CN107051759A - 卧螺离心机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卧螺离心机控制系统，其包括远程监控计算机、与远程监控计算机相连的小型交换机、与小型交换机相连的触摸屏、与小型交换机相连的可编程控制器、与可编程控制器一端相连的进料变频器、与进料变频器一端相连的进料电机、与可编程控制器另一端相连的主变频器、与主变频器一端相连的主电机、与主变频器另一端相连的副变频器、与副变频器相连的副电机、多个传感器、以及用于测量主、副电机转速的多个接近开关。本发明自动化程度高，操作简单，提高了设备和操作人员的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种卧螺离心机控制系统。
背景技术
目前市场上离心机就是利用离心力，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设备。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。卧螺离心机是一种卧式螺旋卸料、连续操作的高效离心分离设备，在环境保护领域得到了广泛的使用和推广。目前，部分卧螺离心机控制器仍采用传统的电气接线控制电路来实现，采用控制台控制。此方法硬件成本较低，但接线较复杂，难以实现离心机的复杂控制，自动化程度低，不利于故障排除和系统维护，且操作较为复杂，对操作人员要求较高，需要学习《设备操作安全规程》方能进行离心机操作，否则易发生设备及安全事故，造成设备损坏甚至人员伤亡。目前，比较高级的卧螺离心机控制器采用可编程控制器实现，能实现较复杂的控制功能。即使有的离心机控制器基本实现了离心机的自动连续控制，但在一键启动、一键清洗及一键停机等复杂功能时，设备可能会出现数据采集滞后或者误操作，从而引起设备故障或者生产事故发生。
发明内容
本发明目的是：提供一种卧螺离心机控制系统，自动化程度高，运行稳定，操作简单，提高了设备和操作人员的安全性。
本发明的技术方案是：一种卧螺离心机控制系统，其包括远程监控计算机、与远程监控计算机相连的小型交换机、与小型交换机相连的触摸屏、与小型交换机相连的可编程控制器、与可编程控制器一端相连的进料变频器、与进料变频器一端相连的进料电机、与可编程控制器另一端相连的主变频器、与主变频器一端相连的主电机、与主变频器另一端相连的副变频器、与副变频器相连的副电机、多个传感器、以及用于测量主、副电机转速的多个接近开关。
在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：
所述可编程控制器为西门子S7-200Smart，所述小型交换机与触摸屏或远程监控计算机之间采用Profinet通信。
所述可编程控制器采用恒差速恒扭矩控制，并通过至少两个PID模块进行双闭环控制。
还包括多个流量计，其分别在不同位置对离心机内的氮气压力进行监控测量，不同的位置至少为罩壳、进料托架、进料端、电机端，且流量计分别测得罩壳氮气流量、进料托架氮气流量、进料端氮气流量、电机端氮气流量。
所述接近开关采用防爆接近开关测量电机转速，接近开关的距离可调且通过隔离栅进行滤波。
所述小型交换机至少有4个端口，其中3个端口分别连接可编程控制器、触摸屏及远程监控计算机，剩余1个端口备用。
所述可编程控制器还有开关量24个输入端和13个输出端。
所述可编程控制器包括初始化、通讯、模拟量采集与处理、手自动控制、数据状态监控故障报警功能，其控制程序流程包含六个子程序：初始化子程序、通讯子程序、控制子程序、模拟量输入子程序、参数设置子程序及故障报警子程序。
所述传感器包括温度传感器、振动传感器、压力传感器、流量传感器。
本发明优点是：自动化程度高，操作简单，提高了设备和操作人员的安全性。相比传统的接线控制接线简单，故障排除和系统维护方便；配置了触摸屏，提供了良好的人机交互画面，监控更加直观，对工人要求不高，实现了一键启动、一键停机和一键清洗等功能，操作人员只需简单的培训即可上岗。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明中可编程控制器开关量的输入端和输出端的相应接线图；
图3是本发明中恒差速恒扭矩控制的工作原理图；
图4是本发明中可编程控制器主程序的控制流程框图；
图5是本发明中可编程控制器控制子程序的流程框图。
具体实施方式
实施例：如图1-5所示，本发明提供了一种卧螺离心机控制系统，其包括远程监控计算机、与远程监控计算机相连的小型交换机、与小型交换机相连的触摸屏、与小型交换机相连的可编程控制器、与可编程控制器一端相连的进料变频器、与进料变频器一端相连的进料电机、与可编程控制器另一端相连的主变频器、与主变频器一端相连的主电机、与主变频器另一端相连的副变频器、与副变频器相连的副电机、多个传感器、以及用于测量主、副电机转速的多个接近开关。
可编程控制器还包括多个流量计，其分别在不同位置对离心机内的氮气压力进行监控测量，不同的位置至少为罩壳、进料托架、进料端、电机端，且流量计分别测得罩壳氮气流量F4、进料托架氮气流量F3、进料端氮气流量F2、电机端氮气流量F1。可编程控制器还有开关量24个输入端和13个输出端。可编程控制器包括初始化、通讯、模拟量采集与处理、手自动控制、数据状态监控故障报警功能，其控制程序流程包含六个子程序：初始化子程序、通讯子程序、控制子程序、模拟量输入子程序、参数设置子程序及故障报警子程序。
接近开关采用防爆接近开关测量电机转速，接近开关的距离可调且通过隔离栅进行滤波。
小型交换机至少有4个端口，其中3个端口分别连接可编程控制器、触摸屏及远程监控计算机，剩余1个端口备用。小型交换机与触摸屏或远程监控计算机之间采用Profinet通信。
传感器包括温度传感器、振动传感器、压力传感器、流量传感器。
优选地，可编程控制器为西门子S7-200Smart。
优选地，本发明系统采用恒差速恒扭矩控制，原理图如图3所示，用两个PID模块实现双闭环控制，n1为主电机转速，n2为副电机转速，实际差速Δn＝(n1-n2)/i，i为差速器的速比。调节给定差速与实际差速Δn之间的误差使其趋于零，实现恒差速。差速(Δn)↓→PID控制量↑→离心机副电机变频器频率↓→离心机副电机转速↓→差速(Δn)↑，使误差趋于零；反之，差速(Δn)↑→PID控制量↓→离心机副电机变频器频率↑→离心机副电机转速↑→差速(Δn)↓，使误差趋于零。将副电机实际扭矩T2与给定扭矩比较，调节误差ΔT2使其趋于零，实现恒扭矩控制。扭矩T2↑→PID控制量↓→离心机主电机频率↓→离心机主电机转速↓→离心机副电机转速↓→扭矩T2↓，扭矩误差趋向于零；扭矩T2↓→PID控制量↑→离心机主电机频率↑→离心机主电机转速↑→离心机副电机转速↑→扭矩T2↑，扭矩误差趋向于零。
本发明通过进料变频器与可编程控制器相连，分别通过温度传感器1和压力传感器1测量温度TP1和油压P1，并送可编程控制器模拟量输入端；主电机通过主变频器与可编程控制器连接，分别通过温度传感器2和压力传感器2测量温度TP2和油压P2，并将温度TP2和油压P2同样送至可编程控制器模拟量输入端；副电机由副变频器控制，主副电机通过差转速实现联动控制，通过可编程控制器自带的高速脉冲输入端读取两台电机的速度V1、V2，两台电机的扭矩T1、T2和振动Vs1、Vs2分别通过相应的两个扭矩传感器和两个拾振器进行测量后送至可编程控制器模拟量输入端。四个流量计对离心机内的氮气压力进行监控测量，所可编程控制器选择西门子S7-200Smart，小型交换机与触摸屏和远程监控计算机之间采用Profinet通信，四个流量计分别在四个不同位置对离心机内的氮气压力进行监控测量，四个不同的位置分别为罩壳、进料托架、进料端、电机端，且四个流量计分别测得罩壳氮气流量F4、进料托架氮气流量F3、进料端氮气流量F2、电机端氮气流量F1，接近开关采用防爆接近开关测量电机转速，接近开关的距离调整合理且需安装隔离栅进行滤波，保证每次经过接近开关只有一个脉冲信号发出，实现电机转速的准确测量，为一键停机、一键清洗等复杂功能提供保障，小型交换机选用经济型4口交换机，且4口分别连接可编程控制器、触摸屏及远程监控计算机，留1口备用；优选的，可编程控制器除了上述模拟量外，还有开关量总共24个输入端和13个输出端；可编程控制器的系统主要包括初始化、通讯、模拟量采集与处理、手自动控制、数据状态监控故障报警功能，其控制程序流程主要包含六个子程序，初始化子程序、通讯子程序、控制子程序、模拟量输入子程序、参数设置子程序及故障报警子程序，其中初始化子程序包括初始值设置及恢复出厂设置功能；通讯子程序实现可编程控制器与变频器之间通讯功能；控制子程序包括自动控制、手动控制、油泵控制、进料控制及速度控制等；模拟量输入子程序主要实现温度、流量、压力及液位等模拟量的采集、数据处理与控制功能；参数设置子程序主要实现主副机频率、转速、差转速等系统变量给定值与实际值的显示，以及当前日期和时间的显示功能；故障报警，在系统出现故障时报警并显示故障原因，提醒工程师及时处理故障。控制子程序流包括自动和手动控制流程；触摸屏人机交互画面和远程计算机监控画面类似，为欢迎画面，即开机初始化画面。单击进入按钮进入主菜单画面，该画面包括12个子菜单选项，有主副电机设置、油压温度控制、各种曲线、运行监控、报警等。可以选择进入相应的子菜单进行参数设置、监控管理等相关操作；选择主机设置，则进入主电机参数设置画面，可查看主电机额定频率和额定转速，也可设置主电机设定频率、清洗设定频率、过载报警电流及过载停机电流、开机与停机充氮延时时间等，相关运行参数设置完成后，可选择下方的相关按钮进入其他子菜单去设置相关参数，也可选择返回主菜单；选择手动控制则手动控制画面，可对离心机进行手动控制操作，开机时逐步开启油泵、氮气阀、主副电机及送料电机等，需要停机时逐个点击相应停止按钮，离心机需要清洗时，按清洗启动按钮，清洗完成按清洗停止按钮；若想对离心机进行自动控制，则在设置好相关运行参数后，选择运行监控按钮，进入运行监控画面。监控画面也可以设置主副电机设定运行频率和清洗频率等，在离心机工作时，可以看到整个系统很形象化的运行画面，看到各电机运行状况及各参数大小、各阀门开关状态等，还可以实现一键启动、一键停机、一键清洗等操作；报警参数设置画面，可以设置各报警参数的上下限范围，包括各种温度、振动、油压、气压等共20个参数设置。恢复出厂设置按钮可以一键恢复默认报警参数设定值，用户也可根据实际情况修改相应报警参数设定值。一旦离心机工作时的相关参数超出报警设定值范围，控制器即会发出声光报警，严重超限报警时系统会紧急停机。当系统出现故障报警时，用户可以在报警画面查看故障报警原因，并进行相应报警处理。系统总共包含了32种故障报警，均可在报警画面显示；开机前先由工程师根据现场实际情况需要设置好相关运行参数及上下限报警限值，此数据会被保存为开机默认值；由于离心机停机时间较长，需要停机时直接选择一键停机，操作人员不用在旁等待完全停机，系统会自动运行停机流程；一键清洗，操作人员只要事先按照污泥的情况，设置好清洗次数，选择一键清洗按钮启动一键清洗功能，清洗完成后会系统自动开启停机程序；启动离心机时，应确保盖上离心机顶盖后，方可慢慢启动；需要打开离心机盖时，一定确保先停止离心机，在离心机完全停止转动后，方可打开离心机盖，不可用外力强制其停止运动；离心机如有噪音或机身振动时，应立即切断电源，即时排除故障；该离心机主要用于易挥发物料、防尘净化、易燃易爆场所进行固液隔爆分离，适用于石油、化学等行业；具有自动和手动控制功能，自动化程度高，操作简单，提高了设备和操作人员的安全性。相比传统的接线控制接线简单，故障排除和系统维护方便；配置了触摸屏，提供了良好的人机交互画面，监控更加直观，操作简单，对工人要求不高，实现了一键启动、一键停机和一键清洗等功能，操作人员只需简单的培训即可上岗；自动停机更加稳定安全，实现主副电机转速测量，在读取变频器参数基础上，增加实际转速测量，将实际测量转速与变频器读数进行比较，实现双保险，解决设备可能会出现数据采集滞后或者误操作问题。由于防爆编码器价格昂贵，且难以安装，自行设计采用简易防爆传感器进行测速控制，解决测速困难的问题，所设计的简易测速器实时性好，测量精度高，误差小于0.01；为了方便监控管理，本发明控制器设计了远程监控计算机，采用Wincc组态远程监控画面，与现场触摸屏人机交互画面同步，可以实现在办公室或者监控室对现场离心机工作状态的监控与管理。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种卧螺离心机控制系统，其特征在于其包括远程监控计算机、与远程监控计算机相连的小型交换机、与小型交换机相连的触摸屏、与小型交换机相连的可编程控制器、与可编程控制器一端相连的进料变频器、与进料变频器一端相连的进料电机、与可编程控制器另一端相连的主变频器、与主变频器一端相连的主电机、与主变频器另一端相连的副变频器、与副变频器相连的副电机、多个传感器、以及用于测量主、副电机转速的多个接近开关。
2.如权利要求1所述的一种卧螺离心机控制系统，其特征在于：所述可编程控制器为西门子S7-200Smart，所述小型交换机与触摸屏或远程监控计算机之间采用Profinet通信。
3.如权利要求1所述的一种卧螺离心机控制系统，其特征在于：所述可编程控制器采用恒差速恒扭矩控制，并通过至少两个PID模块进行双闭环控制。
4.如权利要求1所述的一种卧螺离心机控制系统，其特征在于：还包括多个流量计，其分别在不同位置对离心机内的氮气压力进行监控测量，不同的位置至少为罩壳、进料托架、进料端、电机端，且流量计分别测得罩壳氮气流量(F4)、进料托架氮气流量(F3)、进料端氮气流量(F2)、电机端氮气流量(F1)。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种卧螺离心机控制系统，其特征在于：所述接近开关采用防爆接近开关测量电机转速，接近开关的距离可调且通过隔离栅进行滤波。
6.如权利要求1所述的一种卧螺离心机控制系统，其特征在于：所述小型交换机至少有4个端口，其中3个端口分别连接可编程控制器、触摸屏及远程监控计算机，剩余1个端口备用。
7.如权利要求6所述的一种卧螺离心机控制系统，其特征在于：所述可编程控制器还有开关量的24个输入端和13个输出端。
8.如权利要求6所述的一种卧螺离心机控制系统，其特征在于：所述可编程控制器包括初始化、通讯、模拟量采集与处理、手自动控制、数据状态监控故障报警功能，其控制程序流程包含六个子程序：初始化子程序、通讯子程序、控制子程序、模拟量输入子程序、参数设置子程序及故障报警子程序。
9.如权利要求1或2或3或4或6或7或8所述的一种卧螺离心机控制系统，其特征在于：所述传感器包括温度传感器、振动传感器、压力传感器、流量传感器。
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