磨削冷却水过滤系统的PLC控制研究.pdf

仪器仪表用户 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 0 1 磨削冷却水过滤 系统 的 P L C控制研究 张琨英 ，周克 良 。 彭全凡 1 ．江西理工大学 机电工程学院 ， 赣州 3 4 1 0 0 0 ； 2 ．长沙华迪水处理技术有限公司， 长沙 4 1 0 0 8 3 摘要 采用 s 7 ． 2 0 0型 P LC控制磨削冷却水的过滤 系统。对过滤系统组成及工 作原理、 电气 控制原理 以及 P L C控 制系统 的 设计进行介绍。 关键词 P L C；自动控制 ；过滤 ； 冷却水 ； 磨削 中图分类号 T P 2 7 3 文献标 志码 A Co n t r o l o f g r i n di n g c o o l i n g wa t e r fil t r a t i o n s y s t e m ba s e d o n PLC Z HA N G K u n y i n g ， Z H O U K e l i a n g ， P E N G Q u a n f a n 1 ．S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e ri n g ， J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， G a n z h o u 3 4 1 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．C h a n g s h a Wi d e Wa t e r T r e a t me n t L t d ． ， C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ，C h i n a Ab s t r a c t Gr in d i n g c o o l i n g wa t e r f i l t r a t i o n s y s t e m wa s c o n t r o l le d wi t h S 7- 2 0 0 t y p e PL C．T h e c o mp o s i t i o n a n d wo r k i n g p r i n 。 c i p l e o f t h e f il t r a t i o n s y s t e m，e l e c t r ic a l c o n t r o l t h e o ，a n d t h e d e s ig n d e t a i ls o f PL C c o n t r o l s y s t e m a r e i n t r o d u c e d． Ke y wo r d s PL C；a u t o ma t e d c o n t r o l ；f i l t r a t io n；c o o l i n g wa t e r ；g r in d i n g O 引言 磨削冷却水 经过磨 床后 ， 往往含有 大量 的磨 削 料 、 磨粒 、 少量的油脂以及工件上携带 的杂 质、 灰尘 等。磨削冷却水通常是循环使用的， 如果含有超过一定 大小的颗粒物， 将严重影响磨削质量， 尤其是在精密磨 削过程中， 可导致工件表面划伤、 表面光洁度难以达标 等问题_ 】 J 。为此磨削冷却水回用之前必须经过过滤。 本研究中磨削冷却水的杂质粒度根据建设方的 工艺要求 ， 需控制在 0 ． 5 m以下， 故采用烧结滤芯 过滤。过滤系统采用西 门子公司 S 72 0 0系列可编 程逻辑控制器 P L C 进行控制 ， 从而提高冷却水处 理的自动化水平 ， 实现磨削冷却水的循环利用。 1 过滤 系统组成及工作原理 由于系统处理 的水量将近 1 0 0 0 m ／ 天 ， 需要采 用很大的过滤面积 ， 其过滤面积根据下式确定 S Q ／ J 1 式 中， Q 系统的设计流量 ， m 。 ／ h ； ．， 单位面积 的产水通量， m ／ h m ； Is 膜的过滤面积， m 。 ． ， 通常是由膜厂家在一定 的条件下测量得 出的 参数， 也可通过实验进行确定。 确定了需要的膜过滤面积 ， 再根据膜厂家提供 的 单支膜的面积确定过滤膜的数量 N eS ／ S e 2 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产 品广告信息 式 中， s 需要的膜过滤面积 ， m ； s e 单支膜的 过滤面积 ， m ／支 ； Ⅳ e 膜元件的数量 ， 支。 根据以上计算公式并考虑一定的流量余量， 可确 定所需的膜数量约为 2 1 0 0支。 由于膜的数量 比较大 ， 需采用 3台过滤容器进行 装填。 每 台过滤容器的装填量 为 7 0 0支膜 ， 同时考虑 到水 的平衡以及经济性 ， 需将每个容器 内的膜分为 6 组 ， 通过 内外部管路的分流、 汇集组成一个过滤单元 。 磨床的回水通过车问的汇流沟回流到沉淀箱 内， 通过初步的沉淀和隔油处理 ， 溢流到初液箱 内。 当初 液箱内液体液位达到一定高度时， 开启过滤增压泵进 行增压送水至 3台过滤罐内。 过滤罐内所设置的 6组 过滤膜进行磨削液的过滤 ， 透过的滤液经由各组出口 阀门汇集到汇流管 内， 再通过 出液 阀门流至净液箱 内。 过滤过程 由于磨削液中含有一定磨 削料等杂质 ， 可通过设置在过滤罐底部的回流阀回流到沉淀箱内， 此 回流 阀可通过开启的大小来调节流量。 2 电气控 制原理 系统的过滤增压泵配置 2台水泵， 采用并联且一 用一备的工作方式 ， 其主电路控制如图 1所示。 过滤增压泵的控制采用手动 ／自动控制方式， 其 中手动部分主要用于调试、 检修以及 P L C系统出现故 障情况下的临时控制 ； 自动控制部分由 P L C完成 ， 具 EI C Vo I ． 1 8 2 01 1 N O． 2 1 体则由 P L C的输出继电器控制 中间继电器 K A M9和 K AM1 0 ， 再对接触器 K M 9和 K M1 0进行控制。 其 中 K AM 9和 K A M1 0中间继电器采用 D C 2 4 V电压等级， 这样的结构设置相当于为 P L C的输 出部分进行 了隔 离， 有利于 P L C的长期可靠运行。 水泵的一用一备关 系在控制 电路部分也没有进行互锁控制， 但是在软件 部分进行了设计。 同时， 对水泵 的液位保护控制也是 通过软件来实施的， 这样可以减少硬件方面的连线工 作 ， 可靠性方面也基本达到同等效果 J 。 增压泵热继保护采用 的施耐德 G V热磁断路器 ， 不仅占用的安装空间小， 而且可靠性很好 ， 本身带热 继输出， 在热继发生跳变时， 可使断路器跳 闸， 停止主 回路的供电。 过滤增压泵的控制回路如图 2所示。 过滤增压泵 l 过滤增压泵2 7． 5 l C W 7． 5 I C W 图 1 过滤增压泵控制主回路 图 2 过滤增压泵控制回路 过滤增压泵的控制模式为手动时， 通过控制柜上 的旋钮开关 S A 1 3和 S A1 4对其进行启停控制。 Q F 7 和 Q F 8分别为两台水泵的热继电器保护。 手动控制部分 本身未设置两台水泵的互锁保护以及水泵的无水保 护， 因为通常手动启动仅在调试 、 检修或 P L C工作 出 现异常的条件才进行的， 所以不是很有必要进行这些 硬件上的保护或互锁控制。 水泵的自动控制由P L C的 输出端 口执行。 系统涉及到 的阀系 由于数量 多达 2 4个 ， 均 由 P L C的输出端 口进行控制 ， 而且同样通过设置中间继 电器来实现。 3 P LC控制系统设计 3 ． 1 P L C输入和输出点的确定 P L C的输人 ／输出点要求对应系统的运行安全、 状态及动作， 因此其输人部分包括 各个磨削冷却水 过流箱体设置的液位信号、 泵的反馈信号等两类输人 信号 ， 为系统的运行状态、 泵的无水保护提供输入信 号。 泵的运行反馈信号主要作用是在泵应该运行而没 2 E I C V 0 I ． 1 8 2 01 1 N o． 2 仪器仪表用户 有反馈信号时提供报警信号， 提示人 工进行干预处理。 P L C的输出信号主要包括泵和阀的启停信号， 其 中泵为两台， 采用一用一备的工作方式。 每个过滤罐 上有 6个出水阀、 1 个回流阀及 1 个出液阀 ， 总计一个 过滤罐需要 8个控制阀门的输出控制 ， 所以系统需要 设置 2 4个输出点进行控制阀的控制。 控制 阀的工作 方式因为是属于短暂工作， 所以其故障的发生几率非 常少 ， 故未进行阀的状态反馈 J 。 P L C的输人 ／输出控制点的分配如表 1 所示。 表 1 P L C的 I ／ O分配表 类别 序号 符号 分配地址 作用描述 l Y 4 L 1 0 ． 4 沉淀箱低液位 输 2 Y 5 L 1 0 ． 5 初液箱低液位 入 3 Y 6 L 1 0 ． 6 净液箱低液位 端 4 Y 6 H 1 0 ． 7 净液箱高液位 口 5 K M9 I 2 ． 2 1 增压泵 K M反馈 6 K Ml 0 I 2 ． 3 2 增压泵 K M反馈 1 K M9 Q1 ． 2 l 增压泵 KM 2 K Ml 0 Q1 ． 3 2 增压泵 KM 3 F 2一l Q 4 ． 5 过滤罐 l 出水阀1 4 F 22 Q 4 ． 6 过滤罐 l 出水阀 2 5 F 23 Q 4 ． 7 过滤罐 1 } f 出水阀 3 6 F 24 Q 5 ． o 过滤罐 1 出水 阀4 7 F 25 Q 5 ． 1 过滤罐 1 出水阀 5 8 F 26 Q 5 ． 2 过滤罐 1 出水阀 6 9 F 27 Q 5 ． 3 过滤罐 1 撑回流阀 1 0 F 28 Q 5 ． 4 过滤罐 l 出液阀 1 1 F 21 0 Q 5 ． 6 过滤罐 2 出水阀 1 输 1 2 F 2一l l Q 5 ． 7 过滤罐 2 出水阀 2 出 l 3 F 2一l 2 Q 6 ． 0 过滤罐 2 出水阀 3 端 1 4 F 21 3 Q 6 ． 1 过滤罐 2 出水阀 4 口 1 5 F 21 4 Q 6 ． 2 过滤罐 2 } } 出水阀 5 1 6 F 2一l 5 Q 6 ． 3 过滤罐 2 出水阍 6 1 7 F 21 6 Q 6 ． 4 过滤罐 2 回流阀 1 8 F 2一l 7 Q 6 ． 5 过滤罐 2 出液阀 1 9 F 2一l 9 Q 6 ． 7 过滤罐 3 出水阀 1 2 0 F 22 0 Q 7 ． 0 过滤罐 3 出水阀 2 2 1 F 22 l Q 7 ． 1 过滤罐 3 出水阀 3 2 2 F 22 2 Q 7 ． 2 过滤罐 3 } } 出水阀 4 2 3 F 22 3 Q 7 ． 3 过滤罐 3 出水阀 5 2 4 F 22 4 Q 7 ． 4 过滤罐 3 静出水阀 6 2 5 F 22 5 Q 7 ． 5 过滤罐 3 群 回流阀 2 6 F 22 6 Q 7 ． 6 过滤罐3 群出液阀 3 ． 2 系统的 P L C控制原理 磨削冷却水经沉淀箱初步沉淀之后， 溢流进人初 液箱 内， 通过管道连接至过滤增压泵。 当初液箱 内水 位较低时， 通过设置在初液箱内的低液位传感器给出 低液位信号 ， 此时 P L C将禁止泵 的启动 ， 以保护泵防 止干转烧毁水泵。 磨 削冷却水 过滤后进入到净液箱 内 ， 当净液箱内的液位高时， 说明用水量暂时较少， 若 欢迎光临本刊网站 h t t p ／ ／ w ww ． e ic ． o o m． c n 仪器仪表用户 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 1 0 4 1 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 0 2 单神经元 自适应控制算法的 B o o s t 研究 杨 卫新 ，马小三 ， 章家岩 安徽工业大学 电气信息学院， 马鞍山 2 4 3 0 0 2 摘要 分析了 B o o s t 电路的开关过程， 利用状态空间平均法创建了B o o s t 变换器的平均模型。 基于增量 P I D控制算法和单神 经元自适应控制算法进行了仿真研究。结果表明。 和增量P I D控制算法相比， 单神经元网络自适应控制算法具有动态上升速 度快。 误差小等优点。 关键词 B o o s t 变换器 ；单神经 自适应控制方法 ；仿真 中图分类号 T P 1 8 3 文献标志码 A St udy o f t he bo o s t c o nv e r t e r b a s e d o n a s i ng l e ne ur o n a dap t i ve c o nt r o l l e r YANG W e i x i n，MA Xi a o s a n，Z HANG J i a ． y a n S c h o o l o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n gI n f o r ma t i o n ， A n h u i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Ma h n s h a n 2 4 3 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t We an aly z e t h e s wi t c h p r o c e s s o f t h e b o o s t c o n v e de r a n d e mp l o y t h e s t a t e s p a c e me t h o d t o c o n s t r u c t t h e mo d e l o f b o o s t c o n v ert．A p id s i n g l e n eu r o n a d a p t i v e c o n t r o l me t h o d a n d n or ma l PI D c o n t r o l me t h o d a r e a pp li e d t o s t u d y t h e b o o s t c o n v e rt er an d t h e r e s u l t s i mply t h a t t h e f or me r c on t r o l me t h o d h a s b e t t e r p r o p e r t i e s i n c l u d i n g t h e d y n a mi c a l s p e e d a n d er r or t h a n t h e l a t er c o n t r o l me t h o d ． Ke y wo r d sb o o s t c on v ert e r ；a p id s i n g l e n e ur o n a d a p t i v e c o n t r o l me t h o d；s i mu l a t i o n O 引言 B o o s t 电路 即 t h e b o o s t c o n v e r t e r 或者叫 s t e p - u p c o n v e r t e r ， 是一种开关直流升压 电路 ， 它可以实现输 出直流电压高于输入直流 电压。 B o o s t 电路的优点是 可以使输入 电流连续 ， 并且在整个输入电压的正弦周 期都可以调制 ， 因此可获得很高的功率因数。该电路 继续过滤则可能导致净液箱溢流 ， 此时通过设置在净 液箱内的高液位传感器给出高液位信号， 使 P L C 停止 运行过滤增压泵 ， 则系统处于等待状态。 当一台增压泵被启动时 ， P L C将累计该泵的运行 工作时问。 在系统每次进行泵 的开启前 ， P L C都将 比 较两台泵的累积运行时间， 将运行较少的泵标记为可 运行状态 ， 将运行较多的泵标记为停止状态 。 因此 ， 每 次启动的泵均为运行时间较少的泵 ， 这样可使泵得到 均衡工作 ， 减少水泵的磨损， 提高泵 系整体的工作使 用寿命。 P L C过滤程序如图 3所示 。 图3 过滤泵的 P L C控制流程图 欢迎订 阅 欢迎撰稿 欢迎发布产 品广告信 息 4 结语 P L C控制系统耗资低 ， 操作简单 ， 但能大大降低 人工操作程度 ， 改善劳动环境 ， 提高经济效益。磨 削 冷却水过滤系统在 P L C控制下 自动运行 ， 循环供水 量稳定 ， 水质明显提高， 从而磨削质量也得到提高； 同 时减少了磨削冷却水废液的排放 ， 有利于节能减排 ， 提高磨削生产的经济效益。口 参考文献 [ 1 ]张乃荣．轧辊磨床磨削液的污染与净化[ J ] ． 轻合金 加工技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 2 2 5 ． 2 6 ． [ 2 ]西门子集团公司． 7 - 2 0 0可编程控制器系统手册 [ M] ． 2 0 0 6 ． [ 3 ]张万忠． 可编程控制器应用技术 [ M] ． 北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 4 ]皮壮行， 宫振呜， 李雪华． 可编程序控制器的系统设 计与应用实例[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 0 ． 作者简介 张琨英 1 9 8 0 一 ， 女， 在读硕士， 研究方向为工业过 程控制。 收稿 日期 2 0 1 0 ． 1 l - 1 9 El C V O I ． 1 8 2 01 1 No ． 2 3