CN2321535Y - Plc控制无级调速全自动离心机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种PLC控制无级调速全自动离心机,其特征在于主要由可编程控制器PLC的电源模块、CPU模块、输入模块和两个输出模块,四象限频率调速控制器或四象限无环可控硅调速控制器,电源装置和操作控制台组成。本实用新型的离心机具有无级调速、起动、升速、制动速度快,平稳,工作效率高;能量回馈制动,节约电能;操作控制台显示直观,操作及参数修改方便;程序动作可靠,抗干扰能力强,维护容易等优点。

Description

PLC控制无级调速全自动离心机

本实用新型涉及机械技术领域，具体地说是PLC控制无级调速全自动离心机。

上悬式间歇离心机是一种利用离心力将糖膏中的晶体和糖蜜分离的设备，主要用于制糖工业，也可用于化工、医药等行业。在制糖厂，离心机是“用电大户”，消耗电能量多，而这些电能主要消耗在离心机及其频繁的启动(加速)过程中。离心机的基本工作程序是：零转速启动→低速进糖膏→高速分离→低速卸糖。每一循环由低速到高速都要耗用大量电能，以克服大惯量负载的升速。而由高速到低速卸糖，又要使该大惯量负载平稳快速的减速。

常用的上悬式间歇离心机，多采用二速、三速及四速多级异步交流电动机驱动，在变级时冲击电流较大，不能实现无级调速，起制动及升速时平稳性差。也有采用JR、YR系列绕线转子电动机的，但在离心机由高速快速降速时，均采用机械抱闸进行制动。从而造成刹车皮损耗量大，机械摩擦严重和机械振动的损伤。离心机的工艺动作顺序控制，也多采用时间继电器配合中间继电器、接触器来完成的。近年来也有采用单片机实现的，前者控制线路复杂，后者抗干扰措施要求较高，当制糖工艺改变，而需更改程序时较麻烦，需专门的开发工具和专业技术人员。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，应用可编程控制器PLC、上位微机及可编程显示终端、四象限无环流直流调速或四象限交流变频调速，提供一种操作简单，显示直观，参数修改及维修方便，高可靠性节能的无级调速全自动离心机。

本实用新型的离心机的工艺要求是：离心机启动前，先检测制动刹车装置，是否放松到位、卸料机构是否在原绐位置，如条件满足，离心机启动。当转速升为150-300RPM时，进料阀打开，放入糖膏，定量机构动作或者进料时间到后升速，升速过程中用水和蒸汽喷洗糖膏(即水洗，汽洗)。速度升至1200RPM左右，维持一定时间后，此时糖膏的分蜜已完成，急速减至150RPM，料罩打开，卸料机构(刮刀)动作，进行卸料(成品糖)，卸料完后，刮刀复位，速度又升至原进料速度并进行下一个工作循环。以上各动作都由相应的电磁阀动作来完成，如在进料时发生进料不均匀(不平衡)，应立刻关闭进料阀。如在升速时发生振动，为保证机械的安全性，应立刻将速度降至600RPM以下，待振动消除后再升速。机械抱闸仅在非正常情况下作紧急制动。(参见图1)

针对以上工艺要求，本实用新型是这样实现的：由可编程控制器PLC的电源模块、CPU模块、输入模块和两个输出模块，四象限频率调速控制器或四象限无环流可控硅调速控制器，电源装置和操作控制台组成，可编程控制器与四象限频率调速控制器或四象限无环流可控硅调速控制器构成离心机能量回馈拖动控制系统，PLC的输入输出模块通过电源总线、数据总线与CPU模块相连接，利用电源模块输出的直流24V电源接入操作面板的所有按钮及开关的公共端，按钮及开关的另一端接入CPU模块的各输入点，速度传感器直接检测与离心机转篮同轴、由钢件构成的凸凹圆型脉冲发生盘，所测脉冲直接输入CPU模块的中断输入点，CPU模块的通讯口与工控微机或触模式工业图形显示器的通讯口相互连接，一外部直流稳压电源的+24V接入输入模块及第一输出模块的公共端并接入继电器线圈的公共点，通过继电器的触点再去控制AC110V的电磁阀，离心机上所有限位开关及传动控制柜的输出信号都接入PLC输入模块的各输入点，所有指示灯及发光二极管都接入第一输出模块的各输出点，第二输出模块的输出点接入继电器线圈及传动柜的信号输入端口，三相50HZ、380V交流电经由可控硅或开关元件组成的交直交四象限变频器，变为输出频率可调(0～50HZ)电压可变(10～380V)的三相交流电源，其输出端直接接交流异步电动机，或者由三相50HZ、380V交流电，经由正反两组并连的可控硅组成的四象限无环流整流控制器，输出直流电压为0～440V，其控制器的输出端直接接入直流电动机电枢绕组。

电机直接驱动离心机转篮，并通过直流调速或交流变频调速控制器实现无级调速。由速度传感器检测离心机的转速并送到PLC中断输入口，各种限位开关及按钮、开关信号也送到PLC的输入模块，经过PLC程序运算、逻辑判断及时间判断后，再由PLC的输出模块控制离心机的各工序速度及各工艺电磁阀。用PLC的通讯口与上位工控微机或可编程显示终端的通讯口连接，实现PLC与上位机之间的数据交换，从而实现了在显示终端上很直观友好的汉字及图形介面显示离心机各工序状态、运行曲线、转速及故障信息等，并通过上位微机的键盘(或者触模屏)，可很方便的直接修改离心机各工序的时间参数。

以下结合附图对本实用新型作进一步详述，但不限于附图所示。

图1为本实用新型的电机拖动及工艺曲线图

图2为本实用新型的电气方框图之一

图3为本实用新型的电气方框图之二

图4为本实用新型的程序控制台电源电气原理图

图5为本实用新型的程序控制台CPU模块输入电气原理图

图6为本实用新型的程序控制台输入模块输入电气原理图

图7为本实用新型的程序控制台输出模块信号指示电气原理图

图8为本实用新型的程序控制台输出模块输出控制电气原理图

图9为本实用新型的程序控制台电磁阀控制电气原理图

图10为本实用新型的程序控制台面板图

实施例1，如图2所示，本实用新型由可编程控制器PLC的电源模块、CPU模块、输入模块和两个输出模块，四象限频率调速控制器电源装置和操作控制台组成，可编程控制器与四象限频率调速控制器构成离心机能量回馈拖动控制。PLC的输入输出模块通过电源总线、数据总线与CPU模块相连接，利用电源模块输出的直流24V电源接入操作面板的所有按钮及开关的公共端，按钮及开关的另一端接入CPU模块的各输入点，速度传感器直接检测与离心机转篮同轴、由钢件构成的凸凹圆型脉冲发生盘，所测脉冲直接输入CPU模块的中断输入点，CPU模块的通讯口与工控微机或触模式工业图形显示器的通讯口相互连接，一外部直流稳压电源的+24V接入输入模块及第一输出模块的公共端并接入继电器线圈的公共点，通过继电器的触点再去控制AC110V的电磁阀，离心机上所有限位开关及传动控制柜的输出信号都接入PLC输入模块的各输入点，所有指示灯及发光二极管都接入第一输出模块的各输出点，第二输出模块的输出点接入继电器线圈及传动柜的信号输入端口，三相50HZ、380V交流电经由可控硅或开关元件组成的交直交四象限交频器，变为输出频率可调(0～50HZ)电压可变(10～380V)的三相交流电源，其输出端直接接交流异步电动机。电机采用三相交流鼠笼异步电动机并采用强迫风冷。变频调速控制器：交-直-交，四象限全数字电流型频率控制器，采用改变三相交流异步电动机的定子频率来变电动机的转速。离心机转轴或转动体上安装测元件，通过PLC的中断口或高速计口获得实际转速，从而控制离心机的各工序动作。操作控制台采用由可编程控制器为核心的可显示中文工序流程、参数、工艺曲线、故障信息、I/O状态及操作说明，可改变工艺参数的键盘或触模屏，控制离心机运行的各种按钮、开关及指示灯组成，三相交流电源由操作控制台进线端子X1的L1、L2、L3及N引入，一相经断路器Q1提供工控微机及控制台冷却风扇的交流220V电源，另外两相经自动空气开关QF1，通过变压器T1，一组经断路器Q2，另一组经断路器Q3、急停按钮S0提供可编程控制器PLC所需的交流220V电源，并将此路电源送入开关稳压电源DY1经断路器Q4为PLC的001CH输入模块，100CH输出模块及101CH输出模块控制继电器K1-K8提供24V的直流电源。可编程控制器PLC包括一个输入AC100-240V，输出DC24V的开关电源模块，一个自带232串行通讯口，内含4点中断输入的CPU模块，一个16点直流输入的输入模块000CH,001CH，两个16点继电器或晶体管输出的输出模块100CH,101CH,CPU模块的232串行通讯口通过两个9芯插头，一根四芯屏蔽电缆与上位计算机或者可编程显视终端的232通讯口相连接。利用中断点00000配合与离心机实际转速的测定，从而完成该机器的工艺控制。输入模块000CH,001CH接收来自操作面板的按钮、开关S1-S13及离心机上的各种限位开关SQ1-SQ11、传动柜(交流变频)的允许运行及故障信号、分蜜速度信号、卸料速度信号及振动速度信号。输出控制继电器K1-K8，从而控制进料电磁阀Y1、糖汁转换电磁阀Y2、冲水洗电磁阀Y3、冲汽冼电磁阀Y4、料罩开电磁阀Y5、卸料器(刮刀)电磁阀Y6、门洗电磁阀Y7、制动电磁阀Y8。并于继电器K1-K8线圈两端的续流二极管D1-D8，用于保护PLC输出模块内部的继电器触点。输出模块100CH输出控制各工序的功能指示灯S7/H-S13/H、发光极管LED1-LED6、

实施例2，如图3所示，电机采用他励直流电动机，电机尾部安装测速发电机，电机采用强迫风冷。调速控制器用直流调速控制器：可控硅四象限无环流全数字或模拟量直流调速控制器。速度反馈采用与直流电动机同轴的测速发电机，采用改直流电机电枢电压进行无级调速，离心机升速或恒速时，控制器的可控硅正组桥工作，降速时反组桥工作。其余结构与实施例1相同。

能量回馈制动过程为：当离心机工作于进料、升速、水洗、汽洗、分蜜时，电动机通过直流调速控制器或频率控制器的正组桥吸收电能，电动机工作于第Ⅰ象限，当离心机完成分蜜工作后，将于1200RPM的转速急速降到150RPM，利用离心机转蓝的大惯量机械能，通过电动机变为电能。此时，电动机变为发电机(即电动机工作于第Ⅱ象限)将电能回送电网，实现了能量再生发电制动。该过程的实现是通过直流控制器或频率控制器的反组桥来完成的。原逆变桥变为整流桥，原整流桥变为逆变桥。如果五、六台离心机机组联用，一台减速时回馈的电能，可补偿另一台升速时所需的部分电能。如配置电机功率为220KW的离心分蜜机，在高速减速时，向电网回馈的电能可达120KW左右。这样，可使每分蜜一吨糖的电耗降为1-1.2KW.h(老式离心机在2KW.h以上)。采用直流电动机与直流控制器，还是采用交流异步电动机与频率控制器，由用户视经济情况等而定。

输入、输出通道(口地址)分配：

(1)CPU模块输入通道号

00000：中断输入口，接收来自速度传感器A1的脉冲信号。

00001：备用

00002：备用

00003：循环/单次选择开关S1

00004：自动/手动选择开关S2

00005：启动按钮S3

00006：停止按钮S4

00007：洗蓝选择开关S5

00008：离心恢复按钮S6

00009：手动进料按钮S7

000010：手动升速按钮S8

000011：手动冲水按钮9

000012：手动冲汽按钮S10

000013：手动分蜜按钮S11

000014：手动降速按钮S12

000015：手动卸料按钮S13

(2)输入模块通道号

00100：进料定量限位开关SQ1

00101：不平衡位开关SQ2

00102：制动放松到位限位开关SQ3

00103：刮刀下降到位限位开关SQ4

00104：刮刀上升到位及锁紧限位开关SQ5、SQ6

00105：备用

00106：振动限位开关SQ7、SQ8

00107：备用

00108：料罩开到位限位开关SQ10

00109：料罩关到位限位开关SQ11

00110：二次水洗及汽洗选择线

00111：备用

00112：传动柜允许运行信号

00113：传动柜故障信号

00114：备用

00115：备用

(3)输出模块一通道号

10000：进料指示灯S7/H

10001：升速指示灯S8/H

10002：冲水冼指示灯S9/H

10003：冲汽冼指示灯S10/H

10004：分蜜指示灯S11/H

10005：降速指示灯S12/H

10006：卸料指示灯S13/H

10007：不平衡(倾向)发光二极管LED1

10008：振动发光二极管LED2

10009：故障发光二级管LED3

10010：进料速度(速度Ⅰ)发光二级管LED4

0011：离心机速度(速度Ⅱ)发光二极管LED5

10012：卸料速度(速度Ⅲ)发光二极管LED6

10013：备用

10014：备用

10015：备用

(4)输出模块通道号

10100：进料电磁阀继电器K1

10101：糖汁转换电磁阀继电器K2

10102：冲水洗电磁阀继电器K3

10103：冲汽洗电磁阀继电器K4

10104：料罩打开电磁阀继电器K5

10105：卸料器(刮刀)卸料电磁阀继电器K6

10106：门冼电磁阀继电器K7

10107：刹车释放电磁阀继电器K8

10108：允许传动柜运行命令信号

10109：进料速度命令信号

10110：分蜜速度命令信号

10111：卸料速度命令信号

10112：振动速度命令信号

10113：备用

10114：备用

10115：备用

本实用新型操作台功能特点说明：

操作台上的显示器可直观地显示离心机的运行工序，运行状态和运行曲线，并可保持上一个循环的工作曲线一周期(绿色)，本次运行曲线为红色。可直观地显示各工序的设定时间和运行时间及运行速度。

1、按钮，开关

(1)进料、升速、冲水、分蜜、卸料代灯按钮：自动时仅为工序显示，手动时作为工序操作。

(2)启动、停上按钮用于离心机的启动和停止。

(3)自动/手动选择开关用于选择离心机的自动或手动运行状态功能。

(4)连续/单次选择开关：选择于连续，离心机将周期连续循环工作。选择为单次时，离心机完成一个周期的工作后将停机，如要继续运行，需再按一次启动按钮。

(5)洗蓝选择开关：置“1”为卸料结束后对转蓝进行清洗，置“0”不进行此功能。

(6)恢复按钮：用于在升速到分蜜阶段，如离心机发生振动，速度将由原来的1200RPM降至600RPM，待振动消除后，如要恢复分蜜速度，按该按钮。

(7)急停按钮：当发生紧急情况时，按下该按钮，离心机停机并且机械抱闸制动。沿箭头方向旋转该按钮，复位紧急停机按钮。

2、指示灯：

(1)速度Ⅰ指示灯：启动及进料速度不到时闪亮，进料速度到时常亮。

(2)速度Ⅱ指示灯：升速时闪亮，分蜜速度到后常亮。

(3)速度Ⅲ指示灯：降速时闪亮，卸料速度到后常亮。

(4)不平衡指示灯：在进料时，如发生不平衡，该灯闪亮同时进料阀关闭。

(5)振动指示灯：在发生振动时闪亮。

(6)故障指示灯：在发生故障时闪亮。

3、显示器及键盘操作

显示器上可显示五个画面，即主画面(报告菜单)，参数设置，过程故障，I/O状态，操作说明，这五个画面的选择位于显示器上部，由键盘的左移或右移键选择，即可进入该画面。

(1)报告菜单：用于显示工序状态，故障信息，工艺曲线(转速时间曲线)，设定的工序时间，实际运行时间，实际转速等，这将有助于分蜜质量的管理和控制，提高分蜜质量的稳定性。

(2)参数设置：不需电气人员离心机操作人员就可对工艺时间参数进行修改。用左右移动键选择参数设定窗口，以及上下键选择修改项，加减键改变参数。

(3)过程故障：进入该画面，可显示有关的故障信息，便于迅速准确的排除故障。

(4)I/O状态表：即PLC的输入、输出表格，用于电气人员进行电气检查及维修。

4、自动操作：

将离心机操作台，自动/手动开关置于自动，按启动按钮即可。如果条件满足，离心机电机起动，速度Ⅰ指示灯闪亮，待进料速度到后，速度Ⅰ指示灯常亮，同时进料指示灯亮，进料定量到或者进料时间到后，自动转升速及进行以下的工序。如果上次工作时没有卸料，PLC智能判断，进料阀不会打开。升速时，速度Ⅱ指示灯闪亮直到分蜜速后常亮。分蜜工序完后，自动转入降速，此时速度Ⅲ指示灯闪亮，卸料速度到后常亮并进行卸料工作。

5、手动操作：

将操作台上的自动选择开关置于手动，按启动按钮，速度Ⅰ指示灯闪亮，电机启动，不到进料速度，进料按钮无效。进料速度到后，速度Ⅰ指示灯常亮，此时，按进料按钮转入进料工序，进料指示灯常亮，进料定量或时间到后，进料钮指示灯闪亮，提醒可进行下一步升速操作了，此时，按下升速按钮，待升速灯钮闪亮时，提醒可进行水洗工序了，按水洗按钮，执行该工序，相应的指示灯亮，以下依次按各工序按钮，依次执行各工序。手动状态时，显示器上的各工序设定时间不再起作用。按降速按钮后，速度Ⅲ指示灯闪亮，表明卸料速度不到，卸料按钮无效，只有待卸料速度到后，速度Ⅲ指示灯常亮，按卸料按钮才有效。

6、自动/手动无扰动切换操作：

由于采用了先进的PLC及控制程序，在任何时候，任何工序状态下都可以实现自动/手动任意切换。

本实用新型的离心机具有以下优点：

(1)无级调速、起动、升速、制动速度快，平稳，工作效率高；

(2)能量回馈制动，节约电能；

(3)操作控制台显示直观，操作及参数修改方便；

(4)程序动作可靠，抗干扰能力强，维护容易。

Claims (6)

1、一种PLC控制无级调速全自动离心机，其特征在于主要由可编程控制器PLC的电源模块、CPU模块、输入模块和两个输出模块，四象限频率调速控制器或四象限无环可控硅调速控制器，电源装置和操作控制台组成，可编程控制器与四象限频率调速控制器或四象限无环流可控硅调速控制器构成离心机能量回馈拖动控制系统，PLC的输入输出模块通过电源总线、数据总线与CPU模块相连接，利用电源模块输出的直流24V电源接入操作面板的所有按钮及开关的公共端，按钮及开关的另一端接入CPU模块的各输入点，速度传感器直接检测与离心机转篮同轴、由钢件构成的凸凹圆型脉冲发生盘，所测脉冲直接输入CPU模块的中断输入点，CPU模块的通讯口与工控微机或触模式工业图形显示器的通讯口相互连接，一外部直流稳压电源的+24V接入输入模块及第一输出模块的公共端并接入继电器线圈的公共点，通过继电器的触点再去控制AC110V的电磁阀，离心机上所有限位开关及传动控制柜的输出信号都接入PLC输入模块的各输入点，所有指示灯及发光二极管都接入第一输出模块的各输出点，第二输出模块的输出点接入继电器线圈及传动柜的信号输入端口，三相50HZ、380V交流电经由可控硅或开关元件组成的交直交四象限变频器，变为输出频率可调(0～50HZ)电压可变(10～380V)的三相交流电源，其输出端直接接交流异步电动机，或者由三相50HZ、380V交流电，经由正反两组并连的可控硅组成的四象限无环流整流控制器，输出直流电压为0～440V，其控制器的输出端直接接入直流电动机电枢绕组。

2、按权利要求1所述的离心机，其特征在于电源装置用他励直流电动机，电机尾部安装测速发电机，或三相交流鼠笼异步电动机，电机采用强迫风冷。

3、按权利要求1所述的离心机，其特征在于直流调速控制器采用与直流电动机同轴的测速发电机，控制器的可控硅正组桥和反组桥工作；变频调速控制器采用改变三相交流异步电动机的定子频率来变电动机的转速。

4、按权利要求1所述的离心机，其特征在于可编程控制器PLC包括一个输入AC100-240V，输出DC24V的开关电源模块，一个自带232串行通讯口，内含4点中断输入的CPU模块，一个16点直流输入的输入模块(000CH,001CH)，两个16点继电器或晶体管输出的输出模块(100CH,101CH)，CPU模块的232串行通讯口通过两个9芯插头，一根四芯屏蔽电缆与上位计算机或者可编程显视终端的232通讯口相连接。

5、按权利要求1所述的离心机，其特征在于操作控制台采用由可编程控制器为核心的可显示中文工序流程、参数、工艺曲线、故障信息、I/O状态及操作说明，可改变工艺参数的键盘或触模屏，控制离心机运行的各种按钮、开关及指示灯组成，三相交流电源由操作控制台进线端子X1的L1、L2、L3及N引入，一相经断路器Q1提供工控微机及控制台冷却风扇的交流220V电源，另外两相经自动空气开关QF1，通过变压器T1，一组经断路器Q2，另一组经断路器Q3、急停按钮S0提供可编程控制器PLC所需的交流220V电源，并将此路电源送入开关稳压电源DY1经断路器Q4为PLC的001CH输入模块，100CH输出模块及101CH输出模块控制继电器K1-K8提供24V的直流电源。

6、按权利要求1所述的离心机，其特征在于离心机转轴或转动体上安装测速元件，通过PLC的中断口或高速计数口获得实际转速。

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