CN104407560B - 一种旋风分离器自动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋风分离器自动控制系统及方法，其自动控制系统包括旋风分离器，电机，变频器，粉尘浓度颗粒大小传感器，控制器，A/D转换模块，编程设备和显示器等。控制器的输入端与粉尘浓度颗粒大小检测电路联接，控制器的输出端与变频器联接，电机与变频器联接，编程设备和显示器与PLC的通讯接口连接，其有益效果是可靠性高，节约能源，维护成本低，线路简单，解决了传统分离器除尘系统功耗高，效率低等问题，具有良好的工业应用前景。

Description

一种旋风分离器自动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电机自动化控制领域,尤其是一种旋风分离器的自动控制系统及方法。

背景技术

旋风分离器是工业中被广泛应用的分离设备之一。它利用具有一定流速的两相物料旋转时所产生的离心力将密度大的颗粒材料从混合物料气流中分离出来，达到两相分离的目的。

现有旋风分离器长时间运行功耗高的问题，造成了电力资源的浪费，且需要人力操作，没有实现自动化控制，当车间粉尘浓度升高时，若不能进行及时降尘措施，粉尘达到一定浓度遇明火极易发生粉尘爆炸事故。

又或仅仅依据供风量控制电机的速度，能够确保供风量，但是没有考虑粉尘情况自动控制电机，自动化程度不够，节能和分离效果无法保证。

一般来说，颗粒材料密度大，颗粒粗，需要的流速小，反之颗粒材料密度小，颗粒细，需要的流速大。这样既能够降低速度，节约能源，又不影响分离效果。然而，目前的旋风分离器工作模式简单，没有依据颗粒浓度高低和颗粒大小自动控制旋风分离器工作状态和分离风速，分离效果和效率差。

发明内容

本发明为了解决目前的旋风分离器工作模式简单、分离效果和效率差的问题，提供了一种旋风分离器的自动控制系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种旋风分离器自动控制系统，包括粉尘浓度与颗粒大小传感器，电机，旋风分离器，控制器，A/D转换模块，显示器，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器位于所述旋风分离器外部，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器通过所述A/D转换模块与所述控制器输入端连接，所述控制器输出端与所述电机联接，所述电机与所述旋风分离器连接，所述控制器有通讯接口连接所述显示器。粉尘浓度颗粒大小传感器的作用是对车间内粉尘浓度和颗粒大小等情况进行实时监测，并将信号传输给控制器。控制器的输入端带有A/D转换模块，与粉尘浓度与颗粒大小传感器检测电路联接，用于检测粉尘浓度与颗粒大小传感器输出的模拟量；控制器的输出端与变频器联接，用于输出不同频率的电压控制电机启停和转速。利用粉尘浓度颗粒大小传感器对粉尘浓度和颗粒大小实时检测，并将数据传输至控制器中，控制器依据粉尘浓度和颗粒大小分布情况综合判断控制旋风分离器：当车间粉尘浓度超过或者低于一定值时，自动打开或者关闭旋风分离器，并能根据粉尘颗粒大小各分段分布情况自动调节电机转速。

进一步的，还包括变频器，所述控制器通过所述变频器控制所述电机。变频器的作用是根据控制器的指令调整输出电源的频率，进而达到调速的目的，变频器还有如过流、过压、过载保护等保护功能。

进一步的，所述控制器是PLC可编程逻辑控制器。PLC的作用是接受传感器的信号并进行处理，根据处理结果对变频器和电机下达启停和调速控制指令。

进一步的，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器设有四个检测口可分别检测pm2.5、pm5、pm10和TSP的不同颗粒大小的粉尘浓度信息，通过1、2、3、4号线将信号传输给所述A/D转换模块设有的A+、B+、C+、D+接口，传感器需外接电源，输出量为模拟量；传感器的四个检测口分别检测不同颗粒大小的粉尘，如pm2.5、pm5、pm10和TSP的浓度信息，所述控制器通过粉尘浓度信息进行设定，依据为《生产性粉尘国家卫生标准》。所述变频器通过颗粒大小各分段分布情况与电机速度级别关系进行设定。对变频器3固定频率进行设定或修改。当粉尘颗粒直径>10微米占多数时，电机进入低速，当5～10微米直径粉尘颗粒占多数时，电机进入中速，当2.5～5微米直径粉尘颗粒占多数时,电机进入高速。

进一步的，所述变频器设有DIN1、DIN2、DIN3和DIN4接口分别代表输出固定频率30HZ、40HZ、50HZ控制端和电机启动/停止控制端，并分别与PLC设有的I/O接口Q0.0、Q0.1、Q0.2和Q0.3相联接。

进一步的，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器位于所述旋风分离器入口位置。

进一步的，所述控制器为西门子S7-200型PLC可编程逻辑控制器。对所述系统粉尘浓度限定值进行设定或修改，对颗粒大小各分段分布情况与电机速度调节关系进行设定或修改；软件编程通过上位机或编程设备编写，编写完成后写入PLC存储器中。

进一步的，所述变频器为西门子MM420变频器。其输入电源为50HZ的两相交流电，输出为固定频率的U、V、W三相交流电。

一种旋风分离器自动控制方法，其特征在于，

包括以下步骤：

S1开始；

S2初始化PLC和A/D转换模块；

S3通过编程设备对粉尘浓度限定值参数进行设定；

S4显示器刷新；

S5通过PLC判断是否进行参数修改；

判断是，返回S4；

判断否，进入S6；

S6通过PLC判断是否开机；

判断是，开机动作，返回S4；

判断否，进入S7；

S7通过PLC判断是否关机；

判断是，进行关机动作，返回S4；

判断否，进入S8；

S8粉尘传感器信号采集，并将信号通过1、2、3、4线输送到A/D转换模块的A+、B+、C+、D+接口；

S9通过PLC判断粉尘传感器4号线传输的粉尘浓度信号是否超出设定值；

判断是，PLC控制变频器DIN4端，开启旋风分离器电机，进入S10；

判断否，PLC控制变频器DIN4端，关闭旋风分离器电机，返回S4；

S10PLC比较粉尘传感器1、2、3号线浓度信号；

若1号线信号最强，说明pm2.5浓度最高，进入PLC控制变频器DIN3端工作50HZ；

若2号线信号最强，说明pm5浓度最高，进入PLC控制变频器DIN2端工作40HZ；

若3号线信号最强，说明pm10浓度最高，进入PLC控制变频器DIN1端工作30HZ；

S11返回S3，循环往复工作。

本发明的有益效果是：旋风分离器依据粉尘浓度和颗粒大小自动控制，分离可靠性高，节约能源，维护成本低，线路简单，解决了传统分离器除尘系统功耗高，效率低等问题，具有良好的工业应用前景。

附图说明

图1为本发明一种旋风分离器自动控制系统及方法的组成结构图；

图2为本发明一种旋风分离器自动控制系统及方法的PLC接线图；

图3为本发明一种旋风分离器自动控制系统及方法的PLC程序流程图；

图4为本发明一种旋风分离器自动控制系统及方法的使用流程图。

图中，1.粉尘浓度与颗粒大小传感器，2.电机，3.变频器，4.旋风分离器，5.控制器，6.A/D转换模块，7.通讯接口，8.编程设备，9.显示器。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明。

一种旋风分离器自动控制系统，包括粉尘浓度与颗粒大小传感器1，电机2，变频器3，旋风分离器4，控制器5，A/D转换模块6，通讯接口7，编程设备8，显示器9，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器1位于所述旋风分离器4外部入口位置，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器1通过所述A/D转换模块6与所述控制器5输入端连接，所述控制器5通过所述变频器3控制所述电机2启停和转速，所述电机2与所述旋风分离器4连接，所述控制器5有通讯接口7连接所述显示器9。所述控制器5有编程设备8进行编程，所述编程设备8与控制器的通讯接口7相连。所述控制器5为西门子S7-200型PLC可编程逻辑控制器。所述变频器3为西门子MM420变频器。

如图2表示，本发明一种旋风分离器自动控制系统及方法的PLC接线图。可编程逻辑控制器采用西门子公司的S7-200型PLC，带有A/D转换模块6；粉尘浓度与颗粒大小传感器1的1、2、3、4号线分别输出pm2.5、pm5、pm10、TSP的浓度信号，并将信号传输给A/D转换模块6的A+、B+、C+、D+接口；变频器3采用西门子公司MM420型变频器3，变频器3输入电源为50HZ的两相交流电，输出为固定频率的U、V、W三相交流电，并作为电机的电源。变频器3的DIN1、DIN2、DIN3和DIN4接口通过参数设置分别代表输出固定频率30HZ、40HZ、50HZ控制端和电机启动/停止控制端，并分别与PLC的I/O接口Q0.0、Q0.1、Q0.2和Q0.3相联接，当TSP即总悬浮颗粒物达到限定值时，PLC控制变频器打开，电机启动，当TSP低于限定值时，PLC控制变频器关闭，电机停止。PLC通过减法和比较指令得出粉尘颗粒直径在2.5～5微米，5～10微米和10微米以上的浓度分布最大值，当2.5～5微米直径粉尘颗粒占多数时，电机进入高速，当5～10微米直径粉尘颗粒占多数时，电机进入中速，当大于10微米粉尘颗粒直径占多数时，电机进入低速。编程设备通过PPI编程电缆与PLC上的port0通信接口相联接，显示器通过MPI电缆与PLC上的port1接口相联接。

工作原理和流程：粉尘浓度颗粒大小传感器1的作用是对车间内粉尘浓度和颗粒大小等情况进行实时监测，并将信号传输给控制器5。控制器的输入端带有A/D转换模块6，与粉尘浓度与颗粒大小传感器1检测电路联接，用于检测粉尘浓度与颗粒大小传感器输出的模拟量；控制器5的输出端与变频器3联接，用于输出不同频率的电压控制电机启停和转速。利用粉尘浓度颗粒大小传感器1对粉尘浓度和颗粒大小实时检测，并将数据传输至控制器5中，控制器5依据粉尘浓度和颗粒大小分布情况综合判断控制旋风分离器：当车间粉尘浓度超过或者低于一定值时，自动打开或者关闭旋风分离器，并能根据粉尘颗粒大小各分段分布情况自动调节电机转速。当粉尘颗粒直径>10微米占多数时，电机进入低速，当5～10微米直径粉尘颗粒占多数时，电机进入中速，当2.5～5微米直径粉尘颗粒占多数时,电机进入高速。

如图3所示，为本发明一种旋风分离器自动控制系统及方法的PLC程序流程图，工作过程是:开始之后首先进行系统初始化，包括对软件和硬件的初始化，然后对显示器刷新和开关查询，判断是否进行参数修改，若是，则修改设定的参数，然后返回显示器刷新；若否，则进而判断是否开机。若是，则进行开机动作，并返回显示器刷新；若否，则判断是否关机。若是关机，则进行关机动作，并返回显示器刷新，若不关机，则判断是否运行。若运行，则PLC读取传感器信号，并对传感器信号判断，确定电机转速，然后通过变频器来控制电机的启停和转速，返回显示器刷新；若不运行，则返回显示器刷新。

图4为本发明一种旋风分离器自动控制系统及其节能控制方法的使用流程图，其使用流程为：开始开机，进行参数赋值，粉尘传感器将实时采集车间内粉尘浓度，并将信号传输到PLC中，当粉尘浓度超过设定值时，电机启动，当粉尘浓度低于限定值时，电机停止。在电机运行过程中，PLC分析出粉尘颗粒大小分布的最大值，并判断变频器的输出频率，进而对电机进行分级调速。最后当PLC判断出停止运行时，进行关机动作。

Claims (8)

1.一种旋风分离器自动控制系统，其特征在于，包括粉尘浓度与颗粒大小传感器(1)，电机(2)，旋风分离器(4)，控制器(5)，A/D转换模块(6)，显示器(9)，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器(1)位于所述旋风分离器(4)外部，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器(1)通过所述A/D转换模块(6)与所述控制器(5)输入端连接，所述控制器(5)用于控制所述电机(2)启停，所述电机(2)与所述旋风分离器(4)连接，所述控制器(5)有通讯接口(7)连接所述显示器(9)，还包括变频器(3)，所述控制器(5)通过所述变频器(3)控制所述电机(2)调速。

2.根据权利要求1所述一种旋风分离器自动控制系统，其特征在于，所述控制器(5)是PLC可编程逻辑控制器。

3.根据权利要求1所述一种旋风分离器自动控制系统，其特征在于，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器(1)设有四个检测口可分别检测pm2.5、pm5、pm10和TSP的不同颗粒大小的粉尘浓度信息，通过1、2、3、4号线将信号传输给所述A/D转换模块(6)设有的A+、B+、C+、D+接口。

4.根据权利要求1所述一种旋风分离器自动控制系统，其特征在于，所述变频器(3)设有DIN1、DIN2、DIN3和DIN4接口分别代表输出固定频率30HZ、40HZ、50HZ控制端和电机启动/停止控制端，并分别与PLC设有的I/O接口Q0.0、Q0.1、Q0.2和Q0.3相联接。

5.根据权利要求1所述一种旋风分离器自动控制系统，其特征在于，所述粉尘浓度与颗粒大小传感器(1)位于所述旋风分离器(4)入口位置。

6.根据权利要求1所述一种旋风分离器自动控制系统，其特征在于，所述控制器(5)为西门子S7-200型PLC可编程逻辑控制器。

7.根据权利要求1-6任意一项所述一种旋风分离器自动控制系统，其特征在于，所述变频器(3)为西门子MM420变频器。

8.一种旋风分离器自动控制方法，其特征在于，

包括以下步骤：

S1:开始；

S2:初始化PLC和A/D转换模块；

S3:通过编程设备对粉尘浓度限定值参数进行设定；

S4:显示器刷新；

S5:通过PLC判断是否进行参数修改；

判断是，返回S4；

判断否，进入S6；

S6:通过PLC判断是否开机；

判断是，开机动作，返回S4；

判断否，进入S7；

S7:通过PLC判断是否关机；

判断是，进行关机动作，返回S4；

判断否，进入S8；

S8:粉尘传感器信号采集，并将信号通过1、2、3、4线输送到A/D转换模块的A+、B+、C+、D+接口；

S9:通过PLC判断粉尘传感器4号线传输的粉尘浓度信号是否超出设定值；

判断是，PLC控制变频器DIN4端，开启旋风分离器电机，进入S10；

判断否，PLC控制变频器DIN4端，关闭旋风分离器电机，返回S4；

S10:PLC比较粉尘传感器1、2、3号线浓度信号；

若1号线信号最强，说明pm2.5浓度最高，进入PLC控制变频器DIN3端工作50HZ；

若2号线信号最强，说明pm5浓度最高，进入PLC控制变频器DIN2端工作40HZ；

若3号线信号最强，说明pm10浓度最高，进入PLC控制变频器DIN1端工作30HZ；

S11:返回S3，循环往复工作。