PLC在板式过滤器中的应用设计毕业论文

本科生毕业设计（论文）摘 要本系统为由可编程控制器PLC、污油箱、污油泵、搅拌电机、过滤箱、开合箱电机、滤纸及运纸电机等组成的板式过滤器系统，实现的功能是将污油过滤为净油。污油被污油泵从污油箱中抽出来以后，经管道进入过滤箱，当过滤刚开始时，需要先进行一段预沉积。 因为过滤刚开始时滤饼上的硅藻土没有铺好，需要在过滤时将硅藻土同污油一起由管道送入。此时污油经过滤后并没有将杂质完全滤除，所以不能当作净油输出。正常过滤后，过滤箱中的滤纸上沉积的杂质过多时，此时箱内压力增大至6MPa左右，需启动开合箱电机开箱换纸，滤纸由运纸电机进行置换。 当遇到下班等中途原因需中途停车，而又想继续使用旧过滤纸，则需在关机前对过滤箱进行清洗。清洗时利用强风吹入过滤箱内，将旧纸中的余油吹出。为了满足调试和试车等要求，系统分为自动和手动两种工作方式。因为系统在调试和试运行阶段时手动工作方式要比自动工作方式易于控制，能更好的发现系统中存在的问题，以进行修改。本设计采用了一些必要的安全保护设计诸如，液位报警，油压、气压值报警等保护措施，使系统具有较高的可靠性和安全性，可以应用于各种要求的工业生产场合中。关键词：板式过滤器；PLC；控制；污油AbstractThis system is the plate filter system controlled by PLC which composed by programmable controller PLC, the dirt fuel tank, the dirt oil pump, the stirs electrical machinery, the filter box, the opening and closing box electrical machinery, the filter paper and transports paper electrical machinery, and so on. It realize the function of change the dirty oil into clear oil. The dirty oil smears the oil pump to pull out after the dirt fuel tank, enters the filter box, stirs by the electrical machinery。It needs sometimes to carry on pre-depositions when filters just started. Because the diatomaceous filters on the cake didnt spread well yet when filters just started, which needed sent the diatomaceous and the dirty oil in together by the pipeline when filter just starts, at this time the impurity inside the dirty oil doesnt filtered out completely after the filtration, therefore could not treat as the clear oil output.When there are excessively impurity deposits on the filter paper, the internal pressure of the box increases suddenly, must open the box to trades the paper, the filter paper replaced by the paper electrical machinery. As a result of requests debugging and test run, the system divides into automatic and the manual two working style. Because the manual style is more easy to control than automatic style in the process of debugging, which can find the problem exist in the system better so as to modification.This design use some essential security protective design such as fire-alarm, the fluid position alarm, the oil pressure and the barometric pressure value alarm, and so on, which could fit for any kind of production .Key words：plate filter；PLC；control；dirty oil目 录第1章 绪 论11.1 过滤器的发展现状11.2 PLC在现代工业发展中应用的意义21.3 板式过滤器控制系统设计的内容及任务4第2章 板式过滤器工作原理42.1 板式过滤器总体工艺过程：42.2 板式过滤器的控制原理52.2.1 过滤介质52.2.2 定量阀62.2.3 过滤箱的合箱控制及防泄露结构72.2.4 吹干及更换过滤介质8第3章 总体方案论证83.1 系统控制方案的选择83.1.1 继电接触系统控制83.1.2 PLC系统控制113.1.3 PLC控制系统与继电接触系统的区别113.1.4 控制方式的确定12第4章 硬件电路设计134.1 手动与自动分别操作134.2 系统信号的检测144.2.1 压力传感器144.2.2 液位传感器154.2.3 电接点型真空压力表164.3 输入输出节点164.4 PLC型号及扩展模块的选择184.4.1 PLC型号的选择184.4.2 扩展模块的选择194.5 I/O地址分配204.6 PLC及扩展模块的外围接线图224.7 PLC与PC机通信的硬件连接23第5章 软件程序255.1 主程序梯形图设计255.2 手动控制的梯形图设计275.3 自动控制的梯形图设计305.4 PLC与PC机通信的软件设计36第6章 结论42参考文献43致 谢45附 录46附录48IV第1章 绪 论1.1 过滤器的发展现状最早的过滤大多为重力过滤，后来采用加压过滤提高了过滤速度，进而又出现了真空过滤。20世纪初发明的转鼓真空过滤器实现了过滤操作的连续化。此后，各种类型的连续过滤器相继出现。间歇操作的过滤机因能实现自动化操作而得到发展，过滤面积越来越大。为得到含湿量低的滤渣，机械压榨的过滤机得到了发展。过滤器按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤器、真空过滤器和加压过滤器三类。重力过滤器是借助悬浮液的重力和位差，在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力，一般为间歇操作。真空过滤器是在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。这种过滤器又分为间歇操作和连续操作两种。间歇操作的真空过滤器可过滤各种浓度的悬浮液，连续操作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。加压过滤器以在悬浮液进口处施加的压力，或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力，适用于要求过滤压差较大的悬浮液，也分为间歇操作和连续操作两种。过滤器应根据悬浮液的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用。先选择几种过滤介质，利用过滤漏斗实验，测定不同过滤介质和不同压差下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量，找出适宜的过滤条件，初步选定过滤机类型，再根据处理量选定过滤面积，并经实际试验验证。板式过滤器是冶金工业板带轧制的配套设备可保证润滑油冷却液达到足够的过滤精度，从而轧制出在表面质量和横向厚度两个指标方面符合技术要求的产品。德国施耐德（SCHNEIDER）公司于1968年研制成用于铝箔轧机的板式过滤器，并获得专利。之后，日本、美国等也相继掌握了这种过滤技术，并研制出系列产品。我国东北经合金加工厂于1978年从德国引进的第一台现代化铝箔轧机，同机配有此种精密板式过滤器。80、90年代引进的铝带、铝箔轧机及部分铜带轧机也都配有此类精密板式过滤器。在啤酒、饮料行业中，硅藻土过滤器由于具有性能优良，液体介质过滤效果好等优点，已成为行业生产过程中常用的机器设备，地位非常重要。对于硅藻土过滤器中液压装置的控制，是整个硅藻土过滤机最重要的部分。目前硅藻土过滤器液压装置的控制大多采用继电器加分立电子元件的控制方式。这种控制方式电子线路复杂、继电器使用数量多，造成电气控制部分可靠性差、故障率高，日常维护量大。随着可编程控制器（PLC）技术的发展，把PLC控制技术应用于硅藻土过滤器中液压装置的控制中，取代原有的液压装置控制线路。取得了很好的使用效果。正在发展的新型过滤设备有：机械力压榨过滤设备；能实现无滤渣层过滤的动态过滤机；洗选煤炭污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。在过滤理论研究方面，滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设备的模拟和放大。过滤器是利用多孔性过滤介质，截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒，而实现固、液分离的设备。过滤机广泛应用于化工、石油、制药、轻工、食品、选矿、煤炭和水处理等部门。用过滤介质把容器分隔为上、下腔，即构成简单的过滤器。悬浮液加入上腔，在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液，固体颗粒被截留在过滤介质表面形成滤渣(或称滤饼)。过滤过程中过滤介质表面积存的滤渣层逐渐加厚，液体通过滤渣层的阻力随之增高，过滤速度减小。当滤室充满滤渣或过滤速度太小时，停止过滤，清除滤渣，使过滤介质再生，以完成一次过滤循环。液体通过滤渣层和过滤介质必须克服阻力，因此在过滤介质的两侧必须有压力差，这是实现过滤的推动力。增大压力差可以加速过滤，但受压后变形的颗粒在大压力差时易堵塞过滤介质孔隙，过滤反而减慢。过滤器的处理能力取决于过滤速度。悬浮液中的固体颗粒大、粒度均匀时，过滤的滤渣层孔隙较为畅通，滤液通过滤渣层的速度较大。应用凝聚剂将微细的颗粒集合成较大的团块，有利于提高过滤速度。对于固体颗粒沉降速度快的悬浮液，应用在过滤介质上部加料的过滤机，使过滤方向与重力方向一致，粗颗粒首先沉降，可减少过滤介质和滤渣层的堵塞；在难过滤的悬浮液(如胶体)中混入如硅藻土、膨胀珍珠岩等较粗的固体颗粒，可使滤渣层变得疏松；滤液粘度较大时，可加热悬浮液以降低粘度。这些措施都能加快过滤速度。1.2 PLC在现代工业发展中应用的意义可编程序控制器（PLC）作为新一代的工业控制器，因其具有通用性好，可靠性高，维修方便、编程方法容易等优点而广泛应用于工业领域。自动化技术的应用可以显著提高机械设备的生产率、柔性及灵活性，以及完成复杂动作的能力，是产业机械设备功能提升的核心技术。从控制规模上来说，PLC有大型机和超小型机；从控制能力上来说，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。伴随而用的可编程控制器(PLC)向着高性能小型一体化发展。该类高性能、高品质的PLC技术及产品，充分融合了计算机技术、通讯技术、电子技术和自动控制技术的最新研发成果，而产品在方案没计、硬件选择、软件功能、网络通讯、用户接口等方面充分考虑用户的使用习惯和应用现场的特点，深受市场青睐。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。PLC的市场的潜力是巨大的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明，PLC配套的机电一体化产品的比例占42%，采用继电器、接触器控制尚有24%。所以说，需要应用PLC的场合还很多，在我国就更是如此了。1.3 板式过滤器控制系统设计的内容及任务1、系统的主要内容：（1）本系统需要控制两台污油泵、开合箱电机、搅拌电机、运纸电机工作。正常工作时，过滤器的压力为2-4MPa，当压力为6-8MPa时需要清淤、换纸； （2）两台污油泵一台工作，另一台待命。电机容量为32千瓦；2、要达到的目标：（1）系统能够实现过滤废油的功能，同时可实现自动清淤、换纸。（2）实现与管理机之间的通信。（3）产生故障时能够实现保护和报警。（4）能够实现自动的操作和手动的操作。第2章 板式过滤器工作原理2.1 板式过滤器总体工艺过程：板式过滤器在一个过滤循环周期内，其工艺过程可分为3部分。（1）预沉积过程过滤箱清洗完毕以后,即转入预沉积过程,以便在过滤纸上累积助滤剂,为形成过滤能力进行正常过滤做好准备。在预沉积过程中,因过滤精度尚无保证,通过过滤箱的液体仍按污油处理,返回污油箱。在预沉积阶段,污油输入阀、循环阀处于接通状态,喷射泵将助滤剂由混合箱连续喷射到过滤泵的入口侧,混有助滤剂的污油由过滤泵经污油输入阀送入过滤箱上腔,助滤剂就沉降在过滤纸上,污油通过滤层后,经循环阀仍回污油箱。（2）正常过滤过程污油箱中需要过滤的污油,由过滤泵经污油输入阀送入过滤箱上腔,过滤后,净油由过滤箱下腔经净油输出阀送到净油箱,为不断形成新的过滤能力,在过滤过程中,需按一定时间间隙加入一定剂量的助滤剂。（3）过滤箱清洗过程过滤进行到一定循环周期以后,过滤层就会因为堵塞而逐渐失去过滤能力,致使过滤箱入口压力升高,就应停止过滤,对过滤箱进行清洗。清洗过程包括通入压缩空气将过滤箱中污油送回污油箱,吹干滤层使滤剂成干饼状,以便输送,再将过滤箱开启,运出滤饼,引入新的滤纸后合箱压紧,预沉积工作即可开始。下图为过滤器过滤过程系统框图：图2.1 过滤过程系统框图2.2 板式过滤器的控制原理2.2.1 过滤介质选用的过滤介质是能够承受一定压力和温度,结构致密均匀的无纺布。采用的助滤剂是经过干燥、粉碎、分选、煅烧的硅藻土。无纺布呈卷状被支撑在滤纸架上,一端通过过滤箱,均匀地铺在支撑网上,并通过运纸架的托板。硅藻土的加入是通过在搅拌筒中与污油充分搅拌后,再经过定量阀DF1,喷射泵P1将其吸出,进入污油管路1随污油进入过滤箱,均匀地喷涂在每片过滤箱的过滤介质(无纺布)上,对污油起过滤作用。喷射泵结构由泵座、泵体、喉管、喷咀等组成。泵座与过滤泵出口管路相连,压力为P1,喷射泵的出口与过滤泵的入口相连,压力为P3,压力为P1的高压液流进入喷咀3膨胀,以高速从喷咀喷出,所以喷咀出口处压力P2很低,于是可将含有硅藻土的污油由侧孔吸入,进入喉管,然后被过滤泵抽出,随污油进入过滤箱内。图2.2 喷射泵结构图1.泵座 2.泵体 3.喷咀 4.喉管 5.螺母2.2.2 定量阀定量阀是用来对硅藻土的添加实现定量控制的,当气源进入定量阀时, 活塞杆上移,阀座的出口被打开,由喷射泵的负压作用可将搅拌筒中混有硅藻土的污油通过吸管抽出。当气源断开时,在弹力作用下,活塞杆复位,封住阀体出口,停止供硅藻土。由电磁阀对气源的间歇控制,就可实现对硅藻土进行定时定量的控制。图2.3 定量阀结构图1.螺栓 2.弹簧 3.阀体 4.活塞5.档头 6.活塞 7.隔套 8.阀座2.2.3 过滤箱的合箱控制及防泄露结构当合机箱到位时碰开箱上位行程开关，开箱到位后自动停止，当合箱到位后过滤箱继续合紧，当开合箱电机电流达到15A左右时，过流继电器动作，停止合箱。这时过滤箱不但合上具有一定的压紧力。本机是由若干片过滤箱组合在一起来实现对液体过滤的。为防止各箱结合面处出现泄漏现象,除依靠压紧提升装置提供一定的压力外,还设有负压密封装置。喷射泵P2(结构与喷射泵P1相同)入口和出口分别与过滤泵的出口和入口相连,负压孔与每片过滤箱结合面处的环型槽相连。这样,泄漏出的油即可在环型槽处被抽出,以达到密封目的。 图2.4为防渗漏工作原理图。与通常的过滤机系统管路不同的是在输液泵出口与过滤机料液入口之间的主输液管路上,增一支路,并在这支路上设有一射流泵装置,支路与射流泵的喷嘴相接,板框上负压槽的出口与射流泵吸口相接。工作时,支路的高压流体通过喷嘴,由于喷射作用而产生负压(真空),把渗漏液吸入射流泵混合室,输回至污油箱,从而达到负压密封的目的,起到防止渗漏的作用。图2.4 防泄露工作原理1.输液泵2.原液管路3.净液管路4.净液箱5.过滤箱6.原液支路7.渗漏液集液管路8.射流泵9.污液箱2.2.4 吹干及更换过滤介质当正常过滤到一定时间,无纺布上的杂质增多,过滤能力降低,此时需要更换过滤介质。方法是：如图2所示,关闭阀F1停止供污油,打开阀F2(正常过滤时阀F2,F3,F6全处于关闭状态),再关闭控制阀F4,F5(正常过滤时,F5打开,阀F6关闭,管路4只起溢流作用)。打开气源控制阀F6,压缩空气进入每片过滤箱的下腔。将其中的污油通过管路1及阀F2排到污油箱。一段时间后,再将阀F3打开,F2关闭,压缩空气通过过滤介质进入下片过滤箱的上腔。将其中的油通过管路2及阀F3排放到污油箱。吹干一段时间后,可将过滤介质上的硅藻土及杂质吹成干饼状。此时关闭气源控制阀F6,启动提升电机,即可将每片过滤箱逐一提起。开箱到位后,再启动运纸电机可把各箱间的无纺布及脏物拉出。同时新的无纺布又铺在支撑网上。再反向启动提升电机即可合箱压紧。各阀复位后就可进行下一次过滤。第3章 总体方案论证3.1 系统控制方案的选择3.1.1 继电接触系统控制根据板式过滤器的工作原理对工作过程的实现，可以通过以继电器、接触器、按钮、行程开关、保护元件等器件组成的自动控制线路，以满足生产工艺的要求和实现生产过程自动化。继电接触器控制的常用控制电路分为主电路和控制电路。 （1）主电路： 直接起动主电路：通过接触器三相主触点的闭合将三相交流电源加到电动机三相定子绕组上，电机得电转动。主电路中一般包括三极刀开关（或组合开关）、熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件、电动机三相定子绕组。小功率电动机可直接起动。 正反转主电路：组成部分与直接起动主电路相同，不同的是接有两组接触器的触点一组用于将电源以正相序加给电机定子绕组，实现正向转动；另一组用于将电源以负相序加给电机定子绕组，实现反向转动。两组通过调换主触点任意一侧的两根接线完成换相。两组主触点由各自的接触器线圈的通电和断电来控制其中开闭。在任一瞬间两组主触点不能同时闭合，否则将造成电源短路。 Y-换接起动主电路：用于定子绕组工作时为型接法的较大功率电动机的起动，比直接起动主电路多两组接触器主触点一组闭合时将定子绕组接成Y型接法，进行降压起动；另一组闭合时将定子绕组换接成型接法，进行正常工作。两组主触点闭合与断开有先后次序和时间间隔，不允许同时闭合。 （2）控制电路： 直接起动控制电路：包括起、停按钮，接触器线圈、热继电器动断触点，接触器自锁触点。用于完成对接触器线圈的通电、断电控制，是最基本的控制电路。 正反转控制电路：对正、反转两个接触器线圈进行通电和断电控制。在正、反转直接起动控制电路基础上互向对方回路中串联本回路起动按钮的动断触点和接触器的动断触点以实现机械互锁和电气互锁，保证正、反两接触器线圈不能同时通电。 时间控制电路：通过时间继电器各类触点延时动作实现对不同控制回路的接通或断开的延时控制。通电延时或断电延时，动合触点或动断触点的选择要根据具体控制要求时行。 行程控制电路：依靠行程开关触点的动合或动断实现对控制电路接通或断开的控制，常与正反转控制电路相结合。 顺序控制电路：通过接触器和其他继电器辅助动合、动断触点的适当连接实现不同控制回路或控制元件通断的先后次序控制。 控制电路以开合箱电机为例：开合箱电机的控制也就是电机“正停反”的控制。假设工作过程为按下开箱启动按钮SB1，电机正向输出机箱打开。当遇到上限位开关SQ1电机停止。当按下SB2按钮，电机反向输出机箱闭合。当遇到下限位开关SQ2电机停止。SB3为电机停止按钮。控制线路如图3.2所示。 图3.2 开合箱电机控制线路3常用控制保护 （1）短路保护：通过熔断器熔断或自动空气开关跳开动作实现当线路中有短路故障时自动切断电源与电路连接的作用。 （2）过载保护：通过热继电器或自动空气开关实现线路长时间流过过载电流时自动切断电源与电路的连接。 （3）零压保护：通过接触器自锁触点或自动空气开关实现电源断电后恢复送电时，线路需重新按起动按钮或重新合闸才能工作的功能。 （4）联锁保护：通过机械触点（按钮或行程开关）或电气触点（接触器或断电器）实现对某些控制回路通电、断电的制约。3.1.2 PLC系统控制根据板式过滤器的工作过程，对输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。图2.7为PLC控制板式过滤器系统原理图。PLC操作按钮限位开关传感器电机电磁阀指示灯油泵 图2.7 PLC控制系统原理图3.1.3 PLC控制系统与继电接触系统的区别PLC的梯形图与继电器控制线路十分相似，主要原因是PLC梯形图大致沿用了继电器控制的电路元件符号和术语，仅个别之处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的，但PLC的控制有着比继电器更为优越的特性。主要表现在以下几个方面：1、 控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想在改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4到8对触点。因此灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，故称为“软接线”。因此灵活性和扩展性都很好。2、 可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭动作一般在几十ms数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条指令的执行时间在s数量级，且不会出现抖动。3、 定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化影响，调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响。4、 设计和施工使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。另外PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观地反映现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等。3.1.4 控制方式的确定根据以上对PLC控制和继电器控制的比较，本系统（板式过滤器系统）控制的方式主要采用PLC控制方式。PLC控制方式，更为简单灵活，稳定性也更好，但电机的过载保护和Y-换接起动等还需要用继电接触的方式控制，这样更为安全。第4章 硬件电路设计4.1 电控系统主电路本设备采用两台污油泵电机，其中一台工作，另一台备用，Y/启动方式。开合箱电机一台采用正反转控制。搅拌电机一台，送纸电机一台。如图3.1所示为电控系统主电路。五台电机分别为M1、M2、M3、M4、M5。接触器KM1、KM2分别控制1号和2号污油泵的启动和停止；KM和KMY控制污油泵的Y/启动；KM3、控制开合箱电机的正转；KM4控制开合箱电机的反转；KM5控制搅拌电机的启动；FR1、FR2、FR3、FR4、FR5分别为五台电机过载保护的热继电器；QF1、QF2、QF3、QF4、QF5为各电机的低压断路器；FU为主电路的熔断器。图3.1 电控系统主电路4.2 手动与自动分别操作（一）手动操作将SA1旋钮置于手动位置，可以操作污油泵的起停和过滤箱的开箱和合箱。SA2是污油泵工作选择旋钮（二位旋钮），正常工作时仅选1号污油泵或2号污油泵，将SB6按下，1号污油泵或2号污油泵工作，将SB7按下，1号污油泵或2号污油泵停止工作。SB2是手动开箱按钮，开箱到位后自动停止，合箱时按动SB3，当合箱到位后过滤箱继续合紧，当开合箱电机电流达到15A左右时，过流继电器1LJ和2LJ动作，停止合箱。这时过滤箱不但合上具有一定的压紧力。在开合箱过程中中途需停车可按动SB4。（二）自动操作自动时将SA1置于自动位置， SA2置于1号泵位置，此时过滤箱在开箱到位位置，按动合箱按钮SB3，合箱开始，当箱合紧后停止合箱，从“预沉积”开始程序一步步执行，当到“正常过滤”后程序自动处于暂停状态。过滤时间大约为1024小时，如中途HL6信号灯亮，说明箱内油压过高必须换纸，程序又自动进入清洗阶段，最后到过滤箱开箱到位后自动停止。以上为一个循环，换纸后可再次从合箱开始进行下次循环。该电控设备由一台电控柜和一台操纵箱组成。用户可在操纵箱面板上方便地进行操作。该设备的控制分为自动和手动方式，手动是为了调试和试车时使用，手动方式可以对污油泵，搅拌电机和运纸电机分别控制，还可手动进行开箱和和箱的控制。过滤器在工作期间始终工作在自动方式。下图为操作箱画面：BP6BP7BP5BP4BP3BP2BP1BP14BP12BP13BP11BP10BP9BP8BP21BP20BP19BP18BP17BP16BP15BP23BP22图2.5 操作箱示意图BP1：手动/自动BP2：程序启动 BP3：手动开箱BP4：手动开箱停止 BP5：故障报警解除BP6：污油泵启动 BP7：污油泵停止BP8： 1号和2号污油泵的选择BP9：搅拌电机启动 BP10：搅拌电机停止 BP11：程序复位 BP12 ：程序暂停BP13 ：气压异常显示 BP14 ：预沉积及正常过滤显示BP15：合箱及箱未合紧显示 BP16：开箱及到位显示BP17：污油箱低油位显示BP18：过滤箱堵及热脱扣显示BP19：清洗显示BP20：搅拌电机工作指示灯BP21：一号污油泵起停指示灯BP22 ：二号污油泵起停指示灯BP23：综合故障信号报警4.3 系统信号的检测在系统控制过程中，需要检测的信号包括油压信号、液位信号和气压信号: (1)油压信号:它反映的是过滤机箱箱口处的污油压力值，它是过滤箱需要进行清洗的重要反馈信号。(2)液位信号:它反映的是污油箱内污油液位信号，当污油液位到达一定位置时表明，油箱内污油已不足，防止污油泵电机空转发生危险。(2)气压位信号：对过滤箱内气压的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测。4.3.1 压力传感器由于过滤时杂质的不断沉积，板式过滤箱的滤纸渐渐会造成堵塞而无法正常过滤，这时过滤箱内的压力必然会增大，当压力增大至某一固定值时就会产生报警，提醒用户换纸。压力传感器位于污油输入管道与过滤箱的接口处。压力传感器选用JCJ800D通用型压力变送器采用高性能的感压芯片，配合先进的电路处理和温度补偿技术，将压力变化转化线性的电流或电压信号。此产品体积小巧，易于安装，适于测量与接触部分材质相兼容的气体和液体等介质。JCJ800D型压力传感器采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力、空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制。端子定义：1：24VDC2：420mA二线电流输测量介质：气体、液体、油等无腐蚀性介质测量形式及范围： 表压最大(060)MPa, 最小(00.5)KPa 绝压最大(060)MPa, 最小 (05)KPa 负压(-100KPa60)MPa, 最小(-0.20.2 )KPa精度等级：0.1、 0.25、 0.5过载能力：量程的2倍供电电源：1536 VDC（标定电压24VDC）输出信号：(420)mA（二/三线制）工作温度：-4080 补偿温度：-2070 4.3.2 液位传感器如果在正常过滤时污油箱中没有油而污油泵仍然运转则会造成污油泵的损坏甚至事故，所以要在污油箱中加上一个液位传感器，当油位低于低油位时，报警器产生报警，这时系统要自动采取措施，让污油泵自动停转、停止过滤。CTS-YC型音叉式液位限位开关是一种新型的液位限位开关。音叉由晶体激励产生振动，当音叉被液体浸没时振动频率发生变化，这个频率变化由电子线路检测出来并输出一个开关量。音叉式液位限位开关”又被称作“电气浮子”，凡使用浮球限位开关和由于结构、湍流、搅动、气泡、振动等原因不能使用浮球液位开关的场合均可使用“音叉式液位限位开关”。主要特点：适应性强被测物料不同的电参数、密度对测量均不产生影响。结垢、搅动、湍流、气泡、振动、中等粘度、高温、高压等恶劣条件对检测也无影响。免于维护由于音叉限位开关的检测过程由电子电路完成，无活动部件，所以一经安装投运便不需要维护。不需调校由于音叉限位开关的检测不受被测介质电参数及密度的影响，所以无论测量何种液体都不需现场调校。技术指标：供电电压 AC220V/DC24V 工作温度 叉体 -40150 仪表 -3070 工作压力 小于2MPA 介质密度 0.5-1.5g/Cm3 输出方式 一组继电器输出 输出延时 120秒 功耗 0.5W 电器接口 M20*1.54.3.3 电接点型真空压力表为防止在清洗过滤箱吹入空气时，产生故障发生危险，利用真空压力表测量通风管内的压力，设置好压力的上、下限，当压力出现异常时，进行报警。电接点压力表特性： 电接点压力表适用测量对铜和铜合无腐蚀性的气体、液体或蒸汽等压力。仪表设上下限二位开关型接点装置，在压力达到设定值时发出信号或通断控制电路,供作业系统自动控制或发讯用。其抗振结构可有效抑制指针的抖动、冲击、保护接点,使仪表指示清晰电信号切换可靠，工作稳定。电接点压力表特性广泛应用于机械，化工、石油 冶金、电力等工业生产过程或机电配套中测量无爆炸危险的各种流体介质的压力。通常，仪表经与相应的电气器件配套使用，即可对被测（控）压力系统实现自动控制和发信（报警）的目的。产品名称： 全不锈钢真空电接点压力表 产品型号： YX-150-M20X1.5 压力量程：(0-60)MPa接点开关：上限下限,30VA(220380V) 精度等级：1.6%f.s. 接头镙纹：G1/2或1/2PT 压力接口：M201.5径向或者轴向4.4 输入输出节点根据板式过滤器的工作过程所需要控制的各个输入输出节点，本系统需要输入信号共计25点，输出信号共计21点。建立输入信号名称及电气符号见表3.1所示。输出信号名称及电气符号见表3.2所示。表3.1 输入信号名称与电气符号表序号输入信号名称电气符号1手动/自动工作选择SA2启动SB13手动开箱SB24手动自动合箱SB35手动开箱停止SB46故障报警解除SB57污油泵手动起动SB68污油泵手动停止SB791号污油泵的选择SA2102号污油泵的选择SA211搅拌电机起动SB812搅拌电机的停止SB913旧纸过滤按钮SB1014程序复位SB1115程序暂停SB1216过滤箱提升上限位SQ117清洗启动SQ218过滤箱合箱过电流SQ319一号污油泵电机热脱扣SQ420二号污油泵电机热脱扣SQ521搅拌电机热脱扣SQ622污油箱低油位信号SQ723油压上限位SQ824气压信号上限位SQ925气压信号下限位SQ10 表3.2 输出信号名称与电气符号表序号输出信号名称电气符号1气压异常指示灯HL02预沉积及正常过滤显示HL13合箱及箱未合紧显示HL24程序运行/暂停/停止显示HL35开箱及到位显示HL46污油箱低油位显示HL57过滤箱堵及热脱扣显示HL68清洗显示HL79搅拌电机工作指示灯HL810一号污油泵起停指示灯HL911二号污油泵起停指示灯HL1012一号污油泵起停KM113二号污油泵起停KM214过滤箱开箱KM315过滤箱合箱KM416污油输入阀KM517清洗回油阀KM618净油输出阀KM719油循环阀KM820吹风溢油阀KM921搅拌电机工作KM1022喷吹介质阀KM1123负压密封阀KM1224综合故障信号报警HA4.5 PLC型号及扩展模块的选择4.5.1 PLC型号的选择PLC诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，目前国际上生产PLC的公司有很多，如德国的西门子、日本的三菱、欧姆龙、松下；法国的TE、施耐德、韩国的三星等。本设计选用的是德国西门子公司生产的S7-200系列的PLC。S7-200系列PLC是西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样，因此它一经推出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200CPU22*系列PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，其速度快，具有极强的通信能力，几乎可以完成任何功能的控制任务。由于本设计共有25路输入信号和21路输出信号，其中输送到PLC中的数字量信号有24个；模拟信号有1个，故本设计选用具有24输入/16输出的CPU226做控制器，并扩展模拟量输入模块。它增加了通信口的数量，通信能力大大增强。图3.1是CPU226输入、输出单元的接线图。图3.1 CPU226输入、输出单元的接线图4.5.2 扩展模块的选择当CPU的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行I/O的扩展。I/O扩展包括I/O点数的扩展和功能模块的扩展。不同的CPU有不同的扩展规范，它主要受CPU的功能限制。由于本设计有21个数字量输出信号，而CPU226只具有16路输出，故不能满足本设计的要求，需要扩展输出模块，本设计选用的是EM222继电器输出扩展模块输出扩展模块EM222有三种：8点DC晶体管输出、8点AC输出、8点继电器输出；又由于本设计具有2路模拟量输入信号，故需要扩展EM231模拟量输入扩展模块。模拟量输入扩展模块EM231有3种：4路模拟量输入、2路热电阻输入和4路热电偶输入。下图为EM 231端子连接图 图3.2 EM 231端子连接图主机CPU226模块1EM222DO8DC24V模块3EM231AI412位图3.3 模块连接方式4.6 I/O地址分配根据本设计的输入信号为26个，其中输送到PLC的数字输入信号有24个，模拟输入信号为2个，输出信号为21个，建立I/O地址分配表。表3.4 输入信号地址分配表名称代码地址编码手动/自动工作选择SAI0.0启动SB1I0.1手动开箱SB2I0.2手动合箱SB3I0.3手动开箱停止SB4I0.4故障报警解除SB5I0.5污油泵手动起动SB6I0.6污油泵手动停止SB7I0.71号污油泵的选择SQ10I1.02号污油泵的选择SQ10I1.1搅拌电机起动SB8I1.2搅拌电机的停止SB9I1.3污油箱低油位信号SQ7I1.4旧纸过滤启动SB11I1.5程序复位SB12I1.6程序暂停SB13I1.7过滤箱提升上限位SQ1I2.0清洗启动SQ2I2.1过滤箱合箱过电流SQ3I2.2一号污油泵电机热脱扣SQ4I2.3二号污油泵电机热脱扣SQ5I2.4搅拌电机热脱扣SQ6I2.5气压上限信号SQ9I2.6气压下限信号SQ10I2.7油压上限位SQ8AW0表3.5 输出信号地址分配表名称代码地址编码气压异常指示灯HL0Q0.0一号污油泵起停及指示灯KM1/ HL9Q0.1二号污油泵起停及指示灯KM2/HL10Q0.2预沉积及正常过滤显示HL1Q0.3过滤箱开箱KM3Q0.4过滤箱合箱KM4Q0.5合箱及箱未合紧显示HL2Q0.6程序运行/暂停/停止显示HL3Q0.7污油输入阀KM5Q1.0清洗回油阀KM6Q1.1净油输出阀KM7Q1.2油循环阀KM8Q1.3吹风溢油阀KM9Q1.4搅拌电机工作及显示KM10/ HL8Q1.5喷吹介质阀KM11Q1.6负压密封阀KM12Q1.7开箱及到位显示HL4Q2.0过滤箱堵及热脱扣显示HL6Q2.1综合故障信号报警HAQ2.2清洗显示HL7Q2.3污油箱低油位显示HL5Q2.44.7 PLC及扩展模块的外围接线图CPU226分别接输入信号：手动/自动工作选择SA1、启动SB1、手动开箱SB2、手动自动合箱SB3、手动开箱停止SB4、故障报警解除SB5、污油泵手动起动SB6、污油泵手动停止SB7、1号和2号污油泵的选择SA2、搅拌电机起动SB8、搅拌电机的停止SB9、污油箱低油位信号SQ7、过滤启动SB11、程序复位SB12、程序暂停SB13、过滤箱提升上限位SQ1、清洗启动SQ2、过滤箱合箱过电流SQ3、一号污油泵电机热脱扣SQ4、二号污油泵电机热脱扣SQ5搅拌电机热脱扣 SQ6。输出信号：气压异常指示灯HL0、一号污油泵起停及指示灯KM1/ HL9、二号污油泵起停及指示灯KM2/HL10、预沉积及正常过滤显示HL1、过滤箱开箱KM3、过滤箱合箱KM4、合箱及箱未合紧显示HL2、程序运行/暂停/停止显示HL3、污油输入阀KM5、清洗回油阀KM6、净油输出阀KM7、油循环阀KM8、吹风溢油阀KM9、搅拌电机工作及显示KM10/ HL8、喷吹介质阀KM11、负压密封阀KM12。CPU226的外围接线图如图3.7所示。图3.3 CPU226的外围接线图PLC扩展模块的外部接线图其中接到EM222的输出信号为：开箱及到位显示HL4、过滤箱堵及热脱扣显示HL6、综合