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张家港市谱发机械制造有限公司

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全自动离心机的PLC控制

人气:发表时间:2017-11-09
1.引言
1.1 PLC的定义
    全自动离心机的可编程控制器简称PLC (Programmable Logical Controller),以微处理器为核心,综合微机技术、电子应用技术、自动控制技术及通信技术而发展起来的工业自动化控制装置。国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了其标准及定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计,它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令.并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统连成一个整体,易于扩充功能的原则而设计。
全自动离心机
1.2 PLC的基本结构与工作原理
1.2.1 PLC的基本结构
    可编程序控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成(见图1)。
图1 PLC的组成方框图
图1 PLC的组成方框图
1.2.1.1 CPU模块
    CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成,它进行逻辑运算及数学运算,并协调整个系统的工作。存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器.用来存放系统编程程序及监控运行程序、用户程序、逻辑及数学运算的过程变量及其他所有信息。一般使用三种存储器:随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可电擦除的EPROM。
1.2.1.2输入模块
    输入单元接口是PLC获取控制现场信号的输入通道,由滤波电路、光电隔离电路和输入内部电路组成,输入模块用来进行输入信号的隔离滤波和电平转换。
1.2.1.3输出模块
    输出接口电路由输出锁存器、电平转换电路及输出功率放大电路组成。PLC功率输出电路有三种形式:继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出,输出模块用来对PLC的输出信号进行放大及电平转换,驱动控制对象。
1.2.1.4编程装置
    编程装置的主要任务就是编辑程序、调试程序和监控程序的执行.还可以在线测试PLC的内部状态和参数,与PLC进行人机对话。
1.2.2 PLC的工作原理
    PLC系统通电后。首先进行内部处理,包括:① 系统的初始化。设置堆栈指针,工作单元清零,初始化编程接口,设置工作状态及工作指针等。② 工作状态选择,如编程状态、运行状态等。PLC有两种工作模式,~ORUN模式和5ToP模式。PLC采用循环扫描工作方式,一次循环分为五个阶段:内部处理、通讯服务、输入处理、程序执行和输出处理(见图2)。当PLC处于STOP模式时。只执行内部处理和通信服务阶段,处于RUN模式时,还要完成其他3个阶段的操作,为了使PLC的输出及时地响应可能随时变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是不断地重复执行.直至PLC停机或切换~STOP模式。
图2 PLC的工作过程图
图2 PLC的工作过程图
    PLC的用户程序由若干条指令组成.指令在存储器中按步的序号排列。在没有跳转指令时,CPU从第一条指令开始,逐条顺序地执行用户程序,直到用户程序结束之处。在执行时,从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0,l状态读出来,并根据指令的要求执行相应的逻辑运算,运算的结果写人到对应的元件映像寄存器中。因此.各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。
2.系统设计
2.1离心机简介
    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。下面分析下离心机的工作原理。首先看下物质沉降原理。
    如图3,将一个密度为,体积为V的物质粒放在密度为的液体中,根据物理学阿基米德定律,可得出物质颗粒所受到的合J3.~F=pVg-p Vg=(p-po)Vg(1)。
图3 物质在液体中受力示意图
图3 物质在液体中受力示意图
    当p-p >0时,F>0,物质颗粒下沉;当p-p =0时,F--'O,物质颗粒悬浮在等密度区;当p-p <0时,F<0,物质颗粒上浮。离心机就是利用上述沉浮条件使得样品溶液中的颗粒按其密度或形状大小来分离,具体工作原理见图4。
图4 离心机原理图
图4 离心机原理图

    根据物理学匀速圆周定律,置于转头中离心管里的物质颗粒收到的离心力是F.: a:m(1) r(2)。
    物质颗粒除了受离心力外还受到重力等, 它们产生的合力迫使颗粒的沉降运动,随着离心机转速的不同.离心力的大小也不同,颗粒所受到的离心力也不断变化.产生不同的运动形态,不同的沉降速度。
    离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开:或将乳浊液中两种密度不同,又互不相溶的液体分开f例如从牛奶中分离出奶油);它也可用于排除湿固体中的液体,例如用洗衣机甩干湿衣服;特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物;利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点,有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、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。
2.2 设计任务
    本次设计的离心机是全自动离心机,其进料、脱液、洗涤、脱水、刮料五种状态可由PLC实现全自动控制。离心机的三段速由变频器提供,再经过加速器的加速可使其转速达到要求。本次设计离心机分为三种工作模式:手动、自动1、自动2。其中自动l为单次循环,主要用于试车(即检验一次循环能否成功。一般成功的话就直接调至自动2进行生产工作).自动2为多次循环操作,手动状态则是用户手动进行上述工作状态的操作。
2.3控制要求
    离心机运行需要j种段速以满足不同的运行状态。通过不同的转速实现不同的离心力,在不同的离心力状态下完成不同的工作。为了节约成本,本次控制节省了触摸屏,料位传感器。各阶段的运行模式改由外部时间继电器人工设定。时间到达自动进人下一状态。三段速分别为:5赫兹,25赫兹,50赫兹。通过变频器的速率到达情况来判断段速,相应的段速对应的功能由PLC来实现。润滑泵为整个设备提供润滑油,要求要单独控制润滑泵,和其他的触点动作没有任何关联。离心机的运行分为3种模式:手动、自动l、自动2。
    手动:选择开关打在手动位置,系统位于手动状态。此时手动指示灯亮,启动按钮不起作用。可手动单独操作进料、脱液、洗涤、脱水、刮料五种状态的运行(各运行状态要求和自动模式1的要求相同)。当一个状态运行时,按下另一状态启动按钮,前一个状态自动停止,运行当前状态。无论哪个状态在运行,一旦按下复位按钮后,系统停止运行。
    自动1:选择开关打在自动1位置.系统位于自动l状态。此时自动指示灯亮,进料,脱液,洗涤,脱水,刮料手动启动按钮无效。按下启动按钮,变频器开始25赫兹段速启动,启动时间设为180秒,频率到达25赫兹时,变频器中速到达触点动作,进料电磁阀打开,开始进料,进料时间到,进料电磁阀关闭,变频器高速启动。高速启动的同时脱液状态开始运行.脱液时间结束,洗涤开始,脱液结束。洗涤时间到.脱水开始.洗涤结束。脱水时间到,变频器段速启动,脱水结束,进入刮料状态。变频器停止时问设为180秒。当变频器到达5赫兹时.刀转电磁阀动作,延时几秒钟后,刀上下电磁阀开始动作,刮料开始。刮料延时完成后,整个系统自动停止
    自动2:选择开关打在自动2位置系统位于自动2状态,所有动作同自动1相同。但是在最后刮料结束后.整个系统在变频器停止后,又从进料开始进行下一轮运行。如此往复循环,直到按下复位按钮后.整个系统才停止运行。无论何种状态按下急停按钮后,整个系统所有设备停止运行。
2.4PLC类型的选取
    本次设计选用了三菱FX1N系列的PLC.FXIN系列是功能很强大的微型PLC,支持的最大1/0点数为128点,并且能增加特殊功能模块或扩展板(兼容FX2N系列的扩展模块)。通信和数据链接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。Fx1N PLC除了能支持Fx2N系列的扩展模块外,还可以增加如下功能扩展板,例如通讯扩展模块,小点数I/O扩展板,模拟量扩展板和显示模块,最大限度地减低系统的费用。
2.5 PLC的I,0点分配表
输入设备名称 PLC输人点 输出设备名称 PLC输出点
油泵 X0 刀转 Y0
自动1 X] 刀上下 Y1
自动2 X2 进料指示 Y2
启动按钮 X3 洗涤指示 Y3
复位按钮 X4 高速 Y4
进料 X5 中速 Y5
脱液 X6 低速 Y6
洗涤 X7 脱水指示 Y7
脱水 X10 脱液指示 Y10
刮料 XII 手动指示 Y11
低速频到 X12 自动指示 Y12
进料结朿 X13 复位指示 Y13
脱液结束 X14 油泵指示 Y14
洗涤结束 X15 运行指示 Y15
脱水结束 X16    
中速频到 X17    
表1 PLC的l/O点分配表
2.6操作面板图
图5 全自动离心机操作面板图

图5 全自动离心机操作面板图
2.7 PLC~'I"部接线图
PLC~I,部接线图由CAD画出然后截图得到,见图6。
图6 PLC外部接线图
图6 PLC外部接线图
2.8 PLC梯形图和指令表
    PLC梯形图采用Q系列软件GX Developer~ ,编写完的梯形图虚拟打印成PDF格式后运用Adobe Reader9阅读器读取并快照截图得到。指令表由梯形图直接在Gx DeveloPer中转换得到,然后同样的方法虚拟打印快照截图得到。



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