刮刀卸料過濾式離心機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 設(shè)計（論文）專用紙-第59頁 - 過濾式離心機控制系統(tǒng)設(shè)計刮刀卸料過濾式離心機控制系統(tǒng)設(shè)計 院 系： 專 業(yè)： 姓 名： 指導教師單位： 指導教師姓名： 指導教師職稱： 二零零九年六月The control system design of centrifuge in filtting The control system design of centrifuge in filtting with scraper for dischargingUniversity: Kunming University of Science and Technology Class: Electronic

2、and Information Engineering Department of Instructor: Institute of Instructor : Zhang YuexianThe Title of Instructor: LecturerIn June, 2009目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231974369 摘要 PAGEREF _Toc231974369 h 4 HYPERLINK l _Toc231974370 Abstract PAGEREF _Toc231974370 h 5 HYPERLINK l _Toc231974371

3、前言 PAGEREF _Toc231974371 h 6 HYPERLINK l _Toc231974372 第一章 概述 PAGEREF _Toc231974372 h 8 HYPERLINK l _Toc231974373 1.1 離心機的介紹 PAGEREF _Toc231974373 h 8 HYPERLINK l _Toc231974374 1.1.1 離心機發(fā)展概述 PAGEREF _Toc231974374 h 8 HYPERLINK l _Toc231974375 1.1.2離心機分離過程的特點及其技術(shù)應(yīng)用 PAGEREF _Toc231974375 h 9 HYPERLINK

4、 l _Toc231974376 1.2 控制系統(tǒng)的概述 PAGEREF _Toc231974376 h 10 HYPERLINK l _Toc231974377 第二章 設(shè)計方案的確定 PAGEREF _Toc231974377 h 10 HYPERLINK l _Toc231974378 第三章 硬件的選型 PAGEREF _Toc231974378 h 12 HYPERLINK l _Toc231974379 3.1 PLC的介紹及選型 PAGEREF _Toc231974379 h 12 HYPERLINK l _Toc231974380 3.1.1 PLC介紹 PAGEREF _To

5、c231974380 h 12 HYPERLINK l _Toc231974381 3.1.2 PLC的選型 PAGEREF _Toc231974381 h 14 HYPERLINK l _Toc231974382 3.2 電動機的選型 PAGEREF _Toc231974382 h 15 HYPERLINK l _Toc231974383 3.3 變頻器的介紹及選型 PAGEREF _Toc231974383 h 18 HYPERLINK l _Toc231974384 3.3.1變頻器的介紹 PAGEREF _Toc231974384 h 18 HYPERLINK l _Toc231974

6、385 3.3.2 變頻器的選型 PAGEREF _Toc231974385 h 18 HYPERLINK l _Toc231974386 3.4 離心機 PAGEREF _Toc231974386 h 19 HYPERLINK l _Toc231974387 3.4.1 過濾式離心機工作原理 PAGEREF _Toc231974387 h 19 HYPERLINK l _Toc231974388 3.4.2 刮刀卸料過濾式離心機結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc231974388 h 19 HYPERLINK l _Toc231974389 3.5 其他電器元件的選型 PAGEREF _Toc2

7、31974389 h 20 HYPERLINK l _Toc231974390 3.5.1 電磁閥 PAGEREF _Toc231974390 h 20 HYPERLINK l _Toc231974391 3.5.2 接觸器 PAGEREF _Toc231974391 h 22 HYPERLINK l _Toc231974392 3.5.3 行程開關(guān) PAGEREF _Toc231974392 h 22 HYPERLINK l _Toc231974393 第四章 系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc231974393 h 23 HYPERLINK l _Toc231974394 4.1 PLC外

8、圍電路設(shè)計 PAGEREF _Toc231974394 h 23 HYPERLINK l _Toc231974395 4.2 電機控制設(shè)計 PAGEREF _Toc231974395 h 26 HYPERLINK l _Toc231974396 4.3 梯形圖 PAGEREF _Toc231974396 h 28 HYPERLINK l _Toc231974397 4.3.1 工藝流程圖 PAGEREF _Toc231974397 h 29 HYPERLINK l _Toc231974398 4.3.2 I/O口匹配工藝流程圖 PAGEREF _Toc231974398 h 30 HYPERL

9、INK l _Toc231974399 4.3.3 梯形圖 PAGEREF _Toc231974399 h 32 HYPERLINK l _Toc231974400 結(jié)論 PAGEREF _Toc231974400 h 38 HYPERLINK l _Toc231974401 總結(jié)與體會 PAGEREF _Toc231974401 h 39 HYPERLINK l _Toc231974402 致謝 PAGEREF _Toc231974402 h 40 HYPERLINK l _Toc231974403 參考文獻 PAGEREF _Toc231974403 h 41 HYPERLINK l _T

10、oc231974404 附件一 源程序 PAGEREF _Toc231974404 h 43 HYPERLINK l _Toc231974405 附件二 中英文翻譯 PAGEREF _Toc231974405 h 48摘要 隨著科技的發(fā)展，離心機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，在許多領(lǐng)域中都得到的充分的利用，如生物醫(yī)學、實驗研究、石油化工、農(nóng)業(yè)、食品衛(wèi)生等，它利用不同物質(zhì)在離心力場中沉淀速度的差異，實現(xiàn)樣品的分析分離。本文詳細的介紹了在了解相關(guān)過濾式離心機的結(jié)構(gòu)、工作原理、運行等特點，熟悉過濾前后的工藝流程的基礎(chǔ)上，以實驗室模型為平臺，用可編程邏輯控制器（PLC）來編寫相應(yīng)程序，控制刮刀卸料過濾式離心機

11、，實現(xiàn)從進料、分離、洗滌、到卸料的整個工藝流程。論文還對PLC、電動機、變頻器等要使用的硬件的做了一定的介紹。文中分析了本次設(shè)計的整個工藝過程，在明確了其控制要求以后對其進行了硬件及軟件的設(shè)計，并詳細介紹了其控制方案，根據(jù)設(shè)計的要求和特點，確定PLC的輸入、輸出分配，并詳細分析了其控制過程、工藝流程圖、梯形圖?！娟P(guān)鍵字】：離心機、可編程邏輯控制器（PLC）、工藝流程AbstractWith the development of science and technology, the applications of centrifuges widespread in many fields ha

12、ve been fully utilized, such as bio-medical, laboratory research, petrochemical, agriculture, food hygiene and so on, using different material in the centrifugal force field differences in sedimentation rates, to achieve separation of the sample analysis. This article describes a detailed understand

13、ing of the relevant centrifuge filter structure, working principle, operation, etc., are familiar with pre-and post-filtering process on the basis of the laboratory model as a platform, using a programmable logic controller (PLC) to procedures for the preparation of the corresponding control-type sc

14、raper discharging centrifuge filter, from the feed, separation, washing, to discharge the entire process. Papers also PLC, motor, inverter and other hardware to be used to do a certain amount of introduction. Paper analyzes the design of the entire process, in the clear after the control of their ha

15、rdware and software design, and detailed information on its control program, in accordance with the requirements and characteristics of the design to determine the PLC input and output distribution and detailed analysis of the control process, process flow diagram, ladder diagram.【Keywords】: centrif

16、uges, programmable logic controller (PLC), process前言本次畢業(yè)設(shè)計的題目來自生產(chǎn)企業(yè)，通過一段時間對離心機的熟悉，使我們對離心機在生產(chǎn)中發(fā)揮的作用有了更深的了解，而使用全自動控制可以更好的提高生產(chǎn)效率。我的畢業(yè)設(shè)計題目是“刮刀卸料過濾式離心機控制系統(tǒng)設(shè)計”，通過對理論知識的掌握，編寫出相應(yīng)的PLC控制程序，使其能夠完成工藝流程的自動控制，這對我們解決實際問題有很好的借鑒作用，也使我們能更好的將理論與實踐相結(jié)合，更好掌握學到得知識。離心機是利用離心力，分離液體與固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的機械，大量應(yīng)用于化工、石油、食品、制藥、選礦、煤

17、炭、水處理和船舶等部門。中國古代，人們用繩索的一端系住陶罐，手握繩索的另一端，旋轉(zhuǎn)甩動陶罐，產(chǎn)生離心力擠壓出陶罐中蜂蜜，這就是離心分離原理的早期應(yīng)用。 工業(yè)離心機誕生于歐洲，比如19世紀中葉，先后出現(xiàn)紡織品脫水用的三足式離心機，和制糖廠分離結(jié)晶砂糖用的上懸式離心機。這些最早的離心機都是間歇操作和人工排渣的。 由于卸渣機構(gòu)的改進，20世紀30年代出現(xiàn)了連續(xù)操作的離心機，間歇操作離心機也因?qū)崿F(xiàn)了自動控制而得到發(fā)展。 工業(yè)用離心機按結(jié)構(gòu)和分離要求，可分為過濾離心機、沉降離心機和分離機三類。離心機有一個繞本身軸線高速旋轉(zhuǎn)的圓筒，稱為轉(zhuǎn)鼓，通常由電動機驅(qū)動。懸浮液(或乳濁液)加入轉(zhuǎn)鼓后，被迅速帶動與轉(zhuǎn)鼓

18、同速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下各組分分離，并分別排出。通常，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，分離效果也越好。本次設(shè)計要求在可編程控制器PLC的軟件平臺上實現(xiàn)以變頻器，可編程控制器PLC為控制設(shè)備，實現(xiàn)對過濾離心機的物料的自動連續(xù)分離及卸料過程的控制：當料液分次經(jīng)進料閥進入離心機轉(zhuǎn)鼓，在轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，液相體被強大的離心力從轉(zhuǎn)鼓甩出到殼體匯集運走，而固相體則為轉(zhuǎn)鼓截留在鼓內(nèi)，經(jīng)其它過程(如制糖過程中，糖層須再經(jīng)水霧和蒸汽噴洗)處理，達到潔凈品質(zhì)要求后，再被卸料刮刀裝置從轉(zhuǎn)鼓底部卸出，卸料后對轉(zhuǎn)鼓進行清洗，然后準備進入下個循環(huán)。這種過濾式離心機是目前食品、化工等領(lǐng)域廣泛使用的將固液混合物利用其離心力進行分

19、離的設(shè)備。第一章 概述1.1 離心機的介紹1.1.1 離心機發(fā)展概述離心機又稱沉淀器，類型有用來將液體中的懸浮物質(zhì)很快分離出來的分離型離心機，有用濃縮和提純微粒的制備式大型離心機，還有實驗分析用的低速分析用離心機，盡管離心機的類型不同，但功能可視為分離、濃縮、提純和分析幾類。離心機的發(fā)展表現(xiàn)在構(gòu)造的不斷改進和離心方法的改進。構(gòu)造的改進首先體現(xiàn)在轉(zhuǎn)速的提高，由最初僅有幾十轉(zhuǎn)發(fā)展到今天有幾十萬轉(zhuǎn)的超高速離心機經(jīng)歷了六代，驅(qū)動系統(tǒng)的壽命從1O億轉(zhuǎn)提高到200億轉(zhuǎn)；工作時間由幾小時發(fā)展到數(shù)十小時或數(shù)天；離心轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)頭)的種類不斷改進和增加；控制的自動化程度不斷提高；機體外型朝著美觀、實用、小型化的方向

20、發(fā)展；最大的進步是離心方法的不斷豐富和發(fā)展；使離心機的應(yīng)用范圍不斷的擴大。離心機的傳動方式經(jīng)歷了手搖式到電動式、機械變速、油壓氣壓為動力的機械變速直至當今的變頻電機變速的過程。十九世紀末和二十世紀初離心機停留在低速電動的狀態(tài)上，到20年代則出現(xiàn)了超高速離心機，美國杜邦公司生產(chǎn)了油透平式離心機1933年又推出了空氣透平式離心機，以壓縮空氣推動蝸輪，再帶動離心機旋轉(zhuǎn)；1955年美國貝克曼公司推出了可達l00000rpm的風動離心機，70年代以后，出現(xiàn)了高速電機即變頻電機的應(yīng)用，在80年代又將變頻電機和微型計算機相結(jié)合，使離心機轉(zhuǎn)速和性能都有了較大的提高，進入90年代以后，離心機技術(shù)已臻成熟，較好地

21、滿足了科研生產(chǎn)和醫(yī)學上的需要。1.1.2離心機分離過程的特點及其技術(shù)應(yīng)用1被處理物料的物性參數(shù) 我們在選擇離心機前，首先要知道被處理物料的化學成份、粘度PH值，物料屬懸浮液還是乳濁液以及他們的固、液相濃度，物料的固體粒子的粗或細，以及操作溫度等。在工業(yè)生產(chǎn)中，各種形式的懸浮液都會遇到，而且在一般情況下，懸浮液內(nèi)顆粒直徑差異較大。懸浮液的粘度隨固體物質(zhì)的增加而提高。 2離心機分離過程的特點及其應(yīng)用 離心機分離的過程一般有離心過濾、離心沉降和高心分離三種。離心過濾過程常用來分離固體量較多，粒子較大的固液混合物，分離過程一般可分三個階段：第一階段，固體顆粒借離心力的作用沉積到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上形成濾渣層，濾

22、液也借離心力的作用穿過轉(zhuǎn)鼓的網(wǎng)孔而濾出。第二階段，濾渣層在離心力的作用下被壓緊，并將其中所含濾液壓擠出去。第三階段，濾渣層空隙中所含液體在離心力作用下，繼續(xù)被排出，使濾渣進一步干燥。1.2 控制系統(tǒng)的概述在了解離心機的原理以及工藝流程的基礎(chǔ)下，此次方案的設(shè)計如下：“刮刀卸料過濾式離心機”要用到4個電機用1號電機為主電機，控制轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)（由于1號電機轉(zhuǎn)速是要改變的，所以要采用變頻器對其進行變頻調(diào)速）；用2號電機的正反轉(zhuǎn)，來控制喇叭罩的上升與下降；用3號電機的正反轉(zhuǎn)，來控制刮刀的左移和右移；用4號電機的正反轉(zhuǎn)，來控制刮刀的左移和右移。對于進料口的進料、水洗、汽洗、洗滌則使用電磁閥進行控制。本次設(shè)計

23、中采用的是可編程序控制器（PLC）實現(xiàn)對各個操作步驟的運行，從而達到全自動控制。第二章 設(shè)計方案的確定通過對離心機的結(jié)構(gòu)、工作原理及工藝流程的理解與熟悉對后，將整個工藝過程分為：進料分離卸料洗滌，從而畫出離心機工作的整個流程。本次設(shè)計主要以可編程控制器（PLC）來對所有過程進行控制。離心機所采用的結(jié)構(gòu)與原理是變頻器控制主電動機的轉(zhuǎn)速，主電動機帶動轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至中速，物料由上部加入轉(zhuǎn)鼓經(jīng)布料均勻散布到轉(zhuǎn)鼓，升至高速后，在離心力的作用下，液相穿過濾布和鼓壁濾孔排出，固相截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，待轉(zhuǎn)鼓降至低速后，旋轉(zhuǎn)刮刀將固相從鼓壁刮下由離心機排出。根據(jù)本次設(shè)計的工作過程，確定了自己設(shè)計的刮刀卸料過濾式

24、離心機的工藝流程。（1）進料：當轉(zhuǎn)速達到220r/s時，打開進料閥，開始進料。當料滿信號產(chǎn)生時，關(guān)閉進料閥；（2）打水：轉(zhuǎn)速升至980r/s，打開15s；（3）打汽：打水完畢后，提速至1380r/s，打汽20s；（4）高速分離：打汽完畢，進行高速分離28s；（5）卸料：高速分離完畢，減速至70r/s，提起料罩,開始用刮刀進行卸料；（6）清洗：打開清洗閥清洗6s。完成后，電動機調(diào)速至220r/s。進行下次分離。工藝流程圖如圖2.1：進料打水打汽高速分離卸料洗滌啟動打開清洗閥，清洗6s，完畢，主電機調(diào)速至220r/s，進行下次分離循環(huán)圖2.1 工藝流程圖主電機轉(zhuǎn)速220r/s時，開始進料（進料時，

25、先開閥門2，后打開閥門1）料滿時，停止進料，先關(guān)閉閥門2，后關(guān)閥門1.主電機提速到980r/s，開始打水保持980r/s，打水15s，完畢提速至1380r/s保持1380r/s，打汽20s，完畢，開始高速分離高速分離28s后，減速至70r/s，開始卸料料罩上升，刮刀動作，到位后保持5s，然后刮刀復位進料打水打汽高速分離卸料洗滌啟動打開清洗閥，清洗6s，完畢，主電機調(diào)速至220r/s，進行下次分離循環(huán)圖2.1 工藝流程圖主電機轉(zhuǎn)速220r/s時，開始進料（進料時，先開閥門2，后打開閥門1）料滿時，停止進料，先關(guān)閉閥門2，后關(guān)閥門1.主電機提速到980r/s，開始打水保持980r/s，打水15s，

26、完畢提速至1380r/s保持1380r/s，打汽20s，完畢，開始高速分離高速分離28s后，減速至70r/s，開始卸料料罩上升，刮刀動作，到位后保持5s，然后刮刀復位 第三章 硬件的選型 此次設(shè)計要用的主要硬件有可編程控制器（PLC）、三相異步電動機、變頻器、電磁閥和接觸器等，以及對離心機工作原理及結(jié)構(gòu)等方面的介紹。3.1 PLC的介紹及選型3.1.1 PLC自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號

27、處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。1.PLC的分類（1）按結(jié)構(gòu)形式分類：一般分為整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)形式：（2）按I/O點數(shù)分類：按I/O點數(shù)不同，分為小型、中型、和大型三類。（3）按功能分類：按功能范圍不同，分為低檔機、中檔機和高檔機三類。2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： （1）開關(guān)量邏輯控制

28、取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （2）工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 （3）運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的

29、單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 （4）數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （5）通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 3.PLC的應(yīng)用特點 （1）可靠性高，抗干擾能力強 （2）配套齊全，功能完善，適用性強 （3）易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 （4）系統(tǒng)的設(shè)計，工作量小，維護方便，容易改造3

30、.1.2 P現(xiàn)在PLC的應(yīng)用越來越多，型號也越來越復雜，市場上的PLC型號也多種多樣，對于本次設(shè)計所采用的是三菱公司FX1N系列可變程序控制器控制，型號為FX1N40MR。FX1N40MR有24個輸入點：X0X7，X10X17，X20X27。16個輸出點：Y0Y3，Y4Y7，Y10Y13，Y14Y17。共有40個輸入輸出點，其內(nèi)部可以提供24V直流電源，但本次設(shè)計使用了外部12V直流電源來驅(qū)動電機與外部繼電器。FX1N40MR型號PLC的器件與編號： 輸入繼電器X： 輸入繼電器室PLC接受外部輸入設(shè)備開關(guān)信號的接口。輸入繼電器X的線圈與PLC的輸入端相連接，可以提供無數(shù)個常開常閉點供編程使用。

31、編程時應(yīng)注意，輸入繼電器只能由外部外部信號驅(qū)動，而不能在程序內(nèi)部用指令驅(qū)動，其接點也不能直接輸出帶動負載。輸入繼電器的編號如下所示：X0X7，X10X17，X20X27輸出繼電器Y： 輸出繼電器的輸出端視PLC向外部傳送信號的接口。外部信號無法直接驅(qū)動Y，它只能在程序內(nèi)部由指令驅(qū)動。輸出接點接到PLC的輸出端子上，輸出接點的通斷取決于輸出線圈的通斷狀態(tài)。 輸入繼電器的編號如下： Y0Y3，Y4Y7，Y10Y13，Y14Y17輔助繼電器M： 輔助繼電器是PLC中數(shù)量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅(qū)動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點

32、驅(qū)動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內(nèi)部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用M與十進制數(shù)共同組成編號（只有輸入輸出繼電器才用八進制數(shù)）。3.2 電動機的選型選擇電動機種類的原則是電動機性能滿足生產(chǎn)機械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、工作可靠、維護方便的電動機。在這方面交流電動機優(yōu)于直流電動機，交流異步電動機優(yōu)于交流同步電動機，鼠籠式異步電動機優(yōu)于繞線式異步電動機。基于電動機種類的選項原則，這次設(shè)計選用的是Y系列三相交流異步電動機。三相交流異步電動機的介紹：作電動機運行的三相異步電機。三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與

33、磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 1.三相異步電動機原理：當向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導體開始時是靜止的，

34、故轉(zhuǎn)子導體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（感應(yīng)電動勢的方向用右手定則判定）。由于導子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動勢方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。通過上述分析可以總結(jié)出電動機工作原理為：當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動

35、電動機旋轉(zhuǎn)，并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。2.三相異步電動機的結(jié)構(gòu)及其作用：（1）定子（靜止部分）定子鐵心 作用：電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。定子繞組作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。機座作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護、散熱等作用。（2）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）三相異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心：作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機旋轉(zhuǎn)。（3）三相異步電動機的其它附件端蓋：支撐作用。軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。軸承端蓋：保護軸承。風扇：冷卻電動

36、機。主電機參數(shù)系列：變頻調(diào)速三相異步電動機型號：YBP355M2-6Mx1 額定電壓：380V標稱功率：200KW 額定頻率：50Hz額定電流：365A 重量：1390Kg接法： 防護等級：IP23輔助電機參數(shù)系列：繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機型號：YR280S-6 額定功率：45KW轉(zhuǎn)子電壓：362V 轉(zhuǎn)子電流：76A轉(zhuǎn)動慣量：5.4475 重量：6800Kg3.3 變頻器的介紹及選型3.3.1變頻器的介紹變頻器（frequency changer / frequency converter）是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。 過去，變頻器一般被包含在電動

37、發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨立的變頻器。變頻器通常包含三個組成部分：整流器（rectifier）和逆變器（Inverter）還有直流部分。整流器:將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變器將直流電再轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電。除了這2個部分之外，變頻器還有可能包含變壓器和電池。其中，變壓器用來改變電壓并可以隔離輸入/輸出的電路，電池用來補償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失。3.3.2 變頻器的選型此次設(shè)計選用的是西門子MM-440變頻器，功率220KW，是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標準變頻器，它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低能高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同

38、時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合。3.4 離心機3.4.1 過濾式離心機工作原理過濾式離心機是利用離心力分離液體與固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的機械。離心過濾是使懸浮液在離心力場下產(chǎn)生的離心壓力，作用在過濾介質(zhì)上，使液體通過過濾介質(zhì)成為濾液，而固體顆粒則被截留在過濾介質(zhì)表面，從而實現(xiàn)液-固分離。3.4.2 刮刀卸料過濾式離心機結(jié)構(gòu)此次設(shè)計的刮刀卸料過濾式離心機的主要結(jié)構(gòu)如圖3.4.1所示。其中轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速由變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速來控制，刮刀的上下左右移動由兩個電動機的正反轉(zhuǎn)來控制，喇叭罩的升起和放下也由電動機的正反轉(zhuǎn)來控制。而進料閥的動作，打水、打汽、清洗的動作則由電磁閥來實現(xiàn)

39、控制。圖3.1 刮刀卸料過濾式離心機結(jié)構(gòu)圖3.5 其他電器元件的選型3.5.1 電磁閥追朔電磁閥的發(fā)展史，到目前為止，國內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類(即：直動式、分步童先導式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個分支小類(直動膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導膜式結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步直動活塞結(jié)構(gòu)、先導活塞結(jié)構(gòu))。 電磁閥分兩種，一種是交流電磁閥；另一種是直流電磁閥。一般交流電磁閥可以長期帶電動作使用；而直流電磁閥一般情況不允許長期帶電使用。 電磁閥使用的電壓常規(guī)有380V、220V、24v、12v等，以上交直流都有。 電磁閥包括（線圈、磁鐵、頂桿）。 當線圈接通電流，便產(chǎn)生了磁

40、性，跟磁鐵相互吸引，磁鐵就會拉動頂桿。關(guān)閉電源，磁鐵和頂桿就復位了，這樣電磁閥就完成了作功過程。這就是電磁閥的工作原理。本次中要用到電磁閥來控制進料，打水，打汽，洗滌的動作，所以經(jīng)過比較挑選后選中了J841H-100型號電磁閥，型號定義： J 8 4 1 H- 100 代表閥門類型：截至閥； 代表驅(qū)動方式：電磁驅(qū)動代表結(jié)構(gòu)類型：明桿平行雙閘門 代表連接方式：法蘭代表密封面或襯里材料：不銹鋼 代表公稱壓力：100Kg/c控制進料電磁閥1控制進料電磁閥1控制進料電磁閥2控制打水電磁閥控制打汽電磁閥控制洗滌電磁閥KM1MMMMKM2KM3KM4KM5圖3.2 電磁閥控制圖3.5.2 接觸器 西門子接

41、觸器、繼電器3TF、3TB、3TD系列交流接觸器為50Hz或60Hz，額定絕緣電壓為690-1000V，在AC-3使用類別下額定工作電壓為380V時的額定工作電流為9A-400A安全性能好，導電部件不外露;體積小、重量輕，滅弧罩材料采用不飽和樹脂，耐弧性好，不會破碎；滅弧室呈封閉型，飛弧距離小，可縮小電氣箱體尺寸；主觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨特，觸頭磨損小，電壽命增加；電磁鐵工作可靠，損耗少，噪音小，且具有很高的機械強度；操作頻率和控制容量高；3TF30-35系列可外加輔助觸頭座；SIGUT-西門子專利端接法，接線方便，牢固，接觸可靠性高，抗振性強，安全防護性好。根據(jù)本次設(shè)計要求選用CJ20-40型號接觸

42、器，定義如： C J 20- 40 代表接觸器；代表交流；代表設(shè)計序號；代表主觸頭額定電流3.5.3 行程開關(guān)： 行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在本次設(shè)計的離心機控制電路中，還利用行程開關(guān)來對料罩上下限位，刮刀的上下限位，刮刀的左右限位進行保護。根據(jù)此次設(shè)計選擇行程開關(guān)LX19-121型號，

43、定義為： L X 19- 1 2 1 代表主令電器; 代表行程開關(guān)； 代表設(shè)計序號；代表自動復位； 代表滾輪裝在傳動桿外側(cè)；代表單滾輪第四章 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計中包括了對外圍控制電路，I/O口地址分配圖，變頻器與PLC連接圖，電機控制圖以及梯形圖，程序指令等。4.1 PLC外圍電路設(shè)計 了解本次設(shè)計的工藝流程后，通過對選擇的硬件的分析和理解，設(shè)計PLC外圍電路圖如圖4-1： 圖4.1 PLC外圍電路圖 用PLC的輸入點X0-X7、X10來檢測啟動、停止、料位檢測開關(guān)、料罩上下限限位開關(guān)、刮刀的左右行及上升下降限位開關(guān)等信號的輸入；用PLC的輸出點Y0-Y3實現(xiàn)對變頻器調(diào)速的控制；用PLC的輸出點

44、Y4-Y7,Y10-Y17來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)鼓電機、進料閥1、進料閥2、噴水閥、噴汽閥、料罩上升、料罩下降、刮刀左移、刮刀右移、刮刀上移、刮刀下移、洗滌、制動電磁閥與接觸器的控制。I/O口地址分配表如表4.1：表4.1 I/O口地址分配表輸入設(shè)備輸入編號輸出設(shè)備輸出編號啟動按鈕X0變頻器得電Y0停止按鈕X1變頻器輸入端Y1Y3料位檢測限位X2進料閥1Y4料罩上限X3進料閥2Y5料罩下限X4噴水閥Y6刮刀左限X5噴汽閥Y7刮刀右限X6料罩上升Y10刮刀上限X7料罩下降Y11刮刀下限X10刮刀左移Y12刮刀右移Y13刮刀上移Y14刮刀下移Y15洗滌Y16制動Y17 圖4-1中用到了變頻器與PLC的連接，其

45、變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定如表4.2：表4.2 變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定Y1Y2Y3對應(yīng)轉(zhuǎn)速00170 r/s010220 r/s100980 r/s0111380 r/s4.2 電機控制設(shè)計 此次設(shè)計要用到四個電動機：用1號電機為主電動機來控制轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速；用2號電機的正反轉(zhuǎn)來控制喇叭罩的上升與下降；用3號電機的正反轉(zhuǎn)來控制刮刀的左移和右移；用4號電機的正反轉(zhuǎn)來控制刮刀的上衣和下移。其中1號電機用變頻器來進行調(diào)速。2，3，4號電機用交流接觸器控制。電機控制如圖4.2所示：圖4.2 電機控制圖4.3 梯形圖PLC的程序可以采用梯形圖、語句表、程序塊等形式表示。為了與繼電器接觸器系統(tǒng)相承接，采用梯形圖形式對離心機控

46、制系統(tǒng)進行編程。只需對每個按鈕發(fā)出相應(yīng)的信號，從而達到自動控制的目的。1.梯形圖語言：梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言，它是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器、等圖形表達符號的基礎(chǔ)上演變而來。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。 PLC的梯形圖使用的內(nèi)部繼電器，定時/計數(shù)器等，都是由軟件來實現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是原電器控制線路硬接線無法比擬的。2.語句表語言： 用語句表所描述的編程方式是一種與匯編語言類似的助記符編程方式。由于不同型號的PLC的標示符和參數(shù)表示方法不一樣，所以并沒有千篇一律的格式。3.邏輯圖語言：采用邏輯符號

47、圖不控制邏輯時，首先定義某些邏輯符號的功能和變量函數(shù)，它類似于“與”、“或”、“非”邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程方式。一般來說，用這樣邏輯能夠表達所有的控制邏輯。這是國際電工委員會（IEC）頒布的PLC編程語言之一。4.功能表圖語言：功能表圖語言（SFC語言）是一種較新的編程方法，又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言。它將一個完整的控制過程分為若干階段，各階段具有不同的動作，階段間有一定得轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上以階段動作結(jié)束，下一階段開始。用功能表圖的方式來表達一個控制過程，對于順序控制系統(tǒng)特別適用。5.高級語言：近年來推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級語言，如BASIC語言、C語言、PASCA

48、L語言等進行編程。采用高級語言后，用戶可以像適用普通微型計算機一樣操作PLC，使PLC的各種功能得到更好的發(fā)展。4.3.1 工藝流程圖此次設(shè)計采用的是PLC步進梯形圖指令編程。步進梯形指令（step ladder insruction）簡稱STL指令，F(xiàn)X系類PLC還有一條使STL復位的指令RET。利用這兩條指令，可以方便的編制順序控制梯形圖指令。順序功能圖中的每一小步對應(yīng)一小段程序，每一步與其它步是完全隔離的。使用者根據(jù)其使用要求將這些程序按一定的順序組合在一起，就可以完成任務(wù)。這種編程方法可以節(jié)約編程的時間，并能減少編程錯誤。STL觸點驅(qū)動的電路塊有三個功能，即對負載的驅(qū)動處理、制定轉(zhuǎn)換條

49、件和制定轉(zhuǎn)換目標。STL觸點一般是與左母線相連的常開開關(guān)，當某一步為活動步時，對應(yīng)的STL觸點一般是與左母線相連的常開觸點，當某一步為活動步時，對應(yīng)的STL觸點接通，它的右邊電路被處理，直到下一步被激活。STL程序區(qū)內(nèi)可以使用標準梯形圖的絕大數(shù)指令和結(jié)構(gòu)，應(yīng)包括應(yīng)用指令。某一STL觸點閉合后，該步的負載線圈驅(qū)動。當該步的負載線圈被驅(qū)動，當該步的轉(zhuǎn)換指令變?yōu)榛顒硬?，同時與原活動步對應(yīng)的狀態(tài)繼電器被系統(tǒng)程序自動復位，原活動步對應(yīng)的STL開關(guān)觸點斷開。對此次設(shè)計的工藝流程進行整理，使其能夠更好的進行步進編程，如圖4.3。啟動啟動打開進料閥2打開進料閥1提速到980r/s打水提速1380r/s打汽高速

50、分離制動調(diào)速70r/s提升料罩刮刀右移到位保持刮刀左移刮刀下移洗滌放下料罩變頻器得電，轉(zhuǎn)速220r/s，等待3s等待1S料滿等待3S打水15S等待3S打汽20S28S制動4S等待3S料罩上限刮刀右限5S刮刀左限刮刀上限6S料罩下限循環(huán)圖4.3 工藝流程圖刮刀上移刮刀下限4.3.2 I/O口匹配工藝流程圖對照表4-1的PLC的I/O口地址分配表和圖4-3的工藝流程圖，將工藝流程圖與所要用到得I/O口匹配，如圖4.4： S0S0(X0,Y0,Y2)S1(Y0,Y2,Y5)S2（Y0,Y2,Y4，Y5）S3（Y0,Y3）S4（Y0,Y3,Y6）S5(Y0,Y1,Y3)S6(Y0,Y1,Y3,Y7)S

51、7(Y0,Y1,Y3)S8(Y0,Y17)S9(Y0,Y1)S10(Y0,Y1,Y10)S11(Y0,Y1,Y13)S12(Y0,Y1,Y14)S14(Y0,Y1,Y12)S15(Y0,Y1,Y15)S16(Y0,Y1,Y14)S17(Y0,Y1,Y16)S18(Y0,Y1,Y11)S19(SET S0)3S1SX23S15S3S20S28S4S3SX3X6X75SX10X76SX4圖4.4 I/O口匹配工藝流程圖S13(Y0,Y1)X54.3.3 梯形圖結(jié)論本控制系統(tǒng)主要以變頻器，PLC為控制設(shè)備實現(xiàn)對過濾離心機的物料的自動連續(xù)分離及卸料過程的控制：當料液分次經(jīng)進料閥進入離心機轉(zhuǎn)鼓，在轉(zhuǎn)鼓高

52、速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，液相體被強大的離心力從轉(zhuǎn)鼓甩出到殼體匯集運走，而固相體則為轉(zhuǎn)鼓截留在鼓內(nèi)，經(jīng)其它過程(如制糖過程中，糖層須再經(jīng)水霧和蒸汽噴洗)處理，達到潔凈品質(zhì)要求后，再被卸料刮刀裝置從轉(zhuǎn)鼓底部卸出，卸料后對轉(zhuǎn)鼓進行清洗，然后準備進入下個循環(huán)。 本控制系統(tǒng)運用對PLC外圍設(shè)備和對相關(guān)控制線路的控制及變頻器對電動機調(diào)速的原理，使離心機能夠完成從進料，分離，洗滌到卸料的工藝流程。研究“刮刀卸料過濾式離心機控制系統(tǒng)”這個項目，可以使相關(guān)制造業(yè)和加工業(yè)的離心機控制系統(tǒng)跟家完善，功能實現(xiàn)更多更廣，能夠更加節(jié)省能源，節(jié)省敬意，節(jié)省人力?？偨Y(jié)與體會 經(jīng)過兩個多月的設(shè)計，刮刀卸料過濾式離心機控制系統(tǒng)

53、得以基本完成。通過這幾個月老師的指導，同學的幫助和對資料的查閱，我對離心機的工作原理和工作過程加深了理解，對刮刀卸料過濾式離心機從進料、分離、洗滌到卸料的工藝流程有了深刻的認識。而且，通過此次設(shè)計，是我認識了PLC的強大功能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 可編程控制器（PLC）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。隨著科技的發(fā)展

54、，PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機械的自動控制，擴展到中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活關(guān)聯(lián)的機器、與環(huán)境關(guān)聯(lián)的機器的應(yīng)用領(lǐng)域，一般大多數(shù)的電氣控制系統(tǒng)都可以采用PLC控制，其特點是可靠性高、編程簡單。 通過此次設(shè)計，我對PLC的功能及應(yīng)用有了一定得了解，基本熟悉了PLC的基本指令，能夠使用軟件編寫簡單的應(yīng)用程序，拓展了變頻器、電動機、電磁閥等方面的知識，受益匪淺。致謝 一轉(zhuǎn)眼，就要大學畢業(yè)，也許這是我最后一次寫論文了。望著窗外的夕陽，心中一片傷感。我們即將走向社會面對生活，有一絲激動也有些害怕。握著筆，卻不知道如何下筆，雖然說是致謝，我卻不知如何表達。大

55、學，我們失去了很多，也學到了很多。在這里，我只能用有些蒼白的文字來抒發(fā)自己的感激之情。首先，我要鄭重的感謝我的指導老師仉老師。仉老師是一個認真、嚴謹且平易近人的老師，對我在設(shè)計過程中遇到的問題總是不厭其煩的進行講解。在寫論文時，仉老師就論文的立意選材、謀篇布局做了必不可少的指導，她豐富的學識和開闊的思路是本文順利完成的保證。其次，我要感謝大學四年里，給予我?guī)椭完P(guān)懷的老師、同學和朋友，有了他們的陪伴，我的大學生活才變得豐富、充實，才能在大學里學到和得到許多東西。最后，我要感謝我的家人，感謝他們多年來對我的支持、關(guān)愛和呵護。參考文獻1孫啟才.分離機械.北京：化學工業(yè)出版社，19972許學勤.食品

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59、TL S223 OUT Y00024 OUT Y00225 OUT Y00526 OUT Y00427 AND X00228 SET S330 STL S331 OUT Y00032 OUT Y00333 OUT T2 K3036 AND T237 SET S439 STL S440 OUT Y00041 OUT Y00342 OUT Y00643 OUT T3 K15046 AND T347 SET S549 STL S550 OUT Y00051 OUT Y00152 OUT Y00353 OUT T4 K3056 AND T457 SET S659 STL S660 OUT Y000 6

60、1 OUT Y00162 OUT Y00363 OUT Y00764 OUT T5 K20067 AND T568 SET S770 STL S771 OUT Y00172 OUT Y00173 OUT Y00374 OUT T6 K280 77 AND T6 78 SET S880 STL S881 OUT Y00082 OUT Y01783 OUT T7 K4086 AND T787 SET S989 STL S990 OUT Y00091 OUT Y00192 OUT T895 AND T8 K3096 SET S1098 STL S1099 OUT Y000100 OUT Y00110