陳建寧

（中電電氣（南京）光伏有限公司，南京 211100）

可編程控制器在板框壓濾機(jī)中的應(yīng)用

陳建寧

（中電電氣（南京）光伏有限公司，南京 211100）

本文介紹了西門子S7-200可編程控制器在污水處理站板框壓濾機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用。利用PLC特定的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)板框壓濾機(jī)的自動(dòng)控制。實(shí)踐證明，改造后的板框壓濾機(jī)運(yùn)行良好，為應(yīng)用新技術(shù)改造舊設(shè)備提供了成功的范例，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

可編程控制器；板框壓濾機(jī)；改造

0 前言

傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用的繼電器邏輯控制由于觸點(diǎn)多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點(diǎn)，正逐漸被淘汰。可編程控制器（PLC），其功能變化靈活，編程簡(jiǎn)單，故障少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少等。已廣泛運(yùn)用于各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域。本文介紹了西門子S7-200可編程控制器在板框壓濾機(jī)的應(yīng)用。

1 板框壓濾機(jī)的介紹

1.1 結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介

板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)由三部分組成：

（1）機(jī)架：機(jī)架是壓濾機(jī)的基礎(chǔ)部件，兩端是止推板和壓緊板，兩側(cè)的大梁將二者連接起來(lái)，大梁用以支撐濾板、濾框和壓緊板。

（2）液壓自動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)：液壓站由電機(jī)、油泵、電磁換向閥、壓力表、油路、油箱等組成。

（3）過(guò)濾機(jī)構(gòu)：過(guò)濾機(jī)構(gòu)由過(guò)濾板、濾框、濾布組成。

板框壓濾機(jī)是一種間歇性固液分離設(shè)備，它由濾板、濾框排列構(gòu)成濾室，在輸料泵壓力的作用下，物料從止推板上的進(jìn)料孔進(jìn)入各濾室，固體顆粒因其粒徑大于過(guò)濾介質(zhì)（濾布）的孔徑被截流在濾室里，濾液則從濾板下方的出液孔流出。通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，將固體和液體分離。作為一種固液分離設(shè)備，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)已有悠久歷史，它具有分離效果好、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，特別對(duì)于粘細(xì)物料的分離，有其獨(dú)特的優(yōu)越性，其廣泛應(yīng)用于化工、冶金及各行業(yè)的污水處理等。

1.2 工藝流程

按下壓緊濾板按鈕，油泵啟動(dòng)同時(shí)打開(kāi)壓緊電磁閥，在油壓的驅(qū)動(dòng)下，油缸中的活塞向前移動(dòng)，推動(dòng)壓緊板同時(shí)帶動(dòng)濾板向前移動(dòng)，當(dāng)最前面的濾板觸及止推板時(shí)，壓緊板緩慢地壓緊濾板。當(dāng)壓緊力達(dá)到壓力表的上限時(shí)，電源自動(dòng)切斷，油泵停止供油，濾板、濾框被壓緊，此時(shí)壓濾機(jī)處于自動(dòng)保壓狀態(tài)，其壓緊力主要是由電接點(diǎn)壓力表控制的，壓力表的上限指針和下限指針設(shè)定在工藝要求的數(shù)值（本臺(tái)板框壓濾機(jī)的油壓上限為20MPa，下限為15MPa）。由于油路系統(tǒng)不可避免的要產(chǎn)生內(nèi)漏和外漏而造成壓緊力下降，當(dāng)壓緊力降到壓力表下限指針時(shí)，電源自動(dòng)接通，油泵開(kāi)始供油，壓力上升，當(dāng)壓力達(dá)到上限值時(shí)，電源自動(dòng)切斷，油泵停止供油，這樣反復(fù)循環(huán)以達(dá)到過(guò)濾物料在過(guò)濾過(guò)程中有足夠的壓緊力。

在壓濾機(jī)處于自動(dòng)保壓狀態(tài)時(shí)，方可打開(kāi)進(jìn)料泵往濾室進(jìn)料（污泥），當(dāng)進(jìn)料壓力達(dá)到0.8MPa時(shí)，進(jìn)料泵停止工作。污泥中的水分被擠去之后，進(jìn)料壓力會(huì)下降，進(jìn)料泵自動(dòng)恢復(fù)工作，再往濾室送料。這樣反復(fù)多次，不斷往濾室輸送所需要處理的污泥。隨著濾室里面有限的空間越來(lái)越少，進(jìn)料泵的工作時(shí)間也會(huì)越來(lái)越短，當(dāng)每次的工作時(shí)間只能維持5秒左右時(shí)，表明濾室已滿，準(zhǔn)備卸料。按下松開(kāi)板框按鈕（進(jìn)料泵的控制回路也被切斷，不能啟動(dòng)），啟動(dòng)油泵，同時(shí)松開(kāi)電磁閥得電，油缸中的活塞向后移動(dòng)，壓緊板開(kāi)始退回，當(dāng)退到限位開(kāi)關(guān)處時(shí)油泵自動(dòng)停止，退回動(dòng)作結(jié)束，濾板松開(kāi)，開(kāi)始卸料。

首先，打開(kāi)翻板，啟動(dòng)皮帶運(yùn)輸機(jī)。然后拉動(dòng)拉繩開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)移動(dòng)設(shè)備運(yùn)行。移動(dòng)設(shè)備前后移動(dòng)，其機(jī)械裝置會(huì)鉤住濾板依次往后移動(dòng)。濾板在移動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)固水分離的污泥被卸下，濾板被移完后，卸料完畢。污泥由皮帶運(yùn)輸機(jī)送至漏斗，一個(gè)周期結(jié)束。

2 板框壓濾機(jī)的改造

2.1 改造原因及方案

我公司一期污水站的板框壓濾機(jī)的運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，電氣設(shè)備老化，加上繼電器使用局限性，易造成觸點(diǎn)接觸不良，故障率高，線路復(fù)雜，維修時(shí)難度大，耗時(shí)費(fèi)力。為了改善板框壓濾機(jī)的性能，解決故障率高，維修時(shí)難度大等問(wèn)題，決定使用可編程控制器（PLC），代替原有的中間繼電器和時(shí)間繼電器控制系統(tǒng)，從而達(dá)到降低故障率，精簡(jiǎn)、更換老化的線路，提高板框壓濾機(jī)的可靠性。

要確定板框壓濾機(jī)的改造方案，首先要了解板框壓濾機(jī)的工藝流程（具體流程上文已說(shuō)明，不再重復(fù)），要做到心中有數(shù)。一般來(lái)說(shuō)不要改動(dòng)控制面板，以免影響操作人員的習(xí)慣。要選擇一種性能良好的可編程控制器（PLC）。本次改造使用的西門子 S7-200系列在自動(dòng)化系統(tǒng)使用中功能強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。S7-200系列的出色表現(xiàn)主要有可靠性高 、指令集豐富、易于掌握、可擴(kuò)展模塊等等，是具有較強(qiáng)控制能力的可編程控制器。要根據(jù)實(shí)際需求選擇可編程控制器（PLC），根據(jù)分析計(jì)算，PLC的輸入點(diǎn)為10個(gè)，輸出點(diǎn)為9個(gè)，故采用西門子S7-200CPU224系列可編程控制器。因?yàn)榇丝删幊炭刂破鞅緳C(jī)就集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)量I/O點(diǎn)，不需要連接擴(kuò)展模塊，既能滿足運(yùn)行的要求，又能節(jié)省資金和空間。PLC的輸出一般有三種形式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。繼電器輸出型的PLC有許多優(yōu)點(diǎn)，如有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，其負(fù)載電壓靈活，可帶交、直流負(fù)載，而且考慮到負(fù)載不是頻繁動(dòng)作，所以采用繼電器輸出型的PLC，型號(hào)為214-1BD22-OXBO。直流線圈繼電器較交流線圈繼電器有明顯的優(yōu)越性能，所以各控制用繼電器均采用線圈電壓為直流24V的直流線圈繼電器?？紤]到PLC的輸出容量有限，配置一個(gè)輸出電流為5A的直流電源。

2.2 PLC輸入輸出地址對(duì)照表

I0.0 S2.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)按鈕I0.1 S2.2 皮帶運(yùn)輸機(jī)停止按鈕I0.2 S3.1 壓緊濾板按鈕I0.3 S3.2 松開(kāi)濾板按鈕I0.4 S4.1 拉繩開(kāi)關(guān)（拉板電機(jī)）I0.5 S5.1 翻板打開(kāi)按鈕I0.6 S5.2 翻板閉合按鈕I0.7 J3.0 電接點(diǎn)壓力表上限I1.0 J3.1 電接點(diǎn)壓力表下限I1.1 J3.2 卸壓到位I1.2 J4.0 扭距開(kāi)關(guān)I1.3 J4.1 移動(dòng)設(shè)備回到末端位置I1.4 J5.0 翻板打開(kāi)到位I1.5 J5.1 翻板閉合到位Q0.1 K2.1 皮帶運(yùn)輸電機(jī)Q0.2 K3.1 油泵電機(jī)Q0.3 K3.2 保壓指示Q0.4 K3.3 濾板壓緊電磁閥Q0.5 K3.4 濾板卸壓電磁閥Q0.6 K4.1 拉板電機(jī)正向Q0.7 K4.2 拉板電機(jī)反向Q1.0 K5.1 翻板打開(kāi)Q1.1 K5.2 翻板閉合

2.3 PLC輸入輸出接線圖

SIEMENS S7—200 CPU—224（214—IBD22—OXBO）

2.4 程序的編譯和調(diào)試

可編程控制器PLC的編程是在WINDOWS平臺(tái)上運(yùn)行的STEP 7-MICRO/WIN32 V3.1軟件進(jìn)行的，PLC通過(guò)PC/PPI 電纜和計(jì)算機(jī)相連，并通過(guò)此電纜把編譯好的程序輸入到PLC中根據(jù)板框壓濾機(jī)的工藝流程，編譯程序主要考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）壓緊濾板時(shí)，移動(dòng)設(shè)備必需回到末端，按下壓緊濾板按鈕，同時(shí)打開(kāi)壓緊電磁閥，油泵電機(jī)起動(dòng)，壓緊濾板。使壓力處于壓力表的上限與下限之間，并自動(dòng)保壓。

（2）濾板壓緊之后才能開(kāi)啟柱塞泵（進(jìn)料泵），柱塞泵（進(jìn)料泵）停止后才能松開(kāi)濾板。

（3）拉板移位電機(jī)正、反轉(zhuǎn)自動(dòng)切換。

（4）松開(kāi)濾板后，濾板卸壓到位后，自動(dòng)停止。

（5）拉板結(jié)束后，移動(dòng)設(shè)備回到末端，拉板移位電機(jī)自動(dòng)停止。

（6）翻板電機(jī)在翻板到位后自動(dòng)停止。

（7）皮帶運(yùn)輸機(jī)由起動(dòng)、停止按鈕控制。

（8）在相關(guān)的回路中采用電氣互鎖。

PLC的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。編程前不僅要掌握PLC編程軟件的指令系統(tǒng)，例如：位邏輯指令（常開(kāi)、常閉、置位、復(fù)位等），計(jì)時(shí)器指令（打開(kāi)延時(shí)、關(guān)閉延時(shí)等）。以及PLC的指令功能狀態(tài)和符號(hào)編寫要求，例如：打開(kāi)延時(shí)計(jì)時(shí)器（TON）、關(guān)閉延時(shí)計(jì)時(shí)器（TOF）在10毫秒級(jí)分辨率，最大數(shù)值為327.67秒時(shí)，符號(hào)編寫范圍只能在T33-T36和T97-T100之間選擇，而且它們指令功能的啟動(dòng)條件是不同的。還要了解梯形圖的編程規(guī)則，

例如：每個(gè)繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)均用同一編號(hào)，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用時(shí)沒(méi)有數(shù)量限制等。編寫程序應(yīng)該按照“簡(jiǎn)單實(shí)用”的原則，在確定中間繼電器和時(shí)間繼電器在梯形圖中的存儲(chǔ)器位和定時(shí)器位后，就可以按照工藝流程所要求的動(dòng)作一一編寫程序。

程序編完后，先在空機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，準(zhǔn)確無(wú)誤后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)楹芏鄦?wèn)題只能在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)。例如：

（1）拉板移位電機(jī)正、反轉(zhuǎn)自動(dòng)切換時(shí)，移動(dòng)設(shè)備會(huì)發(fā)出很大的撞擊聲，對(duì)設(shè)備運(yùn)行十分不利。經(jīng)檢查，原因是：拉板移位電機(jī)正、反轉(zhuǎn)自動(dòng)切換時(shí)，雖有制動(dòng)裝置，但延時(shí)不夠，使電機(jī)在沒(méi)有完全停穩(wěn)的情況下，立即反向運(yùn)行，使移動(dòng)設(shè)備正向運(yùn)動(dòng)沒(méi)有完全停止，立即反向運(yùn)動(dòng)，于是發(fā)出很大的撞擊聲。了解這一情況后，我立即修改原來(lái)程序，加了一個(gè)關(guān)閉延時(shí)計(jì)時(shí)器（TOF），經(jīng)調(diào)試時(shí)間定為0.5秒，使這個(gè)問(wèn)題得到解決。

（2）有時(shí)移動(dòng)設(shè)備向后移動(dòng)時(shí)，還沒(méi)有到位，就開(kāi)始向前移動(dòng)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)有時(shí)濾板上帶的污泥太多，阻力太大，引起扭距開(kāi)關(guān)動(dòng)作，電機(jī)反轉(zhuǎn)。通過(guò)調(diào)整扭距開(kāi)關(guān)上的彈簧壓力，解決了這一問(wèn)題。還有其他一些問(wèn)題，也是在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)并加以解決的。

3 結(jié)論

針對(duì)板框壓濾機(jī)的控制系統(tǒng)，采用西門子S7—200CPU224可編程控制器（PLC）代替原有的中間繼電器和時(shí)間繼電器控制。極大地改善了設(shè)備的電氣性能，故障率大大降低，以前板框壓濾機(jī)是我們維修工作的重點(diǎn)、難點(diǎn)，尤其是夜間發(fā)生故障時(shí)，由于環(huán)境差，往往得不到及時(shí)維修，影響了污水處理指標(biāo)。采用PLC控制以后，減少了很多維修工作量，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，板框壓濾機(jī)的運(yùn)行是非?？煽康模瑤缀鯖](méi)有發(fā)生過(guò)一次電氣故障，保證了污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行，使我公司的污水處理指標(biāo)達(dá)到環(huán)保要求。實(shí)踐證明，可編程控制器（PLC）能很好地代替原有的繼電器控制系統(tǒng)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

[]PLC應(yīng)用基礎(chǔ)及提高[M].郵電出版社.

[2]自動(dòng)控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北航出版社.

[3]S7-200可編程控制器[Z].西門子公司.