LOGO！系列PLC在自清洗過(guò)濾器中的應(yīng)用

甘 斌

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司設(shè)備檢修公司,安徽馬鞍山 243000）

1 引言

當(dāng)前，可利用的水源特別是城市周?chē)次廴镜纫蛩厥沟盟Y源缺乏和水體污染已經(jīng)成為各國(guó)面臨的重要問(wèn)題之一。如何更好地減少水污染及污水的回收利用，已經(jīng)成為科學(xué)家們研究的課題，各國(guó)政府都十分重視污水處理。

隨著污水處理工藝的不斷完善和復(fù)雜化，污水處理設(shè)備自動(dòng)控制水平也迅速提高，本文以自清洗過(guò)濾器為例，闡述LOGO！系列PLC 在其中的應(yīng)用。

2 LOGO！系列PLC的特點(diǎn)

SIEMENS 公司的小型PLC-LOGO! 系列的可編程控制器，是采用模塊式結(jié)構(gòu)。在硬件上，SIEMENS公司的LOGO! 系列為工業(yè)應(yīng)用提供了可在通用框架上安裝的多種數(shù)字及智能UO 模塊，體積小，方便安裝，是現(xiàn)代工業(yè)的小型控制系統(tǒng)量身打造的控制器。SIEMENS 公司的PLC 同時(shí)具有先進(jìn)的通信和數(shù)據(jù)處理功能，具有以太網(wǎng)接口，因此可以方便地組成本地或遠(yuǎn)程、本地與遠(yuǎn)程組合的系統(tǒng)。

圖1 為L(zhǎng)OGO！的結(jié)構(gòu)圖。

3 自清洗過(guò)濾器的原理、結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要求

3.1 過(guò)濾器的自清洗原理

過(guò)濾器接在污水管上，從進(jìn)水管里通入污水，通過(guò)過(guò)濾器的濾網(wǎng)對(duì)污水進(jìn)行過(guò)濾，當(dāng)過(guò)濾較長(zhǎng)時(shí)間，濾網(wǎng)會(huì)被大量的塵粒、污垢及懸浮物堵住而影響繼續(xù)過(guò)濾的效果，更有可能有危險(xiǎn)產(chǎn)生，這樣就需要對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清洗。在這樣的情況下，產(chǎn)生了刷式過(guò)濾器，通過(guò)在過(guò)濾器體內(nèi)安裝上能夠旋轉(zhuǎn)的刷子，來(lái)對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行刷洗，開(kāi)始還是用手搖式的，這樣既浪費(fèi)勞動(dòng)力，又不能準(zhǔn)時(shí)的對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清洗，有時(shí)會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)許多的不便。隨后就設(shè)計(jì)出了有可編程控制器控制的自動(dòng)清洗過(guò)濾器，它是由時(shí)間和進(jìn)、出水管的壓差來(lái)控制自清洗的電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，它徹底解決了清洗的實(shí)時(shí)性和安全性，再后來(lái)產(chǎn)生了遠(yuǎn)程監(jiān)控的自清洗過(guò)慮器，可以在主控室觀察到過(guò)濾情況。

3.2 自清洗過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)

清洗過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

3.3 自清洗過(guò)濾器的設(shè)計(jì)要求

根據(jù)工藝要求，分手動(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)工作一分鐘，自動(dòng)時(shí)過(guò)濾器的伺服電機(jī)和排污閥受時(shí)間和進(jìn)、出水管的壓差來(lái)控制，要求每8 h（可設(shè)定）工作一次，每次工作一分鐘，同時(shí)在這之中如果壓差達(dá)到一定值（設(shè)定），電機(jī)和排污閥也將工作，且在壓差降到設(shè)定值以下后繼續(xù)工作一分鐘后停止，但總共運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò)6 min，如果達(dá)到6 min，停止工作且報(bào)警。同時(shí)報(bào)警的設(shè)備有報(bào)警燈和電鈴，其中電鈴不能連續(xù)工作一分鐘，所以只能間斷工作，要求每10 s 工作10 s。除此之外，還要自動(dòng)記錄下自動(dòng)清洗的次數(shù)，以便估算濾心更換時(shí)間。

圖1 LOGO!結(jié)構(gòu)圖

圖2 自清洗過(guò)慮器的結(jié)構(gòu)圖

4 電路設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

4.1 主電路電器

4.1.1 電動(dòng)機(jī)

根據(jù)工藝要求，需要一臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)過(guò)濾器內(nèi)的刷子轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)清洗濾網(wǎng)上的污垢，電動(dòng)機(jī)的大小由刷子的力矩來(lái)決定，即由過(guò)濾器的管徑?jīng)Q定，但一般都會(huì)采用較大力矩的電機(jī)（因?yàn)橐M量保證電機(jī)不影響過(guò)濾器的壽命），在工程上一般管徑在300 mm 的過(guò)濾器采用370 W 的三相交流異步電機(jī)，管徑500 mm 的過(guò)濾器采用550 W 的三相交流異電動(dòng)機(jī)，同時(shí)考慮到過(guò)濾器在室外還是室內(nèi)來(lái)采用防水不妨水的電機(jī)。

4.1.2 三相斷路器

主要起三相電路的接通或斷開(kāi)，并且有保護(hù)電機(jī)的作用。如果是370 W 的電機(jī)，斷路器的大小即：370W/380V=1，即可以選用1.0～1.6 A 的接觸器，以此類(lèi)推。即選用GV2-RS05+AE1 型。

4.1.3 接觸器

接觸器是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制中最常用的一種控制電器，它的作用是接通和斷開(kāi)有較大工作電流的電器。接觸器的組成部分如下所述：

圖3 電路設(shè)計(jì)圖

磁機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)鐵鐵心、靜鐵心吸引線(xiàn)圈。它的作用是將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，帶動(dòng)觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。

觸點(diǎn)，接觸器在其線(xiàn)圈未通電時(shí)，成為“常態(tài)”。常態(tài)下互相分離的觸點(diǎn)叫常開(kāi)觸點(diǎn)，而互相接通的觸點(diǎn)叫常閉觸點(diǎn)，用來(lái)接通或分?jǐn)啻箅娏鞯慕兄麟娐罚€有若干對(duì)常開(kāi)，常閉輔助接點(diǎn)用來(lái)接通或斷開(kāi)小電流的控制電路。

滅弧罩，對(duì)于大于20 A 以上的具分?jǐn)嗄芰Φ慕涣髂芰Φ慕涣鹘佑|器，通常都裝有滅弧罩，用來(lái)迅速熄滅主觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生的電弧，以免主觸點(diǎn)燒壞。他的另一個(gè)作用是將三對(duì)主觸點(diǎn)用耐火材料擱開(kāi)，以免因分?jǐn)鄷r(shí)電弧互相連接，而造成的相間短路事故。

在這里選用交流接觸器LC1-D0910M5N 型

4.2 控制電路電器

在繼續(xù)控制系統(tǒng)中，把對(duì)電能的產(chǎn)生、分配、控制和保護(hù)作用的元件成為電器，它是以接通或斷開(kāi)電路中的電流來(lái)完成其工作的，因此“開(kāi)”和“斷”就是電器最基本的功能。

4.2.1 繼電器

繼電器是一種根據(jù)不同形式的控制信號(hào)分?jǐn)嗪徒油刂齐娐返碾娖鳎涔ぷ麟娏鞅冉佑|器要小的多，一般不裝滅弧罩。繼電器的種類(lèi)很多，這里只介紹中間繼電器，中間繼電器它是電路遠(yuǎn)距離傳輸和轉(zhuǎn)換信號(hào)的一種電器元件，它可以將控制信號(hào)數(shù)目增多、輸入信號(hào)放大或通斷變反，以達(dá)到一點(diǎn)控制多點(diǎn)，小功率控制大功率的目的，但觸點(diǎn)容量較小。

本系統(tǒng)需要三只中間繼電器分別是MY2NJ（220 V）兩只，MY4NJ（220V）一只。

4.2.2 顯示及報(bào)警設(shè)備

（1）指示燈：220V 電壓驅(qū)動(dòng)。

綠色 自動(dòng)：?jiǎn)?dòng)后過(guò)濾器運(yùn)行在自動(dòng)狀態(tài)。

手動(dòng)：?jiǎn)?dòng)后過(guò)濾器運(yùn)行在手動(dòng)狀態(tài)。

過(guò)濾：正常過(guò)濾狀態(tài)。

紅色 反洗：過(guò)濾器在進(jìn)行自動(dòng)反清洗。

差壓：過(guò)濾器濾網(wǎng)內(nèi)外出現(xiàn)壓差。

黃色 故障：過(guò)濾器發(fā)生故障或壓差持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

（2）電鈴：是由220 V 電壓驅(qū)動(dòng)的，在過(guò)濾器發(fā)生故障或壓差持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)工作，且電鈴不能連續(xù)工作1 min。由PLC 的故障輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

4.2.3 開(kāi)關(guān)

撥位開(kāi)關(guān)：因?yàn)橹挥袃煞N情況的選擇，所以選用1N01NC 型。

啟動(dòng)/停止的輸入信號(hào)。

手動(dòng)/自動(dòng)的輸入信號(hào)和兩只指示燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

單相斷路器：控制電路的開(kāi)關(guān)，同時(shí)也是控制電路的保護(hù)開(kāi)關(guān)。選用C65N1P6A 型

壓差開(kāi)關(guān)：比較器，是過(guò)濾器的進(jìn)水管和出水管的壓力作比較的開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)侥骋辉O(shè)定值時(shí)就動(dòng)作，送出的是數(shù)字信號(hào)，此信號(hào)送到PLC、指示燈和主空室。

4.2.4 排污閥

電磁式的排污閥，受PLC 的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)，220V 的電壓信號(hào)，與電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作。

5 程序設(shè)計(jì)及說(shuō)明

根據(jù)工藝要求，首先確定各個(gè)動(dòng)作的先后次序和相互關(guān)系，寫(xiě)出組態(tài)框圖。過(guò)濾器運(yùn)行控制分手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種，手動(dòng)控制用于設(shè)備調(diào)試、故障處理。正常時(shí)運(yùn)行自動(dòng)控制程序，反洗條件包括反洗信號(hào)和反洗時(shí)間信號(hào)等。

為了完成過(guò)濾器裝置全自動(dòng)控制,過(guò)濾器的控制采用3 種方式:

5.1 壓差方式

當(dāng)過(guò)濾器的上、下腔壓差超過(guò)給定值時(shí),由壓差變送器給控制系統(tǒng)一個(gè)信號(hào),過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗過(guò)程,直到壓差小于給定值時(shí),反沖洗結(jié)束。

5.2 定時(shí)方式

根據(jù)介質(zhì)情況設(shè)定反沖洗時(shí)間,每當(dāng)時(shí)間到就反沖洗一次。

5.3 手動(dòng)方式

當(dāng)按手動(dòng)鈕時(shí),控制系統(tǒng)對(duì)過(guò)濾器反沖洗一次。為方便值班人員,根據(jù)實(shí)際情況使用此方式。為了提高軟件的可靠性和編程的簡(jiǎn)單化,且又能充分利用PLC 的功能,有效地完成所要求的功能,在軟件中采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移法編程。用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法編程邏輯清晰、直觀,轉(zhuǎn)換成梯形圖,語(yǔ)句表極為方便。

程序詳見(jiàn)圖4 程序梯形圖。

圖4 程序梯形圖

程序說(shuō)明：

輸入

I1：常開(kāi)是自動(dòng)，常閉是手動(dòng)；由撥位開(kāi)關(guān)提供。

I2：?jiǎn)?dòng)，權(quán)限最高。有撥位開(kāi)關(guān)提供。

I3：壓差信號(hào)，有壓差時(shí)常開(kāi)點(diǎn)閉合；由壓差開(kāi)關(guān)經(jīng)中間繼電器轉(zhuǎn)換而來(lái)。

I4：故障信號(hào)，有故障時(shí)閉合；由電機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)提供。

輸出

Q1：電機(jī)。

Q2：排污閥。

Q3：電鈴、故障指示燈。特殊功能塊

T01：手動(dòng)時(shí)電機(jī)工作一分鐘定時(shí)，采用了接通延時(shí)功能塊。

T02：保護(hù)電鈴，使電鈴工作10 秒停10 秒，采用了分頻功能塊。

T03：有壓差信號(hào)時(shí)且壓差不超過(guò)5 min 時(shí)的，電機(jī)工作1 min 延時(shí)，采斷開(kāi)延時(shí)功能塊。

T04：限制壓差時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，定時(shí)6 min，即限制電機(jī)連續(xù)工作不超過(guò)6 min，采用接通延時(shí)功能塊。

T05：定時(shí)電機(jī)每8 h 工作一次，采用異步脈沖發(fā)生器功能塊。

T06：有故障時(shí)即I4 得電延時(shí)0.8 s 輸出故障信號(hào)，采用接通延時(shí)功能塊。

SF07：綜合I4 和電機(jī)工作超時(shí)兩個(gè)故障，來(lái)給電機(jī)斷電和報(bào)警，采用鎖存繼電器。

SF08：顯示時(shí)間和工作次數(shù)，采用文本功能塊。

CO9：計(jì)算電機(jī)的工作次數(shù)，再送給文本顯示功能塊。采用加/減計(jì)數(shù)器功能塊。

6 總結(jié)

自清洗過(guò)濾器的自動(dòng)控制方法多種多樣，如采用單片機(jī)控制、PLC 控制等，但考慮到系統(tǒng)較小，控制量不多，本文采用了西門(mén)子的小型PLC-LOGO！來(lái)控制?？删幊炭刂破鞯目煽啃院拖冗M(jìn)性完全滿(mǎn)足了本系統(tǒng)的要求，將原來(lái)用人工控制的系統(tǒng)變成為小型的控制單元，使系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單易讀，且大大提高了控制精度，安裝調(diào)試維修方便，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，使工藝生產(chǎn)能夠安全穩(wěn)定。它既有效的達(dá)到了控制要求，又節(jié)省了控制成本，解放了勞動(dòng)力。

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