【论文摘要】论文介绍了应用PLC技术对改造硅藻土过滤机液压控制系统进行改造的设计方法和实现过程。通过实际改造示例表明，采用PLC控制，提高了硅藻土过滤机液压控制的可靠性，提高了企业的经济效益。
    在啤酒、饮料行业中，硅藻土过滤机由于具有性能优良，液体介质过滤效果好等优点，已成为行业生产过程中常用的机器设备，地位非常重要。
    对于硅藻土过滤机中液压装置的控制，是整个硅藻土过滤机最重要的部分。目前硅藻土过滤机液压装置的控制大多采用继电器加分立电子元件的控制方式。这种控制方式电子线路复杂、继电器使用数量多，造成电气控制部分可靠性差、故障率高，日常维护量大。
    随着可编程控制器（PLC）技术的发展，把PLC控制技术应用于硅藻土过滤机中液压装置的控制中，取代原有的液压装置控制线路。取得了很好的使用效果。
    一、硅藻土过滤机主要技术参数及功能
    1、过滤机工作时，装置顶紧工作压力为：11.5~24Mpa
    2、过滤机杀菌时，装置工作压力为：3.5Mpa
    3、油缸活塞杆全行程：1400mm
    4、油缸输出力：6×105N~11,7×105N
    5、油缸处锁保压：当系统压力为15Mpa保压5 小时，压力降不大于3.5Mpa
    6、程序操作功能：（1）压紧杀菌（2）过滤（3）降压杀菌（4）松开板框（5）手动操作
    7、活塞杆行程控制功能：用板框过滤压差增大而引起活塞后退行程达2+0.5mm时,该装置能对活塞杆行程自动补偿。
    二、结构原理
    1、组成系统
    硅藻土过滤机液压装置由液压系统和电控系统组成，系统框图见（图一）液压系统由双联油泵、精密油滤、卸荷阀、电磁换向阀（MV1、MV2）、球座阀（MV3）、油箱、油缸等组成。电控系统由电气控制箱和操作面板组成。电气控制箱主要为PLC及自动保护开关和控制电器。程序操作的指令开关（5档波段开关）和信号指示灯均集中在操作面板上。
         
    2、液压系统工作原理
    液压系统工作原理见液压装置原理图（图二）。高低压泵输出液压油汇合于卸荷阀（4）。当系统压力高于卸荷阀（4）调定压力时（2.5Mpa）低压自动卸荷。液压泵启动时，双联泵同时向系统供油，当系统压力高于2.5Mpa时，低压泵卸荷，高压泵以小流量向系统供油。此时高压泵继续输出高压使系统升压,无操作指令时,液压油经精密油滤(高压油滤 3)至三位四通阀电磁换向阀（12）而回油箱。当（MV1）通电高压油液经液控单向阀（9）进入油缸无杆腔，（MV2）通电液压油进入油缸（11）有杆腔，同时（MV3）通电无杆腔压力油经球座阀（5）打开液控单向阀（9）而使无杆腔得以回油，实现活塞后退，单独对（MV3）通电则使无杆腔压力下降，压力继电器（8）有二个（P2）为控制杀菌压力3.5Mpa，（P1）控制过滤工作压力12 Mpa，可实现保压补压和其它程序操作功能，溢流阀用来限制油缸自锁最高压力。
    3、硅藻土过滤机操作程序
    3、1接通电源开关（1）K0，电源指示灯（2）亮。
    3、2清洗、杀菌
    程序选择开关（3）置1档。
    清洗：按动按钮（6）活塞后退，当退至极限位置时，进行除土及清洗工作；
    杀菌：按动按钮（4）活塞前进，压紧板框后开始升压，压力表压力升至3.5Mpa时，液压电机停机，此时消毒指示灯（5）亮，压力机保压，即可进行杀菌工作。在保压中，压力降至2.5Mpa时，液压泵电机自动启动，实现补压功能。
    3、3过滤
    杀菌工作结束后，选择开关（3）置2档，液压泵电机自动对板框加压，压力表压力升至11.5Mpa时停机，此时过滤指示灯（7）亮，即可进行硅藻土预涂及过滤啤酒工作，在过滤过程中，压力降至10.5Mpa时，液压泵电机自动启动，实现补压功能。
    3、4降压杀菌
    滤酒工作结束后，将选择开关（3）置于3档，油缸压力自动降到3.5Mpa，消毒指示灯（5）亮，为松开板框作好准备。
    3、5松开板框
    进行除土及清洗工作时，将选择开关（3）置于4档，按动前进按钮（4）和后退按钮（6），活塞均可后退，退至极限位置时，进行除土或清洗工作。
    3、6 手动操作
    当需进行手动操作时，将选择开关（3）置于5档，按动前进按钮（4）时活塞前进或加压，按动后退按钮（6）时活塞后退或降压。
         
    三、液压装置控制系统设计原理
    硅藻土过滤机的液压装置控制系统设计采用“自动操作”和“手动操作”两种控制方式。
    1、系统硬件设计
    1、1系统I/O点、内存容量和选型依据
    系统输入信号包括；一个5档波段开关、2个按扭开关、一个行程开关、2个压力检测开关，共10点输入。
    系统输出信号包括；2个工作状态指示灯、3个电磁阀（MV1、MV2、MV3）、一个液压泵电机，共6点输出。
    因此，采用日本ORMON公司 的 12点输入和8点输出的自代DC24V电压输出的CPM1A 20P箱体式PLC做为系统的控制器。该PLC体积小、工作速度快，具有良好的性能价格比。按照5个档位的自动控制程序步数计算，PLC梯形图程序大约在300步以内，ORMON CPM1A 20P的程序容量为2048字，可以满足使用要求。
    1、2负载拖动方式
    PLC输出直接控制直流DC24V继电器线圈，通过DC24V继电器线圈控制3个电磁阀和液压泵电机的交流接触器线圈，启动电磁阀和AC380V液压泵电机。输入元件的供电电压为DC24V，由PLC本身输出的DC24V电源提供。4个负载启动时直流电流＞PLC本身输出DC24V电源负载，因此，在控制系统加装一个直流DC24V开关电源。控制系统原理图见（图三）。
       
    1、3负载动作说明
    压力开关P1设定压力为11.5Mpa， P2设定压力为3.5Mpa。
电磁阀MV2和MV3同时通电，液压电机动作，活塞后退。
电磁阀MV1通电，液压电机动作，活塞前进或加压。
电磁阀MV3通电，降压
    1、4控制面板设计
    控制面板示意图见（图四）
       
    2、系统软件设计
    PLC程序的编写和调试，采用ORMON的视窗编程软件CX- Programmer3.1。
    2、1开关量输入定义
序号 名称 端子
0 波段开关 1档 0000
1 波段开关 2档 0001
2 波段开关 3档 0002
3 波段开关 4档 0003
4 波段开关 5档 0004
5 前进按钮SB1 0005
6 后退按钮SB2 0006
7 压力开关P1 0007
8 压力开关P2 0008
9 行程开关JD 0009
    2、2 控制输出定义
序号 名称 端子
0 消毒指示灯 1000
1 过滤指示灯 1001
2 MV1电磁阀J4 1002
3 MV2电磁阀J3 1003
4 MV3电磁阀J2 1004
6 液压泵电机交流接触器J1 1005
    2、3 PLC程序设计说明
    PLC根据波段开关所处的不同位置，根据工艺要求，控制输出。控制流程图见图（五）。
         
    选择开关（3）置于1档，输入点0000由OFF变成ON，压力表压力在3.5Mpa以下时（压力开关P2没动作），按动前进按钮（0005），继电器输出线圈1003、1004、1006得电，活塞能前进。按动后退按钮（0006），继电器输出线圈1002、1006得电，活塞能后退。当压力表压力达到3.5Mpa时（P2动作，状态变为ON），继电器输出线圈1003、1004、1006失电，系统停机保压，消毒指示灯继电器输出线圈1000得电，指示灯亮。再按动前进按钮（0005）和后退按钮（0006）硅藻土过滤机无动作。压力表压力低于2.4Mpa（压力开关P2再由ON变为OFF状态时）时，消毒指示灯继电器输出线圈1000失电，指示灯灭。中间继电器线圈1.11得电，继电器输出线圈1003、1004、1006重新得电，活塞前进补压。当补压压力达到3.5Mpa时，系统停机、消毒指示灯亮。
1档梯形图程序见图（六）。
 
    选择开关（3）置于2档，输入点0001由OFF变成ON，继电器输出线圈1002、1006得电，系统升压。当压力上升到11.5Mpa时（P1动作，状态变为ON），继电器输出线圈1002、1006失电，系统停机保压。过滤指示灯继电器输出线圈1003得电，指示灯亮。压力表压力低于10.5Mpa（压力开关P1再由ON变为OFF状态时）时，过滤指示灯继电器输出线圈1003失电，指示灯灭。继电器输出线圈1002、1006重新得电，系统自动补压。当补压压力达到11.5Mpa时，系统停机保压、过滤指示灯亮。在保压过程中，如果对板框加水，将活塞挺将退后，当活塞退至行程开关JD的安装位置时，行程开关（0009）动作（状态变为ON ），过滤指示灯灭，继电器输出线圈1002、1006重新得电，系统自动补压，直到行程开关（0009）动作（状态变为OFF ），补压结束，系统再次停机保压，过滤指示灯亮。2档梯形图程序见图（七）。
  
    选择开关（3）置于3档，输入点0002由OFF变成ON，016#计时器响应，延时30秒，目的是消除3档对手动操作的影响。TIM016在30秒后，状态由OFF变成ON，继电器输出线圈1004得电，无杆腔压力下降，系统降压至3.5Mpa时（P2动作，状态由ON变为OFF），继电器输出线圈1004失电，系统停机，消毒指示灯继电器输出线圈1000得电，指示灯亮。3档梯形图程序见图（八）。
    
    选择开关（3）置于4档，输入点0003由OFF变成ON，按动前进按钮（0005）或后退按钮（0006），继电器输出线圈1003、1004、1006得电，活塞均能后退。4档梯形图程序见图（九）。
 
    选择开关（3）置于5档，输入点0004由OFF变成ON，按动前进按钮（0005），继电器输出线圈1002、1006得电，活塞能前进。按动后退按钮（0006），继电器输出线圈1003、1004、1006得电，活塞能后退。5档梯形图程序见图（十）。
 
四、应用效果
　　丹东华澳鸭绿江啤酒有限公司的硅藻土过滤机液压装置控制系统经PLC改造后，经过在线运行证明达到设计要求，控制效果大大优于原系统控制效果。系统运行至今没有出现故障，控制可靠性大大提高。提高了硅藻土过滤机设备使用的可靠性，提高了企业的经济效益。
    该设计方案在机器设备的液压装置控制系统改造中，具有广阔的应用前景。
    1.参考资料：
OMRON CPM1A编程手册
    2.作者简介：
蔡振宇：（1970——），男，辽宁丹东人，汉族，工程师，主要从事自动化工程设计、开发，已在国家级刊物发表多篇论文。
    3.通讯地址：
辽宁省丹东市振兴区黄海大街10号
丹东通博测控有限公司
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