刮刀卸料过滤式离心机控制系统设计

1、 设计（论文）专用纸-第59页 - 过滤式离心机控制系统设计刮刀卸料过滤式离心机控制系统设计 院 系： 专 业： 姓 名： 指导教师单位： 指导教师姓名： 指导教师职称： 二零零九年六月The control system design of centrifuge in filtting The control system design of centrifuge in filtting with scraper for dischargingUniversity: Kunming University of Science and Technology Class: Electronic

2、and Information Engineering Department of Instructor: Institute of Instructor : Zhang YuexianThe Title of Instructor: LecturerIn June, 2009目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231974369 摘要 PAGEREF _Toc231974369 h 4 HYPERLINK l _Toc231974370 Abstract PAGEREF _Toc231974370 h 5 HYPERLINK l _Toc231974371

3、前言 PAGEREF _Toc231974371 h 6 HYPERLINK l _Toc231974372 第一章 概述 PAGEREF _Toc231974372 h 8 HYPERLINK l _Toc231974373 1.1 离心机的介绍 PAGEREF _Toc231974373 h 8 HYPERLINK l _Toc231974374 1.1.1 离心机发展概述 PAGEREF _Toc231974374 h 8 HYPERLINK l _Toc231974375 1.1.2离心机分离过程的特点及其技术应用 PAGEREF _Toc231974375 h 9 HYPERLINK

4、 l _Toc231974376 1.2 控制系统的概述 PAGEREF _Toc231974376 h 10 HYPERLINK l _Toc231974377 第二章 设计方案的确定 PAGEREF _Toc231974377 h 10 HYPERLINK l _Toc231974378 第三章 硬件的选型 PAGEREF _Toc231974378 h 12 HYPERLINK l _Toc231974379 3.1 PLC的介绍及选型 PAGEREF _Toc231974379 h 12 HYPERLINK l _Toc231974380 3.1.1 PLC介绍 PAGEREF _To

5、c231974380 h 12 HYPERLINK l _Toc231974381 3.1.2 PLC的选型 PAGEREF _Toc231974381 h 14 HYPERLINK l _Toc231974382 3.2 电动机的选型 PAGEREF _Toc231974382 h 15 HYPERLINK l _Toc231974383 3.3 变频器的介绍及选型 PAGEREF _Toc231974383 h 18 HYPERLINK l _Toc231974384 3.3.1变频器的介绍 PAGEREF _Toc231974384 h 18 HYPERLINK l _Toc231974

6、385 3.3.2 变频器的选型 PAGEREF _Toc231974385 h 18 HYPERLINK l _Toc231974386 3.4 离心机 PAGEREF _Toc231974386 h 19 HYPERLINK l _Toc231974387 3.4.1 过滤式离心机工作原理 PAGEREF _Toc231974387 h 19 HYPERLINK l _Toc231974388 3.4.2 刮刀卸料过滤式离心机结构 PAGEREF _Toc231974388 h 19 HYPERLINK l _Toc231974389 3.5 其他电器元件的选型 PAGEREF _Toc2

7、31974389 h 20 HYPERLINK l _Toc231974390 3.5.1 电磁阀 PAGEREF _Toc231974390 h 20 HYPERLINK l _Toc231974391 3.5.2 接触器 PAGEREF _Toc231974391 h 22 HYPERLINK l _Toc231974392 3.5.3 行程开关 PAGEREF _Toc231974392 h 22 HYPERLINK l _Toc231974393 第四章 系统设计 PAGEREF _Toc231974393 h 23 HYPERLINK l _Toc231974394 4.1 PLC外

8、围电路设计 PAGEREF _Toc231974394 h 23 HYPERLINK l _Toc231974395 4.2 电机控制设计 PAGEREF _Toc231974395 h 26 HYPERLINK l _Toc231974396 4.3 梯形图 PAGEREF _Toc231974396 h 28 HYPERLINK l _Toc231974397 4.3.1 工艺流程图 PAGEREF _Toc231974397 h 29 HYPERLINK l _Toc231974398 4.3.2 I/O口匹配工艺流程图 PAGEREF _Toc231974398 h 30 HYPERL

9、INK l _Toc231974399 4.3.3 梯形图 PAGEREF _Toc231974399 h 32 HYPERLINK l _Toc231974400 结论 PAGEREF _Toc231974400 h 38 HYPERLINK l _Toc231974401 总结与体会 PAGEREF _Toc231974401 h 39 HYPERLINK l _Toc231974402 致谢 PAGEREF _Toc231974402 h 40 HYPERLINK l _Toc231974403 参考文献 PAGEREF _Toc231974403 h 41 HYPERLINK l _T

10、oc231974404 附件一 源程序 PAGEREF _Toc231974404 h 43 HYPERLINK l _Toc231974405 附件二 中英文翻译 PAGEREF _Toc231974405 h 48摘要 随着科技的发展，离心机的应用领域越来越广泛，在许多领域中都得到的充分的利用，如生物医学、实验研究、石油化工、农业、食品卫生等，它利用不同物质在离心力场中沉淀速度的差异，实现样品的分析分离。本文详细的介绍了在了解相关过滤式离心机的结构、工作原理、运行等特点，熟悉过滤前后的工艺流程的基础上，以实验室模型为平台，用可编程逻辑控制器（PLC）来编写相应程序，控制刮刀卸料过滤式离心机

11、，实现从进料、分离、洗涤、到卸料的整个工艺流程。论文还对PLC、电动机、变频器等要使用的硬件的做了一定的介绍。文中分析了本次设计的整个工艺过程，在明确了其控制要求以后对其进行了硬件及软件的设计，并详细介绍了其控制方案，根据设计的要求和特点，确定PLC的输入、输出分配，并详细分析了其控制过程、工艺流程图、梯形图。【关键字】：离心机、可编程逻辑控制器（PLC）、工艺流程AbstractWith the development of science and technology, the applications of centrifuges widespread in many fields ha

12、ve been fully utilized, such as bio-medical, laboratory research, petrochemical, agriculture, food hygiene and so on, using different material in the centrifugal force field differences in sedimentation rates, to achieve separation of the sample analysis. This article describes a detailed understand

13、ing of the relevant centrifuge filter structure, working principle, operation, etc., are familiar with pre-and post-filtering process on the basis of the laboratory model as a platform, using a programmable logic controller (PLC) to procedures for the preparation of the corresponding control-type sc

14、raper discharging centrifuge filter, from the feed, separation, washing, to discharge the entire process. Papers also PLC, motor, inverter and other hardware to be used to do a certain amount of introduction. Paper analyzes the design of the entire process, in the clear after the control of their ha

15、rdware and software design, and detailed information on its control program, in accordance with the requirements and characteristics of the design to determine the PLC input and output distribution and detailed analysis of the control process, process flow diagram, ladder diagram.【Keywords】: centrif

16、uges, programmable logic controller (PLC), process前言本次毕业设计的题目来自生产企业，通过一段时间对离心机的熟悉，使我们对离心机在生产中发挥的作用有了更深的了解，而使用全自动控制可以更好的提高生产效率。我的毕业设计题目是“刮刀卸料过滤式离心机控制系统设计”，通过对理论知识的掌握，编写出相应的PLC控制程序，使其能够完成工艺流程的自动控制，这对我们解决实际问题有很好的借鉴作用，也使我们能更好的将理论与实践相结合，更好掌握学到得知识。离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械，大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤

17、炭、水处理和船舶等部门。中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜，这就是离心分离原理的早期应用。 工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。 由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。 工业用离心机按结构和分离要求，可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后，被迅速带动与转鼓

18、同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。本次设计要求在可编程控制器PLC的软件平台上实现以变频器，可编程控制器PLC为控制设备，实现对过滤离心机的物料的自动连续分离及卸料过程的控制：当料液分次经进料阀进入离心机转鼓，在转鼓高速旋转产生的离心力作用下，液相体被强大的离心力从转鼓甩出到壳体汇集运走，而固相体则为转鼓截留在鼓内，经其它过程(如制糖过程中，糖层须再经水雾和蒸汽喷洗)处理，达到洁净品质要求后，再被卸料刮刀装置从转鼓底部卸出，卸料后对转鼓进行清洗，然后准备进入下个循环。这种过滤式离心机是目前食品、化工等领域广泛使用的将固液混合物利用其离心力进行分

19、离的设备。第一章 概述1.1 离心机的介绍1.1.1 离心机发展概述离心机又称沉淀器，类型有用来将液体中的悬浮物质很快分离出来的分离型离心机，有用浓缩和提纯微粒的制备式大型离心机，还有实验分析用的低速分析用离心机，尽管离心机的类型不同，但功能可视为分离、浓缩、提纯和分析几类。离心机的发展表现在构造的不断改进和离心方法的改进。构造的改进首先体现在转速的提高，由最初仅有几十转发展到今天有几十万转的超高速离心机经历了六代，驱动系统的寿命从1O亿转提高到200亿转；工作时间由几小时发展到数十小时或数天；离心转子(转头)的种类不断改进和增加；控制的自动化程度不断提高；机体外型朝着美观、实用、小型化的方向

20、发展；最大的进步是离心方法的不断丰富和发展；使离心机的应用范围不断的扩大。离心机的传动方式经历了手摇式到电动式、机械变速、油压气压为动力的机械变速直至当今的变频电机变速的过程。十九世纪末和二十世纪初离心机停留在低速电动的状态上，到20年代则出现了超高速离心机，美国杜邦公司生产了油透平式离心机1933年又推出了空气透平式离心机，以压缩空气推动蜗轮，再带动离心机旋转；1955年美国贝克曼公司推出了可达l00000rpm的风动离心机，70年代以后，出现了高速电机即变频电机的应用，在80年代又将变频电机和微型计算机相结合，使离心机转速和性能都有了较大的提高，进入90年代以后，离心机技术已臻成熟，较好地

21、满足了科研生产和医学上的需要。1.1.2离心机分离过程的特点及其技术应用1被处理物料的物性参数 我们在选择离心机前，首先要知道被处理物料的化学成份、粘度PH值，物料属悬浮液还是乳浊液以及他们的固、液相浓度，物料的固体粒子的粗或细，以及操作温度等。在工业生产中，各种形式的悬浮液都会遇到，而且在一般情况下，悬浮液内颗粒直径差异较大。悬浮液的粘度随固体物质的增加而提高。 2离心机分离过程的特点及其应用 离心机分离的过程一般有离心过滤、离心沉降和高心分离三种。离心过滤过程常用来分离固体量较多，粒子较大的固液混合物，分离过程一般可分三个阶段：第一阶段，固体颗粒借离心力的作用沉积到转鼓内壁上形成滤渣层，滤

22、液也借离心力的作用穿过转鼓的网孔而滤出。第二阶段，滤渣层在离心力的作用下被压紧，并将其中所含滤液压挤出去。第三阶段，滤渣层空隙中所含液体在离心力作用下，继续被排出，使滤渣进一步干燥。1.2 控制系统的概述在了解离心机的原理以及工艺流程的基础下，此次方案的设计如下：“刮刀卸料过滤式离心机”要用到4个电机用1号电机为主电机，控制转鼓的旋转（由于1号电机转速是要改变的，所以要采用变频器对其进行变频调速）；用2号电机的正反转，来控制喇叭罩的上升与下降；用3号电机的正反转，来控制刮刀的左移和右移；用4号电机的正反转，来控制刮刀的左移和右移。对于进料口的进料、水洗、汽洗、洗涤则使用电磁阀进行控制。本次设计

23、中采用的是可编程序控制器（PLC）实现对各个操作步骤的运行，从而达到全自动控制。第二章 设计方案的确定通过对离心机的结构、工作原理及工艺流程的理解与熟悉对后，将整个工艺过程分为：进料分离卸料洗涤，从而画出离心机工作的整个流程。本次设计主要以可编程控制器（PLC）来对所有过程进行控制。离心机所采用的结构与原理是变频器控制主电动机的转速，主电动机带动转鼓转动，调节转速至中速，物料由上部加入转鼓经布料均匀散布到转鼓，升至高速后，在离心力的作用下，液相穿过滤布和鼓壁滤孔排出，固相截留在转鼓内，待转鼓降至低速后，旋转刮刀将固相从鼓壁刮下由离心机排出。根据本次设计的工作过程，确定了自己设计的刮刀卸料过滤式

24、离心机的工艺流程。（1）进料：当转速达到220r/s时，打开进料阀，开始进料。当料满信号产生时，关闭进料阀；（2）打水：转速升至980r/s，打开15s；（3）打汽：打水完毕后，提速至1380r/s，打汽20s；（4）高速分离：打汽完毕，进行高速分离28s；（5）卸料：高速分离完毕，减速至70r/s，提起料罩,开始用刮刀进行卸料；（6）清洗：打开清洗阀清洗6s。完成后，电动机调速至220r/s。进行下次分离。工艺流程图如图2.1：进料打水打汽高速分离卸料洗涤启动打开清洗阀，清洗6s，完毕，主电机调速至220r/s，进行下次分离循环图2.1 工艺流程图主电机转速220r/s时，开始进料（进料时，

25、先开阀门2，后打开阀门1）料满时，停止进料，先关闭阀门2，后关阀门1.主电机提速到980r/s，开始打水保持980r/s，打水15s，完毕提速至1380r/s保持1380r/s，打汽20s，完毕，开始高速分离高速分离28s后，减速至70r/s，开始卸料料罩上升，刮刀动作，到位后保持5s，然后刮刀复位进料打水打汽高速分离卸料洗涤启动打开清洗阀，清洗6s，完毕，主电机调速至220r/s，进行下次分离循环图2.1 工艺流程图主电机转速220r/s时，开始进料（进料时，先开阀门2，后打开阀门1）料满时，停止进料，先关闭阀门2，后关阀门1.主电机提速到980r/s，开始打水保持980r/s，打水15s，

26、完毕提速至1380r/s保持1380r/s，打汽20s，完毕，开始高速分离高速分离28s后，减速至70r/s，开始卸料料罩上升，刮刀动作，到位后保持5s，然后刮刀复位 第三章 硬件的选型 此次设计要用的主要硬件有可编程控制器（PLC）、三相异步电动机、变频器、电磁阀和接触器等，以及对离心机工作原理及结构等方面的介绍。3.1 PLC的介绍及选型3.1.1 PLC自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号

27、处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。1.PLC的分类（1）按结构形式分类：一般分为整体式和模块式两种结构形式：（2）按I/O点数分类：按I/O点数不同，分为小型、中型、和大型三类。（3）按功能分类：按功能范围不同，分为低档机、中档机和高档机三类。2PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类： （1）开关量逻辑控制

28、取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 （2）工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 （3）运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的

29、单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 （4）数据处理 PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 （5）通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 3.PLC的应用特点 （1）可靠性高，抗干扰能力强 （2）配套齐全，功能完善，适用性强 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 （4）系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造3

30、.1.2 P现在PLC的应用越来越多，型号也越来越复杂，市场上的PLC型号也多种多样，对于本次设计所采用的是三菱公司FX1N系列可变程序控制器控制，型号为FX1N40MR。FX1N40MR有24个输入点：X0X7，X10X17，X20X27。16个输出点：Y0Y3，Y4Y7，Y10Y13，Y14Y17。共有40个输入输出点，其内部可以提供24V直流电源，但本次设计使用了外部12V直流电源来驱动电机与外部继电器。FX1N40MR型号PLC的器件与编号： 输入继电器X： 输入继电器室PLC接受外部输入设备开关信号的接口。输入继电器X的线圈与PLC的输入端相连接，可以提供无数个常开常闭点供编程使用。

31、编程时应注意，输入继电器只能由外部外部信号驱动，而不能在程序内部用指令驱动，其接点也不能直接输出带动负载。输入继电器的编号如下所示：X0X7，X10X17，X20X27输出继电器Y： 输出继电器的输出端视PLC向外部传送信号的接口。外部信号无法直接驱动Y，它只能在程序内部由指令驱动。输出接点接到PLC的输出端子上，输出接点的通断取决于输出线圈的通断状态。 输入继电器的编号如下： Y0Y3，Y4Y7，Y10Y13，Y14Y17辅助继电器M： 辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器，一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。辅助继电器不能直接驱动外部负载，负载只能由输出继电器的外部触点

32、驱动。辅助继电器的常开与常闭触点在PLC内部编程时可无限次使用。辅助继电器采用M与十进制数共同组成编号（只有输入输出继电器才用八进制数）。3.2 电动机的选型选择电动机种类的原则是电动机性能满足生产机械要求的前提下，优先选用结构简单、价格便宜、工作可靠、维护方便的电动机。在这方面交流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机，鼠笼式异步电动机优于绕线式异步电动机。基于电动机种类的选项原则，这次设计选用的是Y系列三相交流异步电动机。三相交流异步电动机的介绍：作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与

33、磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。 1.三相异步电动机原理：当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，

34、故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动

35、电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。2.三相异步电动机的结构及其作用：（1）定子（静止部分）定子铁心 作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子绕组作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。机座作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。（2）转子（旋转部分）三相异步电动机的转子铁心：作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。三相异步电动机的转子绕组作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。（3）三相异步电动机的其它附件端盖：支撑作用。轴承：连接转动部分与不动部分。轴承端盖：保护轴承。风扇：冷却电动

36、机。主电机参数系列：变频调速三相异步电动机型号：YBP355M2-6Mx1 额定电压：380V标称功率：200KW 额定频率：50Hz额定电流：365A 重量：1390Kg接法： 防护等级：IP23辅助电机参数系列：绕线转子三相异步电动机型号：YR280S-6 额定功率：45KW转子电压：362V 转子电流：76A转动惯量：5.4475 重量：6800Kg3.3 变频器的介绍及选型3.3.1变频器的介绍变频器（frequency changer / frequency converter）是一种用来改变交流电频率的电气设备。此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。 过去，变频器一般被包含在电动

37、发电机、旋转转换器等电气设备中。随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频器。变频器通常包含三个组成部分：整流器（rectifier）和逆变器（Inverter）还有直流部分。整流器:将输入的交流电转换为直流电，逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电。除了这2个部分之外，变频器还有可能包含变压器和电池。其中，变压器用来改变电压并可以隔离输入/输出的电路，电池用来补偿变频器内部线路上的能量损失。3.3.2 变频器的选型此次设计选用的是西门子MM-440变频器，功率220KW，是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器，它采用高性能的矢量控制技术，提供低能高转矩输出和良好的动态特性，同

38、时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。3.4 离心机3.4.1 过滤式离心机工作原理过滤式离心机是利用离心力分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒则被截留在过滤介质表面，从而实现液-固分离。3.4.2 刮刀卸料过滤式离心机结构此次设计的刮刀卸料过滤式离心机的主要结构如图3.4.1所示。其中转鼓的转速由变频器控制电动机的转速来控制，刮刀的上下左右移动由两个电动机的正反转来控制，喇叭罩的升起和放下也由电动机的正反转来控制。而进料阀的动作，打水、打汽、清洗的动作则由电磁阀来实现

39、控制。图3.1 刮刀卸料过滤式离心机结构图3.5 其他电器元件的选型3.5.1 电磁阀追朔电磁阀的发展史，到目前为止，国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步童先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。 电磁阀分两种，一种是交流电磁阀；另一种是直流电磁阀。一般交流电磁阀可以长期带电动作使用；而直流电磁阀一般情况不允许长期带电使用。 电磁阀使用的电压常规有380V、220V、24v、12v等，以上交直流都有。 电磁阀包括（线圈、磁铁、顶杆）。 当线圈接通电流，便产生了磁

40、性，跟磁铁相互吸引，磁铁就会拉动顶杆。关闭电源，磁铁和顶杆就复位了，这样电磁阀就完成了作功过程。这就是电磁阀的工作原理。本次中要用到电磁阀来控制进料，打水，打汽，洗涤的动作，所以经过比较挑选后选中了J841H-100型号电磁阀，型号定义： J 8 4 1 H- 100 代表阀门类型：截至阀； 代表驱动方式：电磁驱动代表结构类型：明杆平行双闸门 代表连接方式：法兰代表密封面或衬里材料：不锈钢 代表公称压力：100Kg/c控制进料电磁阀1控制进料电磁阀1控制进料电磁阀2控制打水电磁阀控制打汽电磁阀控制洗涤电磁阀KM1MMMMKM2KM3KM4KM5图3.2 电磁阀控制图3.5.2 接触器 西门子接

41、触器、继电器3TF、3TB、3TD系列交流接触器为50Hz或60Hz，额定绝缘电压为690-1000V，在AC-3使用类别下额定工作电压为380V时的额定工作电流为9A-400A安全性能好，导电部件不外露;体积小、重量轻，灭弧罩材料采用不饱和树脂，耐弧性好，不会破碎；灭弧室呈封闭型，飞弧距离小，可缩小电气箱体尺寸；主触头系统结构独特，触头磨损小，电寿命增加；电磁铁工作可靠，损耗少，噪音小，且具有很高的机械强度；操作频率和控制容量高；3TF30-35系列可外加辅助触头座；SIGUT-西门子专利端接法，接线方便，牢固，接触可靠性高，抗振性强，安全防护性好。根据本次设计要求选用CJ20-40型号接触

42、器，定义如： C J 20- 40 代表接触器；代表交流；代表设计序号；代表主触头额定电流3.5.3 行程开关： 行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在本次设计的离心机控制电路中，还利用行程开关来对料罩上下限位，刮刀的上下限位，刮刀的左右限位进行保护。根据此次设计选择行程开关LX19-121型号，

43、定义为： L X 19- 1 2 1 代表主令电器; 代表行程开关； 代表设计序号；代表自动复位； 代表滚轮装在传动杆外侧；代表单滚轮第四章 系统设计系统设计中包括了对外围控制电路，I/O口地址分配图，变频器与PLC连接图，电机控制图以及梯形图，程序指令等。4.1 PLC外围电路设计 了解本次设计的工艺流程后，通过对选择的硬件的分析和理解，设计PLC外围电路图如图4-1： 图4.1 PLC外围电路图 用PLC的输入点X0-X7、X10来检测启动、停止、料位检测开关、料罩上下限限位开关、刮刀的左右行及上升下降限位开关等信号的输入；用PLC的输出点Y0-Y3实现对变频器调速的控制；用PLC的输出点

44、Y4-Y7,Y10-Y17来实现对转鼓电机、进料阀1、进料阀2、喷水阀、喷汽阀、料罩上升、料罩下降、刮刀左移、刮刀右移、刮刀上移、刮刀下移、洗涤、制动电磁阀与接触器的控制。I/O口地址分配表如表4.1：表4.1 I/O口地址分配表输入设备输入编号输出设备输出编号启动按钮X0变频器得电Y0停止按钮X1变频器输入端Y1Y3料位检测限位X2进料阀1Y4料罩上限X3进料阀2Y5料罩下限X4喷水阀Y6刮刀左限X5喷汽阀Y7刮刀右限X6料罩上升Y10刮刀上限X7料罩下降Y11刮刀下限X10刮刀左移Y12刮刀右移Y13刮刀上移Y14刮刀下移Y15洗涤Y16制动Y17 图4-1中用到了变频器与PLC的连接，其

45、变频器的转速设定如表4.2：表4.2 变频器的转速设定Y1Y2Y3对应转速00170 r/s010220 r/s100980 r/s0111380 r/s4.2 电机控制设计 此次设计要用到四个电动机：用1号电机为主电动机来控制转鼓的转速；用2号电机的正反转来控制喇叭罩的上升与下降；用3号电机的正反转来控制刮刀的左移和右移；用4号电机的正反转来控制刮刀的上衣和下移。其中1号电机用变频器来进行调速。2，3，4号电机用交流接触器控制。电机控制如图4.2所示：图4.2 电机控制图4.3 梯形图PLC的程序可以采用梯形图、语句表、程序块等形式表示。为了与继电器接触器系统相承接，采用梯形图形式对离心机控

46、制系统进行编程。只需对每个按钮发出相应的信号，从而达到自动控制的目的。1.梯形图语言：梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言，它是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器、等图形表达符号的基础上演变而来。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。 PLC的梯形图使用的内部继电器，定时/计数器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原电器控制线路硬接线无法比拟的。2.语句表语言： 用语句表所描述的编程方式是一种与汇编语言类似的助记符编程方式。由于不同型号的PLC的标示符和参数表示方法不一样，所以并没有千篇一律的格式。3.逻辑图语言：采用逻辑符号

47、图不控制逻辑时，首先定义某些逻辑符号的功能和变量函数，它类似于“与”、“或”、“非”逻辑电路结构的编程方式。一般来说，用这样逻辑能够表达所有的控制逻辑。这是国际电工委员会（IEC）颁布的PLC编程语言之一。4.功能表图语言：功能表图语言（SFC语言）是一种较新的编程方法，又称状态转移图语言。它将一个完整的控制过程分为若干阶段，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定得转换条件，转换条件满足就实现阶段转移，上以阶段动作结束，下一阶段开始。用功能表图的方式来表达一个控制过程，对于顺序控制系统特别适用。5.高级语言：近年来推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高级语言，如BASIC语言、C语言、PASCA

48、L语言等进行编程。采用高级语言后，用户可以像适用普通微型计算机一样操作PLC，使PLC的各种功能得到更好的发展。4.3.1 工艺流程图此次设计采用的是PLC步进梯形图指令编程。步进梯形指令（step ladder insruction）简称STL指令，FX系类PLC还有一条使STL复位的指令RET。利用这两条指令，可以方便的编制顺序控制梯形图指令。顺序功能图中的每一小步对应一小段程序，每一步与其它步是完全隔离的。使用者根据其使用要求将这些程序按一定的顺序组合在一起，就可以完成任务。这种编程方法可以节约编程的时间，并能减少编程错误。STL触点驱动的电路块有三个功能，即对负载的驱动处理、制定转换条

49、件和制定转换目标。STL触点一般是与左母线相连的常开开关，当某一步为活动步时，对应的STL触点一般是与左母线相连的常开触点，当某一步为活动步时，对应的STL触点接通，它的右边电路被处理，直到下一步被激活。STL程序区内可以使用标准梯形图的绝大数指令和结构，应包括应用指令。某一STL触点闭合后，该步的负载线圈驱动。当该步的负载线圈被驱动，当该步的转换指令变为活动步，同时与原活动步对应的状态继电器被系统程序自动复位，原活动步对应的STL开关触点断开。对此次设计的工艺流程进行整理，使其能够更好的进行步进编程，如图4.3。启动启动打开进料阀2打开进料阀1提速到980r/s打水提速1380r/s打汽高速

50、分离制动调速70r/s提升料罩刮刀右移到位保持刮刀左移刮刀下移洗涤放下料罩变频器得电，转速220r/s，等待3s等待1S料满等待3S打水15S等待3S打汽20S28S制动4S等待3S料罩上限刮刀右限5S刮刀左限刮刀上限6S料罩下限循环图4.3 工艺流程图刮刀上移刮刀下限4.3.2 I/O口匹配工艺流程图对照表4-1的PLC的I/O口地址分配表和图4-3的工艺流程图，将工艺流程图与所要用到得I/O口匹配，如图4.4： S0S0(X0,Y0,Y2)S1(Y0,Y2,Y5)S2（Y0,Y2,Y4，Y5）S3（Y0,Y3）S4（Y0,Y3,Y6）S5(Y0,Y1,Y3)S6(Y0,Y1,Y3,Y7)S

51、7(Y0,Y1,Y3)S8(Y0,Y17)S9(Y0,Y1)S10(Y0,Y1,Y10)S11(Y0,Y1,Y13)S12(Y0,Y1,Y14)S14(Y0,Y1,Y12)S15(Y0,Y1,Y15)S16(Y0,Y1,Y14)S17(Y0,Y1,Y16)S18(Y0,Y1,Y11)S19(SET S0)3S1SX23S15S3S20S28S4S3SX3X6X75SX10X76SX4图4.4 I/O口匹配工艺流程图S13(Y0,Y1)X54.3.3 梯形图结论本控制系统主要以变频器，PLC为控制设备实现对过滤离心机的物料的自动连续分离及卸料过程的控制：当料液分次经进料阀进入离心机转鼓，在转鼓高

52、速旋转产生的离心力作用下，液相体被强大的离心力从转鼓甩出到壳体汇集运走，而固相体则为转鼓截留在鼓内，经其它过程(如制糖过程中，糖层须再经水雾和蒸汽喷洗)处理，达到洁净品质要求后，再被卸料刮刀装置从转鼓底部卸出，卸料后对转鼓进行清洗，然后准备进入下个循环。 本控制系统运用对PLC外围设备和对相关控制线路的控制及变频器对电动机调速的原理，使离心机能够完成从进料，分离，洗涤到卸料的工艺流程。研究“刮刀卸料过滤式离心机控制系统”这个项目，可以使相关制造业和加工业的离心机控制系统跟家完善，功能实现更多更广，能够更加节省能源，节省敬意，节省人力。总结与体会 经过两个多月的设计，刮刀卸料过滤式离心机控制系统

53、得以基本完成。通过这几个月老师的指导，同学的帮助和对资料的查阅，我对离心机的工作原理和工作过程加深了理解，对刮刀卸料过滤式离心机从进料、分离、洗涤到卸料的工艺流程有了深刻的认识。而且，通过此次设计，是我认识了PLC的强大功能和广泛的应用领域。 可编程控制器（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。随着科技的发展

54、，PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关联的机器、与环境关联的机器的应用领域，一般大多数的电气控制系统都可以采用PLC控制，其特点是可靠性高、编程简单。 通过此次设计，我对PLC的功能及应用有了一定得了解，基本熟悉了PLC的基本指令，能够使用软件编写简单的应用程序，拓展了变频器、电动机、电磁阀等方面的知识，受益匪浅。致谢 一转眼，就要大学毕业，也许这是我最后一次写论文了。望着窗外的夕阳，心中一片伤感。我们即将走向社会面对生活，有一丝激动也有些害怕。握着笔，却不知道如何下笔，虽然说是致谢，我却不知如何表达。大

55、学，我们失去了很多，也学到了很多。在这里，我只能用有些苍白的文字来抒发自己的感激之情。首先，我要郑重的感谢我的指导老师仉老师。仉老师是一个认真、严谨且平易近人的老师，对我在设计过程中遇到的问题总是不厌其烦的进行讲解。在写论文时，仉老师就论文的立意选材、谋篇布局做了必不可少的指导，她丰富的学识和开阔的思路是本文顺利完成的保证。其次，我要感谢大学四年里，给予我帮助和关怀的老师、同学和朋友，有了他们的陪伴，我的大学生活才变得丰富、充实，才能在大学里学到和得到许多东西。最后，我要感谢我的家人，感谢他们多年来对我的支持、关爱和呵护。参考文献1孙启才.分离机械.北京：化学工业出版社，19972许学勤.食品

56、机械与设备.北京：轻工业出版社，20083刘凡清.固液分离与工业水处理.北京：中石化出版社，20014陈国豪.生物工程设备.北京；化学工业出版社，20075高钦和.可编程序控制器应用F技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，20046杨长能.可编程序控制器及应用.重庆：重庆大学出版社，20037廖常初.S700/400 PLC应用技术. 北京：机械工业出版社，20058王也仿.可编程控制器应用技术. 北京：机械工业出版社，20019钟福金、吴晓梅.可编程序控制器.东南大学出版社，200310余雷声.电气控制与PLC应用. 北京：机械工业出版社，199711李仁.生产机械的电气控制. 北京：机械工

57、业出版社，198712许实章.电机学.北京：机械工业出版社，198313 HYPERLINK /index.php /index.php 西莫电机论坛14雷霖.离心分离技术的国内现状，国外进展及大规模定制设计J.化学世界2006年11期15红亮，乔玉同.国产离心机筛篮制造工艺J.煤矿机械.2008年01期16廖常初.FX系列PLC编程及应用.北京：机械工业出版社.2005.417 HYPERLINK 中国变频器网18 HYPERLINK /jishuwenzhai/lixinji-job-yuanli/index.html /jishuwenzhai/lixinji-job-yuanli/in

58、dex.html 长沙英泰离心机厂19/ PLC之家20(美)S.A.纳萨尔(Syed A.Nasar)；綦慧译.电机与机电学. 北京：科学出版社，200221Cathey, Jimmie J.Electric machines. Boston ： McGraw-Hill,2001附件一 源程序0 LD X0001 SET S0 3 STL S04 OUT Y0005 OUT Y0026 OUT T0 K309 AND T010 SET S112 STL S113 OUT Y00014 OUT Y00215 OUT Y00516 OUT T1 K1019 AND T120 SET S222 S

59、TL S223 OUT Y00024 OUT Y00225 OUT Y00526 OUT Y00427 AND X00228 SET S330 STL S331 OUT Y00032 OUT Y00333 OUT T2 K3036 AND T237 SET S439 STL S440 OUT Y00041 OUT Y00342 OUT Y00643 OUT T3 K15046 AND T347 SET S549 STL S550 OUT Y00051 OUT Y00152 OUT Y00353 OUT T4 K3056 AND T457 SET S659 STL S660 OUT Y000 6

60、1 OUT Y00162 OUT Y00363 OUT Y00764 OUT T5 K20067 AND T568 SET S770 STL S771 OUT Y00172 OUT Y00173 OUT Y00374 OUT T6 K280 77 AND T6 78 SET S880 STL S881 OUT Y00082 OUT Y01783 OUT T7 K4086 AND T787 SET S989 STL S990 OUT Y00091 OUT Y00192 OUT T895 AND T8 K3096 SET S1098 STL S1099 OUT Y000100 OUT Y00110