可編程控制器在板框壓濾機中的應用

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中的應用

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控制系統當中的應用。利用PLC特定的功能，實現對板框壓濾機的自動控制。實踐證明，改造后的板框壓濾機運行良好，為應用新技術改造舊設備提供了成功的范例，具有良好的應用價值。

可編程控制器；板框壓濾機；改造

0 前言

傳統的電氣控制系統采用的繼電器邏輯控制由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點，正逐漸被淘汰?？删幊炭刂破鳎≒LC），其功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強，控制箱占地面積少等。已廣泛運用于各種機床、機械、電力設備等工業(yè)領域。本文介紹了西門子S7-200可編程控制器在板框壓濾機的應用。

1 板框壓濾機的介紹

1.1 結構及功能簡介

板框壓濾機的結構由三部分組成：

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

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

（3）過濾機構：過濾機構由過濾板、濾框、濾布組成。

板框壓濾機是一種間歇性固液分離設備，它由濾板、濾框排列構成濾室，在輸料泵壓力的作用下，物料從止推板上的進料孔進入各濾室，固體顆粒因其粒徑大于過濾介質（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。通過過濾介質，將固體和液體分離。作為一種固液分離設備，應用于工業(yè)生產已有悠久歷史，它具有分離效果好、適應性廣等特點，特別對于粘細物料的分離，有其獨特的優(yōu)越性，其廣泛應用于化工、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，油泵啟動同時打開壓緊電磁閥，在油壓的驅動下，油缸中的活塞向前移動，推動壓緊板同時帶動濾板向前移動，當最前面的濾板觸及止推板時，壓緊板緩慢地壓緊濾板。當壓緊力達到壓力表的上限時，電源自動切斷，油泵停止供油，濾板、濾框被壓緊，此時壓濾機處于自動保壓狀態(tài)，其壓緊力主要是由電接點壓力表控制的，壓力表的上限指針和下限指針設定在工藝要求的數值（本臺板框壓濾機的油壓上限為20MPa，下限為15MPa）。由于油路系統不可避免的要產生內漏和外漏而造成壓緊力下降，當壓緊力降到壓力表下限指針時，電源自動接通，油泵開始供油，壓力上升，當壓力達到上限值時，電源自動切斷，油泵停止供油，這樣反復循環(huán)以達到過濾物料在過濾過程中有足夠的壓緊力。

在壓濾機處于自動保壓狀態(tài)時，方可打開進料泵往濾室進料（污泥），當進料壓力達到0.8MPa時，進料泵停止工作。污泥中的水分被擠去之后，進料壓力會下降，進料泵自動恢復工作，再往濾室送料。這樣反復多次，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越少，進料泵的工作時間也會越來越短，當每次的工作時間只能維持5秒左右時，表明濾室已滿，準備卸料。按下松開板框按鈕（進料泵的控制回路也被切斷，不能啟動），啟動油泵，同時松開電磁閥得電，油缸中的活塞向后移動，壓緊板開始退回，當退到限位開關處時油泵自動停止，退回動作結束，濾板松開，開始卸料。

首先，打開翻板，啟動皮帶運輸機。然后拉動拉繩開關，啟動移動設備運行。移動設備前后移動，其機械裝置會鉤住濾板依次往后移動。濾板在移動過程中，經過固水分離的污泥被卸下，濾板被移完后，卸料完畢。污泥由皮帶運輸機送至漏斗，一個周期結束。

2 板框壓濾機的改造

2.1 改造原因及方案

我公司一期污水站的板框壓濾機的運行時間較長，電氣設備老化，加上繼電器使用局限性，易造成觸點接觸不良，故障率高，線路復雜，維修時難度大，耗時費力。為了改善板框壓濾機的性能，解決故障率高，維修時難度大等問題，決定使用可編程控制器（PLC），代替原有的中間繼電器和時間繼電器控制系統，從而達到降低故障率，精簡、更換老化的線路，提高板框壓濾機的可靠性。

要確定板框壓濾機的改造方案，首先要了解板框壓濾機的工藝流程（具體流程上文已說明，不再重復），要做到心中有數。一般來說不要改動控制面板，以免影響操作人員的習慣。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系列在自動化系統使用中功能強，應用領域極為廣泛，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。S7-200系列的出色表現主要有可靠性高 、指令集豐富、易于掌握、可擴展模塊等等，是具有較強控制能力的可編程控制器。要根據實際需求選擇可編程控制器（PLC），根據分析計算，PLC的輸入點為10個，輸出點為9個，故采用西門子S7-200CPU224系列可編程控制器。因為此可編程控制器本機就集成14輸入/10輸出共24個數量I/O點，不需要連接擴展模塊，既能滿足運行的要求，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，如有隔離作用，價格相對較便宜，其負載電壓靈活，可帶交、直流負載，而且考慮到負載不是頻繁動作，所以采用繼電器輸出型的PLC，型號為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。考慮到PLC的輸出容量有限，配置一個輸出電流為5A的直流電源。

2.2 PLC輸入輸出地址對照表

I0.0 S2.1 皮帶運輸機啟動按鈕I0.1 S2.2 皮帶運輸機停止按鈕I0.2 S3.1 壓緊濾板按鈕I0.3 S3.2 松開濾板按鈕I0.4 S4.1 拉繩開關（拉板電機）I0.5 S5.1 翻板打開按鈕I0.6 S5.2 翻板閉合按鈕I0.7 J3.0 電接點壓力表上限I1.0 J3.1 電接點壓力表下限I1.1 J3.2 卸壓到位I1.2 J4.0 扭距開關I1.3 J4.1 移動設備回到末端位置I1.4 J5.0 翻板打開到位I1.5 J5.1 翻板閉合到位Q0.1 K2.1 皮帶運輸電機Q0.2 K3.1 油泵電機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 拉板電機正向Q0.7 K4.2 拉板電機反向Q1.0 K5.1 翻板打開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 程序的編譯和調試

可編程控制器PLC的編程是在WINDOWS平臺上運行的STEP 7-MICRO/WIN32 V3.1軟件進行的，PLC通過PC/PPI 電纜和計算機相連，并通過此電纜把編譯好的程序輸入到PLC中根據板框壓濾機的工藝流程，編譯程序主要考慮以下幾個方面的問題：

（1）壓緊濾板時，移動設備必需回到末端，按下壓緊濾板按鈕，同時打開壓緊電磁閥，油泵電機起動，壓緊濾板。使壓力處于壓力表的上限與下限之間，并自動保壓。

（2）濾板壓緊之后才能開啟柱塞泵（進料泵），柱塞泵（進料泵）停止后才能松開濾板。

（3）拉板移位電機正、反轉自動切換。

（4）松開濾板后，濾板卸壓到位后，自動停止。

（5）拉板結束后，移動設備回到末端，拉板移位電機自動停止。

（6）翻板電機在翻板到位后自動停止。

（7）皮帶運輸機由起動、停止按鈕控制。

（8）在相關的回路中采用電氣互鎖。

PLC的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調試的要求。編程前不僅要掌握PLC編程軟件的指令系統，例如：位邏輯指令（常開、常閉、置位、復位等），計時器指令（打開延時、關閉延時等）。以及PLC的指令功能狀態(tài)和符號編寫要求，例如：打開延時計時器（TON）、關閉延時計時器（TOF）在10毫秒級分辨率，最大數值為327.67秒時，符號編寫范圍只能在T33-T36和T97-T100之間選擇，而且它們指令功能的啟動條件是不同的。還要了解梯形圖的編程規(guī)則，

例如：每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數量限制等。編寫程序應該按照“簡單實用”的原則，在確定中間繼電器和時間繼電器在梯形圖中的存儲器位和定時器位后，就可以按照工藝流程所要求的動作一一編寫程序。

程序編完后，先在空機進行試驗，準確無誤后，再進行現場調試。現場調試是一個極其重要的環(huán)節(jié)，因為很多問題只能在現場調試中發(fā)現。例如：

（1）拉板移位電機正、反轉自動切換時，移動設備會發(fā)出很大的撞擊聲，對設備運行十分不利。經檢查，原因是：拉板移位電機正、反轉自動切換時，雖有制動裝置，但延時不夠，使電機在沒有完全停穩(wěn)的情況下，立即反向運行，使移動設備正向運動沒有完全停止，立即反向運動，于是發(fā)出很大的撞擊聲。了解這一情況后，我立即修改原來程序，加了一個關閉延時計時器（TOF），經調試時間定為0.5秒，使這個問題得到解決。

（2）有時移動設備向后移動時，還沒有到位，就開始向前移動。經過仔細觀察，發(fā)現有時濾板上帶的污泥太多，阻力太大，引起扭距開關動作，電機反轉。通過調整扭距開關上的彈簧壓力，解決了這一問題。還有其他一些問題，也是在現場調試中發(fā)現并加以解決的。

3 結論

針對板框壓濾機的控制系統，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間繼電器控制。極大地改善了設備的電氣性能，故障率大大降低，以前板框壓濾機是我們維修工作的重點、難點，尤其是夜間發(fā)生故障時，由于環(huán)境差，往往得不到及時維修，影響了污水處理指標。采用PLC控制以后，減少了很多維修工作量，經過一年多的運行，板框壓濾機的運行是非?？煽康模瑤缀鯖]有發(fā)生過一次電氣故障，保證了污水處理系統正常運行，使我公司的污水處理指標達到環(huán)保要求。實踐證明，可編程控制器（PLC）能很好地代替原有的繼電器控制系統，具有良好的應用價值。

[]PLC應用基礎及提高[M].郵電出版社.

[2]自動控制及PLC應用技術[M].北航出版社.

[3]S7-200可編程控制器[Z].西門子公司.