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啤酒硅藻土過濾機液壓裝置 PLC 控制系統設計
上傳作者:08:35:15 system

啤酒硅藻土過濾機液壓裝置 PLC 控制系統設計 
作者:蔡振宇  
摘要:論文介紹了應用 PLC 技術對改造硅藻土過濾機液壓控制系統進行改造的
設計方法和實現過程。通過實際改造示例表明,采用PLC控制,提高了硅藻土過
濾機液壓控制的可靠性,提高了企業的經濟效益。 
關鍵詞:  PLC、 電磁閥、液壓裝置、活塞。 
Beer diatom the soil filter the machine liquid to press 
the device Programmable Controller the control the system 
design 
Author:  Cai Zhengyu  
(Tongbo measurement & control Co.Ltd.,Dandong,Liaoning) 
Summary:The thesis introduced the applied Programmable 
Controller  technique  to  design  reform  diatom  soil  filter  machine 
liquid press control system proceed reform the methodeds with 
realizes process.Pass to physically reform the example 
enunciation,  adoption  PLC  the  control,  and  increase  the  diatom 
the soil to filter the machine liquid to press the dependable 
that control, and increase the business enterprise's economic 
performance. 
Key  phrase:  Programmable Controller,  electromagnetism  the  valve, 
liquid press to equip, piston. 
 
在啤酒、飲料行業中,硅藻土過濾機由于具有性能優良,液體介質過濾效果
好等優點,已成為行業生產過程中常用的機器設備,地位非常重要。 
對于硅藻土過濾機中液壓裝置的控制,是整個硅藻土過濾機最重要的部分。
目前硅藻土過濾機液壓裝置的控制大多采用繼電器加分立電子元件的控制方式。
這種控制方式電子線路復雜、繼電器使用數量多,造成電氣控制部分可靠性差、
故障率高,日常維護量大。 
隨著可編程控制器(PLC)技術的發展,把 PLC 控制技術應用于硅藻土過濾
機中液壓裝置的控制中, 取代原有的液壓裝置控制線路。 取得了很好的使用效果。  
一、 硅藻土過濾機主要技術參數及功能 
1、過濾機工作時,裝置頂緊工作壓力為:11.5~24Mpa 
2、過濾機殺菌時,裝置工作壓力為:3.5Mpa 
3、油缸活塞桿全行程:1400mm 
4、油缸輸出力:6×105
N~11,7×105

5、油缸處鎖保壓:當系統壓力為15Mpa保壓5 小時,壓力降不大于3.5Mpa 
6、程序操作功能:(1)壓緊殺菌(2)過濾(3)降壓殺菌(4)松開板框(5)
手動操作 
7、活塞桿行程控制功能: 用板框過濾壓差增大而引起活塞后退行程達2+0.5
mm
時,該裝置能對活塞桿行程自動補償。 二、     結構原理 
1、  組成系統 
硅藻土過濾機液壓裝置由液壓系統和電控系統組成,系統框圖見(圖一)液
壓系統由雙聯油泵、精密油濾、卸荷閥、電磁換向閥(MV1、MV2) 、球座閥(MV3) 、
油箱、油缸等組成。電控系統由電氣控制箱和操作面板組成。電氣控制箱主要為
PLC 及自動保護開關和控制電器。程序操作的指令開關(5 檔波段開關)和信號
指示燈均集中在操作面板上。 
 
 
   
 
 
圖一:控制系統框圖 
2、  液壓系統工作原理 
液壓系統工作原理見液壓裝置原理圖(圖二) 。高低壓泵輸出液壓油匯合于
卸荷閥(4) 。當系統壓力高于卸荷閥(4)調定壓力時(2.5Mpa)低壓自動卸荷。
液壓泵啟動時,雙聯泵同時向系統供油,當系統壓力高于 2.5Mpa 時,低壓泵卸
荷,高壓泵以小流量向系統供油。此時高壓泵繼續輸出高壓使系統升壓,無操作
指令時,液壓油經精密油濾(高壓油濾  3)至三位四通閥電磁換向閥(12)而回油
箱。當(MV1)通電高壓油液經液控單向閥(9)進入油缸無桿腔, (MV2)通電液
壓油進入油缸(11)有桿腔,同時(MV3)通電無桿腔壓力油經球座閥(5)打開
液控單向閥(9)而使無桿腔得以回油,實現活塞后退,單獨對(MV3)通電則使
無桿腔壓力下降,壓力繼電器(8)有二個(P2)為控制殺菌壓力3.5Mpa, (P1)
控制過濾工作壓力 12 Mpa,可實現保壓補壓和其它程序操作功能,溢流閥用來
限制油缸自鎖最高壓力。 
3、  硅藻土過濾機操作程序 
3、1接通電源開關(1)K0,電源指示燈(2)亮。 
3、2清洗、殺菌  
程序選擇開關(3)置1檔。 
清洗:按動按鈕(6)活塞后退,當退至極限位置時,進行除土及清洗工作;  
殺菌: 按動按鈕 (4) 活塞前進,壓緊板框后開始升壓,壓力表壓力升至3.5Mpa
時,液壓電機停機,此時消毒指示燈(5)亮,壓力機保壓,即可進行殺菌
工作。在保壓中,壓力降至 2.5Mpa 時,液壓泵電機自動啟動,實現補壓功
能。 
3、3過濾 
殺菌工作結束后,選擇開關(3)置 2 檔,液壓泵電機自動對板框加壓,壓
力表壓力升至 11.5Mpa 時停機,此時過濾指示燈(7)亮,即可進行硅藻土
預涂及過濾啤酒工作,在過濾過程中,壓力降至10.5Mpa時,液壓泵電機自
動啟動,實現補壓功能。 
 
 
控制箱 
操作面板 
 
液壓裝置 
 
PLC 
控制 元
件 
電源 
機械傳動
部分 3、4降壓殺菌 
濾酒工作結束后,將選擇開關(3)置于 3 檔,油缸壓力自動降到 3.5Mpa,
消毒指示燈(5)亮,為松開板框作好準備。 
3、5松開板框 
進行除土及清洗工作時,將選擇開關(3)置于4檔,按動前進按鈕(4)和
后退按鈕(6) ,活塞均可后退,退至極限位置時,進行除土或清洗工作。 
3、6 手動操作 
當需進行手動操作時,將選擇開關(3)置于5檔,按動前進按鈕(4)時活
塞前進或加壓,按動后退按鈕(6)時活塞后退或降壓。 
 
圖二:液壓裝置原理圖 
 
二、 液壓裝置控制系統設計原理 
硅藻土過濾機的液壓裝置控制系統設計采用“自動操作”和“手動操作”兩種控
制方式。 
1、系統硬件設計 
1、1系統I/O點、內存容量和選型依據 
  系統輸入信號包括;一個5檔波段開關、2 個按扭開關、一個行程開關、2
個壓力檢測開關,共10點輸入。 
系統輸出信號包括;2個工作狀態指示燈、3個電磁閥(MV1、MV2、MV3) 、
一個液壓泵電機,共6點輸出。 
因此, 采用日本ORMON公司 的 12點輸入和 8 點輸出的自代DC24V電壓輸出的CPM1A  20P箱體式PLC做為系統的控制器。該PLC體積小、工作速度快,
具有良好的性能價格比。按照 5 個檔位的自動控制程序步數計算,PLC 梯形
圖程序大約在300步以內,ORMON  CPM1A  20P的程序容量為2048字,可以滿
足使用要求。 
1、2負載拖動方式 
PLC 輸出直接控制直流 DC24V 繼電器線圈,通過 DC24V 繼電器線圈控制 3
個電磁閥和液壓泵電機的交流接觸器線圈,啟動電磁閥和 AC380V 液壓泵電
機。輸入元件的供電電壓為 DC24V,由 PLC 本身輸出的 DC24V 電源提供。4
個負載啟動時直流電流>PLC 本身輸出 DC24V 電源負載,因此,在控制系統
加裝一個直流DC24V開關電源。控制系統原理圖見(圖三 ) 。 
  
圖三:控制系統原理圖 
    1、3 負載動作說明 
    壓力開關P1設定壓力為11.5Mpa, P2設定壓力為3.5Mpa。 
電磁閥MV2和MV3同時通電,液壓電機動作,活塞后退。 
電磁閥MV1通電,液壓電機動作,活塞前進或加壓。 
電磁閥MV3通電,降壓 
1、4 控制面板設計 
 控制面板示意圖見(圖四)  
 
                         圖四:控制面板示意圖 
2、系統軟件設計 
PLC程序的編寫和調試,采用ORMON的視窗編程軟件CX- Programmer3.1。 
2、1開關量輸入定義 
序號             名稱                      端子 
     0             波段開關 1檔               0000 
     1             波段開關 2檔               0001 
     2             波段開關 3檔               0002 
     3             波段開關 4檔               0003 
     4             波段開關 5檔               0004 
     5             前進按鈕SB1                0005 
     6             后退按鈕SB2                0006 
     7             壓力開關P1                 0007 
     8             壓力開關P2                 0008 
     9             行程開關JD                 0009 
2、2 控制輸出定義 
序號             名稱                      端子 
     0             消毒指示燈                 1000 
     1             過濾指示燈                 1001 
     2             MV1電磁閥J4              1002 
     3             MV2電磁閥J3              1003 
     4             MV3電磁閥J2              1004 
6            液壓泵電機交流接觸器J1     1005 
2、3  PLC程序設計說明 
PLC 根據波段開關所處的不同位置,根據工藝要求,控制輸出。控制流程
圖見圖(五) 。 圖五:控制流程圖 
 
選擇開關(3)置于 1 檔,輸入點 0000 由 OFF 變成 ON,壓力表壓力在
3.5Mpa 以下時(壓力開關 P2 沒動作) ,按動前進按鈕(0005) ,繼電器輸出
線圈1003、1004、1006得電,活塞能前進。按動后退按鈕(0006) ,繼電器
輸出線圈1002、1006得電,活塞能后退。當壓力表壓力達到3.5Mpa時(P2
動作,狀態變為ON) ,繼電器輸出線圈1003、1004、1006失電,系統停機保
壓, 消毒指示燈繼電器輸出線圈1000得電, 指示燈亮。 再按動前進按鈕 (0005)
和后退按鈕(0006)硅藻土過濾機無動作。壓力表壓力低于2.4Mpa(壓力開
關P2再由ON變為OFF狀態時)時,消毒指示燈繼電器輸出線圈1000失電,
指示燈滅。中間繼電器線圈 1.11 得電,繼電器輸出線圈 1003、1004、1006
重新得電,活塞前進補壓。當補壓壓力達到 3.5Mpa 時,系統停機、消毒指
示燈亮。 
1檔梯形圖程序見圖(六) 。  
圖六:1檔梯形圖 
 
選擇開關(3)置于2檔,輸入點0001 由OFF 變成ON,繼電器輸出線圈
1002、1006 得電,系統升壓。當壓力上升到 11.5Mpa 時(P1 動作,狀態變
為ON) ,繼電器輸出線圈1002、1006失電,系統停機保壓。過濾指示燈繼電
器輸出線圈 1003 得電,指示燈亮。壓力表壓力低于 10.5Mpa(壓力開關 P1
再由ON變為OFF狀態時)時,過濾指示燈繼電器輸出線圈1003失電,指示
燈滅。繼電器輸出線圈 1002、1006 重新得電,系統自動補壓。當補壓壓力
達到11.5Mpa時,系統停機保壓、過濾指示燈亮。在保壓過程中,如果對板
框加水,將活塞挺將退后,當活塞退至行程開關 JD 的安裝位置時,行程開
關(0009)動作(狀態變為 ON ) ,過濾指示燈滅,繼電器輸出線圈 1002、
1006重新得電, 系統自動補壓, 直到行程開關 (0009) 動作(狀態變為OFF ) ,
補壓結束,系統再次停機保壓,過濾指示燈亮。2檔梯形圖程序見圖(七) 。  
 
 
圖七:2檔梯形圖 
選擇開關(3)置于 3 檔,輸入點 0002 由 OFF 變成 ON,016#計時器響應,延
時 30 秒,目的是消除 3 檔對手動操作的影響。TIM016 在 30 秒后,狀態由 OFF
變成 ON,繼電器輸出線圈 1004 得電,無桿腔壓力下降,系統降壓至 3.5Mpa 時
(P2 動作,狀態由 ON 變為 OFF) ,繼電器輸出線圈 1004 失電,系統停機,消毒
指示燈繼電器輸出線圈1000得電,指示燈亮。3檔梯形圖程序見圖(八) 。 
    
圖八:3檔梯形圖 
 
選擇開關(3)置于4檔,輸入點0003由OFF變成ON,按動前進按鈕(0005)
或后退按鈕(0006) ,繼電器輸出線圈1003、1004、1006得電,活塞均能后退。
4檔梯形圖程序見圖(九) 。 
 
圖九:4檔梯形圖 
 
選擇開關 (3) 置于5檔, 輸入點0004由OFF變成ON, 按動前進按鈕 (0005) ,
繼電器輸出線圈1002、1006得電,活塞能前進。按動后退按鈕(0006) ,繼電器
輸出線圈1003、1004、1006得電,活塞能后退。5檔梯形圖程序見圖(十) 。 
 
圖十:5檔梯形圖 
 
四、  應用效果 
丹東華澳鴨綠江啤酒有限公司的硅藻土過濾機液壓裝置控制系統經 PLC 改造后,經過在線運行證明達到設計要求,控制效果大大優于原系統控制效果。系
統運行至今沒有出現故障,控制可靠性大大提高。提高了硅藻土過濾機設備使用
的可靠性,提高了企業的經濟效益。   
該設計方案在機器設備的液壓裝置控制系統改造中,具有廣闊的應用前景。 

 

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