專利名稱：Plc控制無級調(diào)速全自動離心機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械技術領域，具體地說是PLC控制無級調(diào)速全自動離心機。
上懸式間歇離心機是一種利用離心力將糖膏中的晶體和糖蜜分離的設備，主要用于制糖工業(yè)，也可用于化工、醫(yī)藥等行業(yè)。在制糖廠，離心機是“用電大戶”，消耗電能量多，而這些電能主要消耗在離心機及其頻繁的啟動(加速)過程中。離心機的基本工作程序是零轉速啟動→低速進糖膏→高速分離→低速卸糖。每一循環(huán)由低速到高速都要耗用大量電能，以克服大慣量負載的升速。而由高速到低速卸糖，又要使該大慣量負載平穩(wěn)快速的減速。
常用的上懸式間歇離心機，多采用二速、三速及四速多級異步交流電動機驅動，在變級時沖擊電流較大，不能實現(xiàn)無級調(diào)速，起制動及升速時平穩(wěn)性差。也有采用JR、YR系列繞線轉子電動機的，但在離心機由高速快速降速時，均采用機械抱閘進行制動。從而造成剎車皮損耗量大，機械摩擦嚴重和機械振動的損傷。離心機的工藝動作順序控制，也多采用時間繼電器配合中間繼電器、接觸器來完成的。近年來也有采用單片機實現(xiàn)的，前者控制線路復雜，后者抗干擾措施要求較高，當制糖工藝改變，而需更改程序時較麻煩，需專門的開發(fā)工具和專業(yè)技術人員。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，應用可編程控制器PLC、上位微機及可編程顯示終端、四象限無環(huán)流直流調(diào)速或四象限交流變頻調(diào)速，提供一種操作簡單，顯示直觀，參數(shù)修改及維修方便，高可靠性節(jié)能的無級調(diào)速全自動離心機。
本實用新型的離心機的工藝要求是離心機啟動前，先檢測制動剎車裝置，是否放松到位、卸料機構是否在原紿位置，如條件滿足，離心機啟動。當轉速升為150-300RPM時，進料閥打開，放入糖膏，定量機構動作或者進料時間到后升速，升速過程中用水和蒸汽噴洗糖膏(即水洗，汽洗)。速度升至1200RPM左右，維持一定時間后，此時糖膏的分蜜已完成，急速減至150RPM，料罩打開，卸料機構(刮刀)動作，進行卸料(成品糖)，卸料完后，刮刀復位，速度又升至原進料速度并進行下一個工作循環(huán)。以上各動作都由相應的電磁閥動作來完成，如在進料時發(fā)生進料不均勻(不平衡)，應立刻關閉進料閥。如在升速時發(fā)生振動，為保證機械的安全性，應立刻將速度降至600RPM以下，待振動消除后再升速。機械抱閘僅在非正常情況下作緊急制動。(參見


圖1)針對以上工藝要求，本實用新型是這樣實現(xiàn)的由可編程控制器PLC的電源模塊、CPU模塊、輸入模塊和兩個輸出模塊，四象限頻率調(diào)速控制器或四象限無環(huán)流可控硅調(diào)速控制器，電源裝置和操作控制臺組成，可編程控制器與四象限頻率調(diào)速控制器或四象限無環(huán)流可控硅調(diào)速控制器構成離心機能量回饋拖動控制系統(tǒng)，PLC的輸入輸出模塊通過電源總線、數(shù)據(jù)總線與CPU模塊相連接，利用電源模塊輸出的直流24V電源接入操作面板的所有按鈕及開關的公共端，按鈕及開關的另一端接入CPU模塊的各輸入點，速度傳感器直接檢測與離心機轉籃同軸、由鋼件構成的凸凹圓型脈沖發(fā)生盤，所測脈沖直接輸入CPU模塊的中斷輸入點，CPU模塊的通訊口與工控微機或觸模式工業(yè)圖形顯示器的通訊口相互連接，一外部直流穩(wěn)壓電源的+24V接入輸入模塊及第一輸出模塊的公共端并接入繼電器線圈的公共點，通過繼電器的觸點再去控制AC110V的電磁閥，離心機上所有限位開關及傳動控制柜的輸出信號都接入PLC輸入模塊的各輸入點，所有指示燈及發(fā)光二極管都接入第一輸出模塊的各輸出點，第二輸出模塊的輸出點接入繼電器線圈及傳動柜的信號輸入端口，三相50HZ、380V交流電經(jīng)由可控硅或開關元件組成的交直交四象限變頻器，變?yōu)檩敵鲱l率可調(diào)(0～50HZ)電壓可變(10～380V)的三相交流電源，其輸出端直接接交流異步電動機，或者由三相50HZ、380V交流電，經(jīng)由正反兩組并連的可控硅組成的四象限無環(huán)流整流控制器，輸出直流電壓為0～440V，其控制器的輸出端直接接入直流電動機電樞繞組。
電機直接驅動離心機轉籃，并通過直流調(diào)速或交流變頻調(diào)速控制器實現(xiàn)無級調(diào)速。由速度傳感器檢測離心機的轉速并送到PLC中斷輸入口，各種限位開關及按鈕、開關信號也送到PLC的輸入模塊，經(jīng)過PLC程序運算、邏輯判斷及時間判斷后，再由PLC的輸出模塊控制離心機的各工序速度及各工藝電磁閥。用PLC的通訊口與上位工控微機或可編程顯示終端的通訊口連接，實現(xiàn)PLC與上位機之間的數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)了在顯示終端上很直觀友好的漢字及圖形介面顯示離心機各工序狀態(tài)、運行曲線、轉速及故障信息等，并通過上位微機的鍵盤(或者觸模屏)，可很方便的直接修改離心機各工序的時間參數(shù)。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述，但不限于附圖所示。
圖1為本實用新型的電機拖動及工藝曲線圖圖2為本實用新型的電氣方框圖之一圖3為本實用新型的電氣方框圖之二圖4為本實用新型的程序控制臺電源電氣原理圖圖5為本實用新型的程序控制臺CPU模塊輸入電氣原理圖圖6為本實用新型的程序控制臺輸入模塊輸入電氣原理圖圖7為本實用新型的程序控制臺輸出模塊信號指示電氣原理圖圖8為本實用新型的程序控制臺輸出模塊輸出控制電氣原理圖圖9為本實用新型的程序控制臺電磁閥控制電氣原理圖
圖10為本實用新型的程序控制臺面板圖實施例1，如圖2所示，本實用新型由可編程控制器PLC的電源模塊、CPU模塊、輸入模塊和兩個輸出模塊，四象限頻率調(diào)速控制器電源裝置和操作控制臺組成，可編程控制器與四象限頻率調(diào)速控制器構成離心機能量回饋拖動控制。PLC的輸入輸出模塊通過電源總線、數(shù)據(jù)總線與CPU模塊相連接，利用電源模塊輸出的直流24V電源接入操作面板的所有按鈕及開關的公共端，按鈕及開關的另一端接入CPU模塊的各輸入點，速度傳感器直接檢測與離心機轉籃同軸、由鋼件構成的凸凹圓型脈沖發(fā)生盤，所測脈沖直接輸入CPU模塊的中斷輸入點，CPU模塊的通訊口與工控微機或觸模式工業(yè)圖形顯示器的通訊口相互連接，一外部直流穩(wěn)壓電源的+24V接入輸入模塊及第一輸出模塊的公共端并接入繼電器線圈的公共點，通過繼電器的觸點再去控制AC110V的電磁閥，離心機上所有限位開關及傳動控制柜的輸出信號都接入PLC輸入模塊的各輸入點，所有指示燈及發(fā)光二極管都接入第一輸出模塊的各輸出點，第二輸出模塊的輸出點接入繼電器線圈及傳動柜的信號輸入端口，三相50HZ、380V交流電經(jīng)由可控硅或開關元件組成的交直交四象限交頻器，變?yōu)檩敵鲱l率可調(diào)(0～50HZ)電壓可變(10～380V)的三相交流電源，其輸出端直接接交流異步電動機。電機采用三相交流鼠籠異步電動機并采用強迫風冷。變頻調(diào)速控制器交-直-交，四象限全數(shù)字電流型頻率控制器，采用改變?nèi)嘟涣鳟惒诫妱訖C的定子頻率來變電動機的轉速。離心機轉軸或轉動體上安裝測元件，通過PLC的中斷口或高速計口獲得實際轉速，從而控制離心機的各工序動作。操作控制臺采用由可編程控制器為核心的可顯示中文工序流程、參數(shù)、工藝曲線、故障信息、I/O狀態(tài)及操作說明，可改變工藝參數(shù)的鍵盤或觸模屏，控制離心機運行的各種按鈕、開關及指示燈組成，三相交流電源由操作控制臺進線端子X1的L1、L2、L3及N引入，一相經(jīng)斷路器Q1提供工控微機及控制臺冷卻風扇的交流220V電源，另外兩相經(jīng)自動空氣開關QF1，通過變壓器T1，一組經(jīng)斷路器Q2，另一組經(jīng)斷路器Q3、急停按鈕S0提供可編程控制器PLC所需的交流220V電源，并將此路電源送入開關穩(wěn)壓電源DY1經(jīng)斷路器Q4為PLC的001CH輸入模塊，100CH輸出模塊及101CH輸出模塊控制繼電器K1-K8提供24V的直流電源。可編程控制器PLC包括一個輸入AC100-240V，輸出DC24V的開關電源模塊，一個自帶232串行通訊口，內(nèi)含4點中斷輸入的CPU模塊，一個16點直流輸入的輸入模塊000CH,001CH，兩個16點繼電器或晶體管輸出的輸出模塊100CH,101CH,CPU模塊的232串行通訊口通過兩個9芯插頭，一根四芯屏蔽電纜與上位計算機或者可編程顯視終端的232通訊口相連接。利用中斷點00000配合與離心機實際轉速的測定，從而完成該機器的工藝控制。輸入模塊000CH,001CH接收來自操作面板的按鈕、開關S1-S13及離心機上的各種限位開關SQ1-SQ11、傳動柜(交流變頻)的允許運行及故障信號、分蜜速度信號、卸料速度信號及振動速度信號。輸出控制繼電器K1-K8，從而控制進料電磁閥Y1、糖汁轉換電磁閥Y2、沖水洗電磁閥Y3、沖汽冼電磁閥Y4、料罩開電磁閥Y5、卸料器(刮刀)電磁閥Y6、門洗電磁閥Y7、制動電磁閥Y8。并于繼電器K1-K8線圈兩端的續(xù)流二極管D1-D8，用于保護PLC輸出模塊內(nèi)部的繼電器觸點。輸出模塊100CH輸出控制各工序的功能指示燈S7/H-S13/H、發(fā)光極管LED1-LED6、實施例2，如圖3所示，電機采用他勵直流電動機，電機尾部安裝測速發(fā)電機，電機采用強迫風冷。調(diào)速控制器用直流調(diào)速控制器可控硅四象限無環(huán)流全數(shù)字或模擬量直流調(diào)速控制器。速度反饋采用與直流電動機同軸的測速發(fā)電機，采用改直流電機電樞電壓進行無級調(diào)速，離心機升速或恒速時，控制器的可控硅正組橋工作，降速時反組橋工作。其余結構與實施例1相同。
能量回饋制動過程為當離心機工作于進料、升速、水洗、汽洗、分蜜時，電動機通過直流調(diào)速控制器或頻率控制器的正組橋吸收電能，電動機工作于第Ⅰ象限，當離心機完成分蜜工作后，將于1200RPM的轉速急速降到150RPM，利用離心機轉藍的大慣量機械能，通過電動機變?yōu)殡娔堋４藭r，電動機變?yōu)榘l(fā)電機(即電動機工作于第Ⅱ象限)將電能回送電網(wǎng)，實現(xiàn)了能量再生發(fā)電制動。該過程的實現(xiàn)是通過直流控制器或頻率控制器的反組橋來完成的。原逆變橋變?yōu)檎鳂?，原整流橋變?yōu)槟孀儤?。如果五、六臺離心機機組聯(lián)用，一臺減速時回饋的電能，可補償另一臺升速時所需的部分電能。如配置電機功率為220KW的離心分蜜機，在高速減速時，向電網(wǎng)回饋的電能可達120KW左右。這樣，可使每分蜜一噸糖的電耗降為1-1.2KW.h(老式離心機在2KW.h以上)。采用直流電動機與直流控制器，還是采用交流異步電動機與頻率控制器，由用戶視經(jīng)濟情況等而定。
輸入、輸出通道(口地址)分配(1)CPU模塊輸入通道號00000中斷輸入口，接收來自速度傳感器A1的脈沖信號。
00001備用00002備用00003循環(huán)/單次選擇開關S100004自動/手動選擇開關S200005啟動按鈕S300006停止按鈕S400007洗藍選擇開關S500008離心恢復按鈕S6
00009手動進料按鈕S7000010手動升速按鈕S8000011手動沖水按鈕9000012手動沖汽按鈕S10000013手動分蜜按鈕S11000014手動降速按鈕S12000015手動卸料按鈕S13(2)輸入模塊通道號00100進料定量限位開關SQ100101不平衡位開關SQ200102制動放松到位限位開關SQ300103刮刀下降到位限位開關SQ400104刮刀上升到位及鎖緊限位開關SQ5、SQ600105備用00106振動限位開關SQ7、SQ800107備用00108料罩開到位限位開關SQ1000109料罩關到位限位開關SQ1100110二次水洗及汽洗選擇線00111備用00112傳動柜允許運行信號00113傳動柜故障信號00114備用00115備用(3)輸出模塊一通道號10000進料指示燈S7/H10001升速指示燈S8/H10002沖水冼指示燈S9/H10003沖汽冼指示燈S10/H
10004分蜜指示燈S11/H10005降速指示燈S12/H10006卸料指示燈S13/H10007不平衡(傾向)發(fā)光二極管LED110008振動發(fā)光二極管LED210009故障發(fā)光二級管LED310010進料速度(速度Ⅰ)發(fā)光二級管LED40011離心機速度(速度Ⅱ)發(fā)光二極管LED510012卸料速度(速度Ⅲ)發(fā)光二極管LED610013備用10014備用10015備用(4)輸出模塊通道號10100進料電磁閥繼電器K110101糖汁轉換電磁閥繼電器K210102沖水洗電磁閥繼電器K310103沖汽洗電磁閥繼電器K410104料罩打開電磁閥繼電器K510105卸料器(刮刀)卸料電磁閥繼電器K610106門冼電磁閥繼電器K710107剎車釋放電磁閥繼電器K810108允許傳動柜運行命令信號10109進料速度命令信號10110分蜜速度命令信號10111卸料速度命令信號10112振動速度命令信號10113備用10114備用10115備用本實用新型操作臺功能特點說明操作臺上的顯示器可直觀地顯示離心機的運行工序，運行狀態(tài)和運行曲線，并可保持上一個循環(huán)的工作曲線一周期(綠色)，本次運行曲線為紅色?？芍庇^地顯示各工序的設定時間和運行時間及運行速度。
1、按鈕，開關(1)進料、升速、沖水、分蜜、卸料代燈按鈕自動時僅為工序顯示，手動時作為工序操作。
(2)啟動、停上按鈕用于離心機的啟動和停止。
(3)自動/手動選擇開關用于選擇離心機的自動或手動運行狀態(tài)功能。
(4)連續(xù)/單次選擇開關選擇于連續(xù)，離心機將周期連續(xù)循環(huán)工作。選擇為單次時，離心機完成一個周期的工作后將停機，如要繼續(xù)運行，需再按一次啟動按鈕。
(5)洗藍選擇開關置“1”為卸料結束后對轉藍進行清洗，置“0”不進行此功能。
(6)恢復按鈕用于在升速到分蜜階段，如離心機發(fā)生振動，速度將由原來的1200RPM降至600RPM，待振動消除后，如要恢復分蜜速度，按該按鈕。
(7)急停按鈕當發(fā)生緊急情況時，按下該按鈕，離心機停機并且機械抱閘制動。沿箭頭方向旋轉該按鈕，復位緊急停機按鈕。
2、指示燈(1)速度Ⅰ指示燈啟動及進料速度不到時閃亮，進料速度到時常亮。
(2)速度Ⅱ指示燈升速時閃亮，分蜜速度到后常亮。
(3)速度Ⅲ指示燈降速時閃亮，卸料速度到后常亮。
(4)不平衡指示燈在進料時，如發(fā)生不平衡，該燈閃亮同時進料閥關閉。
(5)振動指示燈在發(fā)生振動時閃亮。
(6)故障指示燈在發(fā)生故障時閃亮。
3、顯示器及鍵盤操作顯示器上可顯示五個畫面，即主畫面(報告菜單)，參數(shù)設置，過程故障，I/O狀態(tài)，操作說明，這五個畫面的選擇位于顯示器上部，由鍵盤的左移或右移鍵選擇，即可進入該畫面。
(1)報告菜單用于顯示工序狀態(tài)，故障信息，工藝曲線(轉速時間曲線)，設定的工序時間，實際運行時間，實際轉速等，這將有助于分蜜質(zhì)量的管理和控制，提高分蜜質(zhì)量的穩(wěn)定性。
(2)參數(shù)設置不需電氣人員離心機操作人員就可對工藝時間參數(shù)進行修改。用左右移動鍵選擇參數(shù)設定窗口，以及上下鍵選擇修改項，加減鍵改變參數(shù)。
(3)過程故障進入該畫面，可顯示有關的故障信息，便于迅速準確的排除故障。
(4)I/O狀態(tài)表即PLC的輸入、輸出表格，用于電氣人員進行電氣檢查及維修。
4、自動操作將離心機操作臺，自動/手動開關置于自動，按啟動按鈕即可。如果條件滿足，離心機電機起動，速度Ⅰ指示燈閃亮，待進料速度到后，速度Ⅰ指示燈常亮，同時進料指示燈亮，進料定量到或者進料時間到后，自動轉升速及進行以下的工序。如果上次工作時沒有卸料，PLC智能判斷，進料閥不會打開。升速時，速度Ⅱ指示燈閃亮直到分蜜速后常亮。分蜜工序完后，自動轉入降速，此時速度Ⅲ指示燈閃亮，卸料速度到后常亮并進行卸料工作。
5、手動操作將操作臺上的自動選擇開關置于手動，按啟動按鈕，速度Ⅰ指示燈閃亮，電機啟動，不到進料速度，進料按鈕無效。進料速度到后，速度Ⅰ指示燈常亮，此時，按進料按鈕轉入進料工序，進料指示燈常亮，進料定量或時間到后，進料鈕指示燈閃亮，提醒可進行下一步升速操作了，此時，按下升速按鈕，待升速燈鈕閃亮時，提醒可進行水洗工序了，按水洗按鈕，執(zhí)行該工序，相應的指示燈亮，以下依次按各工序按鈕，依次執(zhí)行各工序。手動狀態(tài)時，顯示器上的各工序設定時間不再起作用。按降速按鈕后，速度Ⅲ指示燈閃亮，表明卸料速度不到，卸料按鈕無效，只有待卸料速度到后，速度Ⅲ指示燈常亮，按卸料按鈕才有效。
6、自動/手動無擾動切換操作由于采用了先進的PLC及控制程序，在任何時候，任何工序狀態(tài)下都可以實現(xiàn)自動/手動任意切換。
本實用新型的離心機具有以下優(yōu)點(1)無級調(diào)速、起動、升速、制動速度快，平穩(wěn)，工作效率高；(2)能量回饋制動，節(jié)約電能；(3)操作控制臺顯示直觀，操作及參數(shù)修改方便；(4)程序動作可靠，抗干擾能力強，維護容易。
權利要求1.一種PLC控制無級調(diào)速全自動離心機，其特征在于主要由可編程控制器PLC的電源模塊、CPU模塊、輸入模塊和兩個輸出模塊，四象限頻率調(diào)速控制器或四象限無環(huán)可控硅調(diào)速控制器，電源裝置和操作控制臺組成，可編程控制器與四象限頻率調(diào)速控制器或四象限無環(huán)流可控硅調(diào)速控制器構成離心機能量回饋拖動控制系統(tǒng)，PLC的輸入輸出模塊通過電源總線、數(shù)據(jù)總線與CPU模塊相連接，利用電源模塊輸出的直流24V電源接入操作面板的所有按鈕及開關的公共端，按鈕及開關的另一端接入CPU模塊的各輸入點，速度傳感器直接檢測與離心機轉籃同軸、由鋼件構成的凸凹圓型脈沖發(fā)生盤，所測脈沖直接輸入CPU模塊的中斷輸入點，CPU模塊的通訊口與工控微機或觸模式工業(yè)圖形顯示器的通訊口相互連接，一外部直流穩(wěn)壓電源的+24V接入輸入模塊及第一輸出模塊的公共端并接入繼電器線圈的公共點，通過繼電器的觸點再去控制AC110V的電磁閥，離心機上所有限位開關及傳動控制柜的輸出信號都接入PLC輸入模塊的各輸入點，所有指示燈及發(fā)光二極管都接入第一輸出模塊的各輸出點，第二輸出模塊的輸出點接入繼電器線圈及傳動柜的信號輸入端口，三相50HZ、380V交流電經(jīng)由可控硅或開關元件組成的交直交四象限變頻器，變?yōu)檩敵鲱l率可調(diào)(0～50HZ)電壓可變(10～380V)的三相交流電源，其輸出端直接接交流異步電動機，或者由三相50HZ、380V交流電，經(jīng)由正反兩組并連的可控硅組成的四象限無環(huán)流整流控制器，輸出直流電壓為0～440V，其控制器的輸出端直接接入直流電動機電樞繞組。
2.按權利要求1所述的離心機，其特征在于電源裝置用他勵直流電動機，電機尾部安裝測速發(fā)電機，或三相交流鼠籠異步電動機，電機采用強迫風冷。
3.按權利要求1所述的離心機，其特征在于直流調(diào)速控制器采用與直流電動機同軸的測速發(fā)電機，控制器的可控硅正組橋和反組橋工作；變頻調(diào)速控制器采用改變?nèi)嘟涣鳟惒诫妱訖C的定子頻率來變電動機的轉速。
4.按權利要求1所述的離心機，其特征在于可編程控制器PLC包括一個輸入AC100-240V，輸出DC24V的開關電源模塊，一個自帶232串行通訊口，內(nèi)含4點中斷輸入的CPU模塊，一個16點直流輸入的輸入模塊(000CH,001CH)，兩個16點繼電器或晶體管輸出的輸出模塊(100CH,101CH)，CPU模塊的232串行通訊口通過兩個9芯插頭，一根四芯屏蔽電纜與上位計算機或者可編程顯視終端的232通訊口相連接。
5.按權利要求1所述的離心機，其特征在于操作控制臺采用由可編程控制器為核心的可顯示中文工序流程、參數(shù)、工藝曲線、故障信息、I/O狀態(tài)及操作說明，可改變工藝參數(shù)的鍵盤或觸模屏，控制離心機運行的各種按鈕、開關及指示燈組成，三相交流電源由操作控制臺進線端子X1的L1、L2、L3及N引入，一相經(jīng)斷路器Q1提供工控微機及控制臺冷卻風扇的交流220V電源，另外兩相經(jīng)自動空氣開關QF1，通過變壓器T1，一組經(jīng)斷路器Q2，另一組經(jīng)斷路器Q3、急停按鈕S0提供可編程控制器PLC所需的交流220V電源，并將此路電源送入開關穩(wěn)壓電源DY1經(jīng)斷路器Q4為PLC的001CH輸入模塊，100CH輸出模塊及101CH輸出模塊控制繼電器K1-K8提供24V的直流電源。
6.按權利要求1所述的離心機，其特征在于離心機轉軸或轉動體上安裝測速元件，通過PLC的中斷口或高速計數(shù)口獲得實際轉速。
專利摘要本實用新型是一種PLC控制無級調(diào)速全自動離心機,其特征在于主要由可編程控制器PLC的電源模塊、CPU模塊、輸入模塊和兩個輸出模塊,四象限頻率調(diào)速控制器或四象限無環(huán)可控硅調(diào)速控制器,電源裝置和操作控制臺組成。本實用新型的離心機具有無級調(diào)速、起動、升速、制動速度快,平穩(wěn),工作效率高;能量回饋制動,節(jié)約電能;操作控制臺顯示直觀,操作及參數(shù)修改方便;程序動作可靠,抗干擾能力強,維護容易等優(yōu)點。
文檔編號B04B13/00GK2321535SQ9724850
公開日1999年6月2日 申請日期1997年11月5日 優(yōu)先權日1997年11月5日
發(fā)明者封云 申請人:昆明輕工業(yè)機械廠