1、 设计（论文）专用纸 -第 1 页 - 过滤式离心机控制系统设计 刮刀卸料过滤式离心机控制系统设计 院 系： 专 业： 姓 名： 指导教师单位： 指导教师姓名： 指导教师职称： 二零零九年六月 The control system design of 设计（论文）专用纸 -第 2 页 - centrifuge in filtting The control system design of centrifuge in filtting with scraper for discharging University: Kunming University of Science and Techn
2、ology Class: Electronic and Information Engineering Name: Yi Wei Department of Instructor: Institute of Technology Instructor : Zhang Yuexian The Title of Instructor: Lecturer In June, 2009 目录 设计（论文）专用纸 -第 3 页 - 摘要 . 4 Abstract . 5 前言 . 6 第一章 概述 . 8 1.1 离心机的介绍 . 8 1.1.1 离心机发展概述 . 8 1.1.2 离心 机分离过程的特点
3、及其技术应用 . 9 1.2 控制系统的概述 . 10 第二章 设计方案的确定 . 10 第三章 硬件的选型 . 12 3.1 PLC 的介绍及选型 . 12 3.1.1 PLC 介绍 . 12 3.1.2 PLC 的选型 . 14 3.2 电动机的选型 . 15 3.3 变频器的介绍及选型 . 17 3.3.1 变频器的介绍 . 17 3.3.2 变频器的选型 . 18 3.4 离心机 . 18 3.4.1 过滤式离心机工作原理 . 18 3.4.2 刮刀卸料过滤式离心机结构 . 18 3.5 其他电器元件的选型 . 19 3.5.1 电磁阀 . 19 3.5.2 接触器 . 20 3.5.
4、3 行程开关 . 21 第四章 系统设计 . 22 4.1 PLC 外围电路设计 . 22 设计（论文）专用纸 -第 4 页 - 4.2 电机控制设计 . 25 4.3 梯形图 . 27 4.3.1 工艺流程图 . 28 4.3.2 I/O 口匹配工艺流程图 . 29 4.3.3 梯形图 . 30 结论 . 36 总结与体会 . 37 致谢 . 38 参考文献 . 39 附件一 源程序 . 41 附件二 中英文翻译 . 46 摘要 随着科技的发展，离心机的应用领域越来越广泛， 在 许多领域 中都得到的充分的利用 ，如生物医学、实验研究、石油化工、农业、食品卫生等，它利用不同设计（论文）专用纸
5、-第 5 页 - 物质在离心力场中沉淀速度的差异，实现样品的分析分离。本文详细的介绍了在了解相关过滤式离心机的结构、工作原理、运行等特点，熟悉过滤前后的工艺流程的基础上，以实验室模型为平台，用 可编程逻辑控制器（ PLC）来编写相应程序，控制刮刀卸料过滤式离心机，实现从进料、分离、洗涤、到卸料的整个工艺流程。 论文还对 PLC、电动机、变频器等要使用的硬件的做了一定的介绍。文中分析了本次设计的整个工艺过程， 在明确了其控制要求以后对其进行了硬件及软件的设计，并详细介绍了其控制方案，根据设计的要求和特点，确定 PLC 的输入、输出分配，并详细分析了其控制过程、工艺流程图、梯形图。 【关键字】：离
6、心机、可编程逻辑控制器（ PLC）、工艺流程 Abstract With the development of science and technology, the applications of centrifuges widespread in many fields have been fully utilized, such as bio-medical, laboratory research, petrochemical, agriculture, food hygiene and so on, using different material in the centrifuga
7、l force field differences in sedimentation rates, to 设计（论文）专用纸 -第 6 页 - achieve separation of the sample analysis. This article describes a detailed understanding of the relevant centrifuge filter structure, working principle, operation, etc., are familiar with pre-and post-filtering process on the
8、basis of the laboratory model as a platform, using a programmable logic controller (PLC) to procedures for the preparation of the corresponding control-type scraper discharging centrifuge filter, from the feed, separation, washing, to discharge the entire process. Papers also PLC, motor, inverter an
9、d 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 hardware and software design, and detailed information on its control program, in accordance with the requirements and characteristics of the d
10、esign to determine the PLC input and output distribution and detailed analysis of the control process, process flow diagram, ladder diagram. 【 Keywords】 : centrifuges, programmable logic controller (PLC), process 前言 本次毕业设计的题目来自生产企业，通过一段时间对离心机的熟悉，使我们对离心机在生产中发挥的作用有了更深的了解，而使用全自动控制可以更好的提高生产效率。我的毕业设计题目是“
11、刮刀卸料过滤式离心机控制系统设计”，通过对理论知识的掌握，编写出相应的 PLC 控制程序，使其能够完成工艺流程的自动控制，这对我们解决实际问题有很好的借鉴作用，也使我们能更好的将理论与设计（论文）专用纸 -第 7 页 - 实践相结合， 更好掌握学到得知识。 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，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。 工业离心机诞生于欧洲，比如 19 世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式
12、离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。 由于卸渣机构的改进， 20 世纪 30 年代出现了连续操作的离心机 ，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。 工业用离心机按结构和分离要求，可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。 离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液 (或乳浊液 )加入转鼓后，被迅速带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。 本次设计要求在可编程控制器 PLC 的软件平台上实现以变频器，可编程控制器 PLC 为控制设备，实现对过滤离心机的物料
13、的自动连续分离及卸料过程的控制：当料液分次经进料阀进入离心机转鼓，在转鼓高速旋转 产生的离心力作用下，液相体被强大的离心力从转鼓甩出到壳体汇集运走，而固相体则为转鼓截留在鼓内，经其它过程 (如制糖过程中，糖层须再经水雾和蒸汽喷洗 )处理，达到洁净品质要求后，再被卸料刮刀装置从转鼓底部卸出，卸料后对转鼓进行清洗，然后准备进入下个循环。这种过滤式离心机是目前食品、化工等领域广泛使用的将固液混合物利用其离心力进行分离的设备。 设计（论文）专用纸 -第 8 页 - 第一章 概述 1.1 离心机的介绍 1.1.1 离心机发展概述 离心机又称沉淀器，类型有用来将液体中的悬浮物质很快分离出来的分离型离心机，
14、有 用浓缩和提纯微粒的制备式大型离心机，还有实验分析用的低速分析用离心机，尽管离心机的类型不同，但功能可视为分离、浓缩、提纯和分析几类。 设计（论文）专用纸 -第 9 页 - 离心机的发展表现在构造的不断改进和离心方法的改进。构造的改进首先体现在转速的提高，由最初仅有几十转发展到今天有几十万转的超高速离心机经历了六代，驱动系统的寿命从 1O 亿转提高到 200 亿转；工作时间由几小时发展到数十小时或数天；离心转子 (转头 )的种类不断改进和增加；控制的自动化程度不断提高；机体外型朝着美观、实用、小型化的方向发展；最大的进步是离心方法的不断丰富和发展；使离心机的 应用范围不断的扩大。 离心机的传
15、动方式经历了手摇式到电动式、机械变速、油压气压为动力的机械变速直至当今的变频电机变速的过程。十九世纪末和二十世纪初离心机停留在低速电动的状态上，到 20 年代则出现了超高速离心机，美国杜邦公司生产了油透平式离心机 1933 年又推出了空气透平式离心机，以压缩空气推动蜗轮，再带动离心机旋转； 1955 年美国贝克曼公司推出了可达 l00000rpm 的风动离心机， 70 年代以后，出现了高速电机即变频电机的应用，在 80 年代又将变频电机和微型计算机相结合，使离心机转速和性能都有了较大的提高，进 入 90 年代以后，离心机技术已臻成熟，较好地满足了科研生产和医学上的需要。 1.1.2 离心机分离
16、过程的特点及其技术应用 1被处理物料的物性参数 我们在选择离心机前，首先要知道被处理物料的化学成份、粘度 PH 值，物料属悬浮液还是乳浊液以及他们的固、液相浓度，物料的固体粒子的粗或细，以及操作温度等。在工业生产中，各种形式的悬浮液都会遇到，而且在一般情况下，悬浮液内颗粒直径差异较大。悬浮液的粘度随固体物质的增加而提高。 2离心机分离过程的特点及其应用 离心机分离的过程一般有离心过滤、离心沉降和高心分离三 种。离心过滤过程常用来分离固体量较多，粒子较大的固液混合物，分离过程一般可分三个阶段：第一阶段，固体颗粒借离心力的作用沉积到转鼓内壁上形成滤渣层，滤液也借离心力的作用穿过转鼓的网孔而滤出。第
17、二阶段，滤渣层在离心力的作用下被压紧，并将其中所含滤液压挤出去。第三阶段，滤渣层空隙中所含液体在离心力作用下，继续被排出，使滤渣进一步干燥。 设计（论文）专用纸 -第 10 页 - 1.2 控制系统 的概述 在了解离心机的原理以及工艺流程的基础下，此次方案的设计如下：“刮刀卸料过滤式离心机”要用到 4 个电机 用 1 号电机为主电机，控制转鼓的旋转 （由于 1 号电 机转速是要改变的，所以要采用变频器对其进行变频调速） ；用 2 号电机的正反转 ， 来控制喇叭罩的上升与下降 ；用 3号电机的正反转，来控制刮刀的左移和右移；用 4 号电机的正反转，来控制刮刀的左移和右移。对于进料口的进料、水洗、
18、汽洗、洗涤则使用电磁阀进行 控制。本次设计中 采用的是可编程序控制器（ PLC） 实现对各个操作步骤的运行，从而达到全自动控制 。 第二章 设计方案的确定 通过对离心机 的结构、 工作原理 及工艺流程 的理解 与熟悉对后，将整个工艺过 程分为：进料分离卸料洗涤，从而画出离心机工作的整个流程。 本次设计主要以可编 程控制器（ PLC）来对所有过程进行控制。 离心机所采用的结构与原理是变频器控制主电动机的转速，主电动机带动转鼓转动，调节转速至中速，物料由上部加入转鼓经布料均匀散布到转鼓，升至高速后，在离心力的作用下，液相穿过滤布和鼓壁 滤孔排出，固相截留在转鼓内，待转鼓降至低速后，旋转刮刀将固相从鼓壁刮下由离心机排出。 根据 本次设计的工作过程 ，确定了自己设计的刮刀卸料过滤式离心机的工艺流 程。 （ 1） 进料：当 转速 达到 220r/s 时， 打开进料阀， 开始进料 。 当料满信号产生时，关闭进料阀 ； （ 2） 打水 ： 转速升 至 980r/s，打 开 15s； （ 3） 打汽：打水完毕后， 提速至 1380r/s，打汽 20s；
