S7-200 PLC在板框压滤机上的应用

1 引言

　 厢式板框压滤机是一种重要的固液分离机械设备，它广泛用于冶金、煤炭、有色等行业。设备是基于plc自动化技术的光、机、电、液机电一体化系统。

2 结构性能与工作原理

　 2.1 结构性能

　 厢式板框压滤机是集机、电、液于一体的自动分离设备，它主要用在公司a、b、c产品、赤泥分离洗涤等工序中。共由五大部分组成：机架部分、自动拉板部分、过滤部分、液压部分和电气自动控制部分。

　 机架是整套设备的基础，它主要用于支撑过滤机构和拉板机构，有止推板、压紧板、基座、油缸体和主梁等连接组成。自动拉板部分：拉板系统由液压马达、拉板小车、链轮、链条等组成，在plc的控制下，液压马达转动，通过链条带动拉板小车完成取拉板动作。过滤部分：过滤部分是由整齐排列在主梁上的滤板和夹在滤板之间的过滤介质所组成的。过滤开始时，滤浆在进料泵的推动下，经止推板的进料口进入各滤室内，滤浆借助进料泵的压力进行固液分离。由于过滤介质的作用，使固体留在滤室内形成滤饼，滤液由水嘴或出液阀排出。

　 液压部分是主机完成各种动作的动力装置，在电气控制系统的作用下，通过油缸、马达、油泵及液压元件来完成各种工作。电气控制部分是整个系统的控制中心。厢式自动压滤机主要技术参数如表1所示。

　 2.2 工作原理

　 过滤时，悬浮液在要求压强下经料浆通道由滤框角端的暗孔进入框内，滤液分别穿过两侧滤布，再沿邻板面流至滤液出口排走，固体颗粒则阻留在框内。等滤饼充满滤框后，即停止过滤。若滤饼需要洗涤时，则将洗水压入洗水通道，并经由洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时应关闭洗涤板下部的滤液出口，洗水便在压强差推动下横穿一层滤布及整个滤框厚度的滤饼，，然后再横穿另一层滤布，最后由洗涤板下部的滤液出口排出。洗涤结束后，松开滑动机头并将板框拉开，卸出滤饼，清洗滤布，整理板、框，重新装合，进行另一个操作循环。

3 系统设计

　 3.1 液压元件

　 （1）柱塞泵：压滤机液压系统所用油泵全是定量轴向柱塞泵。该种泵柱塞的安装与运动方向同传动主轴轴线方向是相一致的，它依靠柱塞泵在缸孔中往复运动时发生容积变化而实现吸、排油的。

　（2）液压马达：液压马达是能量转换装置，它是液压系统中的执行元件。它是在一定流量的压力油推动下旋转，而输出转矩和转速。即是将液压能转换成机械能，其输入功率等于输入的流量与进、出口压力差的乘积。

　 （3）溢流阀：溢流阀是一种压力控制阀，其特点是作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡，以此获得被控制系统的液流压力。它一般有四种用途，在我们设计使用的这个系统中，它主要是作安全阀与卸荷阀。

　 3.2 液压系统

　 根据压滤机的上述工作原理，设计如图1所示的液压系统原理图。

图1 液压系统原理图

　（1）油缸顶紧、松开回路、液压马达拉板、取板回路：该两个系统的回路是完成系统工作任务的，通过加装调速阀可调整马达拉板、取板的速度。

　（2）溢流阀回路：该回路的设计是为了保证液压系统压力维持在一定的水平，否则，便进行系统卸荷。它主要对系统起稳压、过载保护的作用。

　 （3）电磁球阀回路：油缸松开瞬间，液压系统会产生非常大的一个冲击负荷，所以设计加装此回路，当油缸松开时，此球阀打开15s，对冲击负荷卸荷后，油缸液压系统再进入正常工作。避免了系统大的振动，保证了设备的安全运行。

3.3 系统原理

　 根据压滤机的工艺过程，液压系统工作原理如图2所示。

图2 液压系统工作原理图

　 其工作过程可分为泄压、松开、取板、拉板、压紧、保压和补压等几道工序。

　 （1）卸料：当投料过滤过程完成后，按“程序启动（sb1）”按钮，启动压滤机开始卸料，卸压阀（7yv）将油缸内的高压油排泄掉，由plc延时15s后，压滤机自动转入压紧板松开状态。

　 （2）松开：油泵电机启动，松开阀（4yv）、减压阀（2yv）开，液压站往油缸前腔供油，活塞杆带动压紧板后退，滤室被打开，卸料过程开始，当压紧板碰到限位开关（sq2）后，压滤机自动转入取板状态。

　 （3）取板：松开阀（4yv）关，取板阀（5yv）开，液压站通过液压马达带动拉板小车开始取板，当拉板小车碰到滤板后，液压马达堵转，油压上升，取板压力继电器（1sp）动作，压滤机自动转入拉板状态。

　 （4）拉板：取板阀（5yv）关，拉板阀（6yv）开，液压马达反转，拉板小车开始拉板，当拉板小车拉着滤板碰到压紧板或滤板时，液压马达堵转，油压上升，拉板压力继电器（2sp）动作，拉板结束，重新取板。这样循环往复，直到拉完所有滤板，拉板小车空钩返回，碰到限位开关（sq4）后卸料结束，压滤机转入压紧状态。

　（5）压紧：拉板阀（6yv）关，减压阀（2yv）关，压紧板压紧阀（3yv）开，液压站往油缸前腔供油，活塞杆推动压紧板将滤板推动开始压紧，当滤板与止推板相接触时，电接点压力表（bp）压力值上升，当达到给定上限值时经延时续压，压滤机自动转入保压状态。

　（6）保压：当电接点压力表（bp）压力逐渐上升到给定上限值经延时续压后，压紧停止，压滤机则处于保压状态。

　（7）补压：由于泄漏等原因会使压力表逐渐下降，当其下降到压力表（bp）下限值时，压滤机自动启动，压紧补压，使压力表恢复上限值。

4 自动控制系统的设计

　4.1 系统设计

　 自动控制系统的设计是整个系统的控制中心，它主要由电控柜、plc程序控制器（s7-200）、熔断器、空气开关、中间继电器及电源指示灯等组成。考虑到生产实际情况，该控制系统共设计“手动”与“自动”两种控制方式：

　（1）手动控制。手动控制共设计有如下四个过程。

　 压紧：将旋转开关旋至“手动”状态，然后按下“手动压紧”按钮，压紧板开始压紧，压力达到电接点压力表的上限时，电机自动停止运转。

　 自动保压：电机停止运转后，打开进料口阀门开始进料，（注进料压力不超过1.6mpa），这是压滤机处于自动保压状态，在压力的作用下，滤浆经过滤介质开始过滤，当压力达到电接点压力表的下限时，压滤机会自动补压。

　 松开：当过滤完成时，按下“手动松开”按钮，电磁球阀得电，进行卸压，延时15s后压紧板自动后退，与行程开关接触后，电机自动停止。

　 手动取拉板：按下“手动取板”按钮，拉板小车自动取板，取完板后，再按下“手动拉板”，拉板小车自动拉板，把两块滤板之间的滤饼卸掉，经过小车反复取、拉板，滤饼卸完，小车回到原位触动限位开关，电机停止工作。接着可以进行下一个循环。

　 （2）自动控制。自动控制主要通过采用西门子s7-200

　 cpu224型plc来实现，其工作状态的转换是靠plc内部相应的计时器、计数器、中间继电器和plc外部的限位开关、压力继电器、电接点压力表等的转换而完成的。它主要有自动压紧、自动补偿、自动卸压与松开、自动卸料等功能。

　 自动压紧：开始压紧时，电机及油缸电磁换向阀3yv得电，电机带动油泵开始向油缸高压腔供油，在油压的作用下活塞杆前进，推动压紧板压紧滤板，当压力达到电接点压力表的上限时，电机及油缸电磁换向阀3yv失电，电机自动停止运转，进入保压状态，此时系统压力由溢流阀确定。

　 自动补压：压滤机把滤板压紧后，液控单向阀锁紧回路并保压，油缸电磁换向阀阀芯处于中位，当油压降至电接点压力表下限时，电接点压力表发出电信号，电机及油缸电磁换向阀3yv得电，油泵向油缸后腔供油补压。当压力达到电接点压力表上限时，电机及油缸电磁换向阀3yv失电，电机自动停止运转，循环自动补压。

　自动卸压与松开：当过滤完毕时，电磁球阀7yv得电开始卸压，plc延时15s后，电磁球阀7yv失电，电机、卸荷电磁换向阀2yv及油缸电磁换向阀4yv得电，电机带动油泵向油缸低压腔供油，活塞杆带动压紧板后退，当压紧板与限位开关sq2相接触时，油缸电磁换向阀4yv失电，而此时马达电磁换向阀5yv得点，压紧板停止运动，此时系统压力由直动式溢流阀确定。

　 自动卸料：压紧板松开至原位后开始卸料，这时油缸电磁换向阀的阀芯处于中位，不进行工作。电机带动油泵供油，油液经调速阀、马达电磁换向阀向液压马达供油，直动式溢流阀确定马达取拉板工作时所需的油压，调速阀控制油液的流量，调节取拉板速度。在油压的作用下，马达带动拉板小车进行取板工作，在取板的过程中油压升高，压力继电器1sp发出电信号，马达电磁换向阀5yv失电、6yv得电，这时马达反转带动小车进行拉板工作。在拉板的过程中，油压升高，压力继电器2sp发出电信号，马达电磁换向阀5yv得电，6yv得电，这时马达反转带动小车再次进行取板工作。一个取拉板的过程就卸掉了两块滤板间的滤饼，一直到拉完最后一块滤板，小车回到原位触动限位开关sq4，一个循环完毕，进入下一个过滤周期。

4.2 plc电气原理图

　 根据上述控制要求，设计出s7-200plc控制原理如图3所示。

图3 自控系统电气原理图

　 plc的输入主要是一些开关信号，输出通过中间继电器控制相应的电磁阀、油泵与液压马达。plc i/o地址的分配参见表2。

5 结束语

　 西门子s7-200 plc自在我厂厢式板框压滤机上应用以来，可靠性高、故障率低、操作简单，实现了所在工序的全自动化控制，提高了企业的装备水平，并给企业带来了可观的经济效益。