    本离心机系统的控制方式分为:手动、单循环、全自动等三种方式。手动和单循环是在调试、故障恢复或者其它试车情况下使用,正常生产时使用全自动循环方式。
    离心机工作原理是将待分离物料经进料管送入高速旋转离心机转鼓内,在高速旋转产生的离心力作用下,物料滤布(滤网)实现过滤,液相经出液管排出,固相颗粒则截留分离沉积在转鼓内壁上,待转鼓内滤饼达到机器规定装料量,停止装料,对滤饼进行洗涤,同时将洗涤液滤出,达到分离要求后,离心机低速运转,螺旋刮刀装置动作,将滤饼刮下开始卸料,完成一次工作循环。卸料后对转鼓进行洗涤准备下一循环,从而实现了离心机对物料的连续分离过程。 整个流程情况及控制过程要求既能由现场操作台控制,又能在总控制室中进行远距离监控操作。
    离心机离心工艺过程:
    (1)进料:当变频器速度达到20Hz时,首先打开进料阀,当料层检测传感器检测到料层满时,关闭进料阀并延时10S,料层满信号消失再次打开进料阀连续执行上述动作2次。
    (2)洗涤:当变频器速度达到30Hz时打开洗涤阀进行清洗,洗涤时间、暂停时间和洗涤次数所分离药物品种由文本设置。洗涤工艺完成后进入脱水过程。
    (3)脱水:当变频器升速至50Hz进行高速分离,脱水时间可由文本设置,时间到后变频器降速至10Hz。
    (4)卸料:脱水后料层过厚,刮刀采用分段定时旋转卸料,即刮刀旋转(时间可通过TD400C文本设置或触摸屏设置)→ 停2秒 → 刮刀下降(下降高度可设置),重复上述动作,直至最后一次刮刀下降至下限感器动作,然后上升到顶部至上限位停止动作。 
    三、系统设计
    (一)硬件设计
    本离心机控制系统根据工艺和设备管理要求,由现场操作箱和控制柜及总控室上位机三部分组成。现场操作箱在离心机现场,其中现场操作箱安装有所用的操作按钮、指示灯、转速显示和主电机电流显示仪表等元件设备;控制柜内装有可编程控制器(PLC)、交流变频器、程控稳流稳压电源、继电器、信号隔离转换器等。总控制室上位机与现场操作箱由通讯电缆联接。根据设计要求,综合设备的先进性,可靠性和成本因素,硬件采用如下配置:系统采用西门子公司S7-200CPU226型可编程序控制器(PLC)和一个扩展??榭刂?,用来采集柜内和现场的各类开关量信号;当程序设定好后可进行无人看护自动化操作或选择手动控制,并对进料、洗涤、脱水、卸料等进行全过程监护。离心机调速采用变频器进行调速,离心机为恒转矩大惯性负载,采用变频控制实现电机的软启动既可减少对电网的冲击,也减少机械冲击而延长设备寿命,还可以根据不同工艺要求进行多段速运行。同时变频器具有过流、过载、过压等丰富的?;すδ?当负载或电机出现异常时变频器因故障?;⒖焖俜馑涑鲆约笆北;さ缁?。电压(0-10V)来控制变频器频率显示表,变频器采用德国西门子公司MM440系列变频器,功率22KW。文本显示器采用TD400C。PLC采用西门子S7-200主机和扩展???,共用27个输入点,27个输出点。
         另外工业现场信号干扰较强,为此增加了消抖防信号干扰,从离心机现场使用的传感器输入信号分别经4个隔离栅接入PLC输入。
    (二)软件设计
    编程采用编程软件SIMATIC专业软件包,它基于个人计算机,适用于西门子公司PLC用户程序编制和监控,通过计算机串行接口与PLC编程口相连,软件中同时使用了语句表,梯形图编程方法。
    本系统PLC梯形图程序控制要求采用基本指令、步进指令、功能指令编制。主要有初始化设定,进料、清洗、脱水、卸料控制程序、自动控制程序等。程序设计中采取安全?;び?转速检测,过振动?;?,开盖?;?,电机过载过热?;?,刮刀旋转,升降机械电气双重控制,刮刀与转鼓联动锁定。
    根据故障对设备的损坏程度,将故障分为一般故障和重大故障。
    一般故障如:氮气的上下限,各类阀的开关不到位,离心机振动上限,离心机转速上限等。
    重要故障如:紧急停止,门盖未闭,氮气的上限,氮气的下限,离心机振动的上限,离心机转速的上限等。
    一般故障发生时,执行程序处于暂停状态,所有控制阀的输出信号停止输出,离心机的速度也慢慢降至待机速度,等到故障处理完毕,人机界面上可选择工艺步骤重要故障发生时,离心机跳机,处于自由停车状态;工艺步骤处于停止状态,所有控制阀的输出信号停止输出。等到设备维修人员排除故障后,方可重新开机。
    重要故障发生时,离心机跳机,处于自由停车状态;工艺步骤处于停止状态,所有控制阀的输出信号停止输出。等到设备维修人员排除故障后,方可重新开机。
    程序流程图1所示。
    图1
    四、结束语
    该系统自改造在多家药厂现场投入运行以来,结果令人满意,各项指标满足现场技术要求。系统启动平稳,分离因数可调,运行稳定,界面友好,操作维护简便,调速方便,为现场操作人员创造了一个高效率工作环境,实现了LGZ1600离心机较为先进离心机控制技术。到目前为止,包括MM440在内的电控系统一直高效安全运行,故障率为零,充分体现了现场总线技术给工业生产带来的越来越明显的优越性。
     
     参考文献:
       [1] A.拉什顿. 固液两相过滤及分离技术(原著第二版)化学工业出版社,2005,(7).
       [2] 翟秋萍. PLC技术应用技术 中国劳动出版社,2006,(7).
    [3] 廖常初. PLC基础及应用 机械工业出版社,2004,(7).
    [4]孟晓芳. 西门子系列变频器及其工程应用机 械工业出版社,2008,(8)
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