基于PLC的卧式螺旋离心机控制系统原理设计

作为国民生产中的重要设备,卧式螺旋卸料离心脱水机在化工、环保、国防等行业中占有很高的地位。卧式螺旋卸料离心脱水机工作时,其启动控制、保护、自动监护、转鼓转速及其与螺旋输送器之间的速差,都是离心机很重要的性能。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[1,2]。
　　本研究主要介绍了采用PLC控制和变频器调速的卧式螺旋卸料离心脱水机。
　　1　离心机工作原理
　　卧式螺旋卸料离心脱水机,如图1所示。其工作原理是将待分离的物料经进料管送入高速旋转的离心机转鼓中,固体在离心力的作用下沉降到转筒的内壁,而澄清的液体则通过后端的溢流口流出。!螺旋输送器和转鼓的相对速差则会对沉降在转鼓内的固体产生一个推进的输送力,在离心力的作用下从排渣口排出机外[3]。卧式螺旋卸料离心脱水机工艺过程分为:进料、离心、卸料和清洗。
　　2　系统设计
　　2.1　硬件设计卧式螺旋卸料离心脱水机主要由转鼓、螺旋输送器、可调溢流堰板、驱动电机、控制系统等组成。
工作时,离心机转鼓与螺旋输送器同向高速旋转,但螺旋输送器的转速与转鼓转速之间存在转速差,其值为转鼓转速的0 2%～3%[4]。转鼓转速以及与螺旋推料器之间的差速,决定着物料的分离效果和产量等指标,是离心机很重要的可变参数。而对离心机转速的控制实际上就是对电机转速的控制[5]。螺旋输送器控制有两种控制方案可选:①开环方案。
在螺旋送料器变频器的转矩输出端接 电压表,操作者根据电压值的变化改变螺旋送料器的转速。在这一方案中,可以通过PLC的数据设定单元改变螺旋送料器的转速,或者将PLC的A/D板接电位器,通过改变电位器阻值,使螺旋送料器的转速改变。②闭环方案。由PLC的A/D板采集螺旋输送器变频器的转矩输出端信号,根据测得的设定转矩值与当前转矩值的差值,通过控制算法对螺旋送料器的转速进行调节。在此系统中采用闭环方案,手动调节和自动运行之间实行无扰动切换,保证了系统的稳定性。
系统采用光洋公司DL06系列可编程序控制器控制,可对加料、过滤、卸料、轴承温度、转鼓和螺旋输送器的电压进行全程监护。离心脱水机采用PLC+FO-4AD2DA-2型A/D模块、变频器进行调速,通过电压来控制变频器的频率,变频器采用SAMCO公司的SPF系列变频器,功率为7.5kW。
PLC外部硬件配置图,如图2所示。由开关量输入单元与指令元件、检测元件连接,实现操作者对离心机的运动控制和对离心机状态的检测;将开关量输出单元和开关量控制的执行件(电磁阀、接触器、继电器)连接,实现所要求的控制动作。螺旋输送器变频器的外部接线,如图3所示。
2.2　软件设计
控制系统的主控流程图,如图4所示。采用KOYO公司特有的级式编程方法进行编程,可以按照功能模块分别设计。主要包括初始化设定,进料、分离、清洗控制程序,自动控制程序等。
当系统完成自动启动过程后,如果选择“自动运行”,则转鼓和螺旋输送器的转速会在当前速度控制电压的控制下保持不变,从而完成污泥的脱水分离卸料工作。如果选择“手动运行”,则读出输送器/转鼓的速度控制电压和输送器/转鼓的速度调节旋钮电压信号。对出料器/滚筒速度调节旋钮电压采样两次,分别比较两次读出的出料器和滚筒手动调节信号,计算滚筒速度控制电压及出料器控制电压,得到离心机/滚筒控制电压的输出,从而完成污泥的脱水分离卸料工作。
程序设计中采用的安全保护有:转速检测、电机过载过热保护、转鼓/输送器过载、故障保护、系统故障保护等。
3　结束语
本研究采用PLC技术改造了控制系统,大大提高了卧式螺旋卸料离心脱水机的可靠性、稳定性和自动化程度,实现了较复杂的控制。采用变频器实现了无级调速,使离心机的调节变得便捷,整个系统启动平稳、操作方便简洁。克服了离心机工作转速调节单一、故障率高等缺陷。