基于PLC的真空滤油机控制系统设计_毕业设计论文.doc

学科分类号：_湖南人文科技学院本科生毕业设计题 目：基于plc的真空滤油机控制系统设计 系 部： 通信与控制工程系 专业年级： 自动化2009级 湖南人文科技学院教务处制湖南人文科技学院本科毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二 年 月 日湖南人文科技学院毕业设计基于plc的真空滤油机控制系统的设计摘要：工业用油使用一段时间后，会出现水污染和颗粒污染现象等，这会导致工业油液加速变质，加快金属疲劳，加剧液压元件的磨损。本文是基于plc的真空滤油机控制系统，控制系统选取三菱公司的fx2n系列plc作为控制器实现对工业污染油的过滤、加热、真空分离、精过滤等一系列控制。通过本设计的一系列功能，滤油机实现了在较低的温度下真空除水和去除油液中杂质、絮状物、金属微粒两大功能。本设计避规了国内此类滤油机耗能高，结构不合理，造型混乱，油液过滤精度不够的缺点，具有很好的经济价值和社会意义。关键字：真空分离；油液处理；fx2n-48mr design of vacuum oil filter control system based on plcabstract：industrial oil use after a period of time, there will be a phenomenon of water pollution and particle pollution, etc., which can lead to industrial oil metamorphism, speed up the metal fatigue and aggravate wear of hydraulic components.this article is vacuum oil purifier based on plc control system , control system mitsubishi fx2n series plc is selected as the controls on industrial pollution, oil filter , heating, vacuum separation , fine filter and a series of control. through a series of functions of the present design , oil filter implements the two functions of addition to water at a lower temperature under vacuum and removing the impurities , floc, metal fine particles in the fluid .the design to avoid regulations such domestic oil filter high energy consumption structure is irrational, chaotic shape , lack of precision oil filter shortcomings, with good economic value and social significance.keywords：vacuum separation; oil processing; fx2n-48mrii目录第1章 绪论11.1 真空滤油机的研究背景11.2 国内外研究现状11.2.1 国外研究现状11.2.2 国内研究现状21.3 本课题的研究目的和意义3第2章 基于plc真空滤油机控制系统设计的总体方案42.1 真空滤油机的工艺原理42.2 油泵的选型62.3 加热器的选型72.4 真空泵的选型82.5 模拟量的检测9第3章 基于plc真空滤油器控制系统的硬件设计123.1控制系统的设计方案123.2电器图123.3 plc的选型133.3.1 主控器的选型133.3.2 a/d模块的选型143.4系统i/o分配163.5真空滤油机硬件电路设计17第4章 基于plc真空滤油机控制系统的软件设计184.1 编程软件的介绍184.2系统流程图的设计184.2.1 系统主流程图184.2.1 温度控制流程图204.2.2 真空破坏阀控制流程图204.3梯形图设计214.3.1 真空泵和油泵的控制214.3.2 模拟量的采集214.3.3 油温的控制234.3.4 真空破坏阀的控制24第5章 总结与展望265.1总结265.2展望26致谢27参考文献28附录29附录1 系统硬件接线图29附录2 系统完整梯形图程序30iv第1章 绪论1.1 真空滤油机的研究背景滤油机（也称作净油机，oil purifier），是用加压过滤或真空蒸发-加压过滤方法除去不纯净油中固体杂质和水分的过滤设备。滤油机主要应用于提高润滑油的纯净度和电器用油的绝缘性。滤油机主要是为了实现电站、电厂、工矿企业的各种油液的净化，如绝缘油、透平油及润滑油等。尤其是对于含水严重或浑浊乳化的油液，如透平油、绝缘油、液压油、抗磨油、轴承油及高粘度润滑油的净化，能高速有效地脱除污染油中的杂质、水分、气体、脱去水溶性酸碱等，使净化后的油达到国家规定的质量标准，达到回收利用的目的1。随着电力工业的飞速发展，以继电接触器为主的老一代控制系统已不能满足工业污染油精确过滤的要求，这一领域的计算机化是未来的趋势，而工业控制过程中以可编程控制器（plc）的应用越来越广泛，且其也是计算机化最便捷，最可靠的途径。plc采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行顺序控制、逻辑运算、定时、算术和计数等操作指令的执行，通过对模拟式或数字式的输入输出信号处理来控制各种生产设备。plc是微型计算机技术与传统继电器控制技术相互结合的产物，plc有自己的独特的编程语言（梯形图或指令表等），用户易学易懂，并且能与计算机接口相连，现已在工业领域应用非常之广泛。基于plc的真空滤油器控制系统，以plc为主控器的真空滤油机实现对工业污染油的过滤、加热、真空分离、精过滤等一系列控制，控制精度高，控制方便，抗干扰性强等特点。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状国外真空滤油机的典型产品主要有：美国颇尔（pall）公司hnp021真空净油机、移动式真空油液净化机hvp 2703、高真空变压器油净化设备thp070、瑞典hering公司eok型真空净油机、日本加滕（kato）公司klvc-ax-ia 6000l/h型带电在线滤油机、klvc-8axso-ii 30000 l/h型全自动真空净油机、瑞士麦克菲尔（micafil）公司vh061-e型真空净油机等2。日本加滕（kato）公司是全球著名的真空滤油机等产品的制造厂，创立于1923年。目前，klvc系列高真空滤油机，流量从100 l/h至60000 l/h。国内电力系统内的大多数省级送变电公司，一些大型发电厂和供电公司及变压器制造商在上世纪九十年代就开始直接向加藤公司购买高真空滤油机，用户遍及国内。在真空槽（罐）方面专门开发适用于超高变压器脱气装置，包括喷射脱气部件和自动液位控制装置，过滤系统附有带自动油温控制的低瓦特密度电加热器、油真空密封的低噪油泵、以及全自动电脑控制的中央控制屏等。目前在带电在线滤油技术方面已开创了世界先列，已提供了数十台能带电在线滤油的高真空滤油机。美国颇尔（pall）公司于1946年创立，主要研究流体净化分离技术、开发生产高性能过滤器及过滤系统。其高性能过滤器以及过滤系统年销售额超过15亿美元，在全世界同类型过滤行业居第一位。但颇尔公司核心技术不在于真空技术的研发，而是聚结分离技术中高值滤芯的应用（值用于表示过滤能力，指多少个杂质颗粒经过滤后只漏掉一个杂质颗粒。颇尔公司自称其高值滤芯的过滤能力200时过滤效率为99.9%）。颇尔公司产品广泛用于医药、食品饮料、生物工程、石油、矿业、电力、冶金等各个领域。我们主要关注的还在于其高真空变压器油净化设备，在这类设备中pall公司拥有多种专利，如油气分离装置、两个真空脱气室、lz滤芯、高精度渐变孔径滤芯等，适用于变电系统电容器、互感器带电油净化。1.2.2 国内研究现状目前，我国生产此类滤油机的生产厂家较多，但其技术水平都不高，与国外同规格的滤油机相比差距较大，存在着能耗高，结构不合理，造型杂乱，油液处理精度不高等问题。以下为几种常见型号的滤油机的简要介绍。手推式精密油过滤机，主要由滤芯壳体油泵及固定装置等构成。主要由滤芯壳体油泵及固定装置等构成.流体油泵从过滤器入口流入经滤芯后,杂质截留在滤芯表面及深层,清洁流体从出口处流出。滤芯多为筒状金属网，阻止不纯净油中较大的固体颗粒进入油泵。油泵通常为齿轮泵，输送不纯净油进入过滤装置。精密滤油机以设计合理,出油量大,清洗方便等优点,在各种行业中得到广泛的应用。它可以作为油品的预处理及终端处理。过滤油中普通的机械杂质效果明显，精度高。设备轻便，操作简单。该类设备不合适处理油中有油泥或者粉尘类杂质的油品，杂质太多，堵塞会比较严重，更换耗材成本会变得很高。聚结分离式滤油机，这种滤油机滤水时，使用聚结、分离滤芯，滤除杂质时使用预过和精过两种滤芯。这类设备除水效果只能达到接近于合格边缘，而不能除去微量水份；耗材一般为脱水滤芯和脱杂质的滤芯，除杂质效果一般与精密油过滤机接近。但设备体积一般偏小，占地面积不大。压力式板框滤油机，代表是这种板式滤油机，使用滤纸过滤，是一种最原始的滤油设备，它的优点是，如油中在不合格的边缘，使用可以起到很好的作用。缺点是成本大，耗用滤纸多，人的工作强度大3。理论上是各种油品都能经过滤油机处理的，但是现目前国内的滤油技术参差不齐，所以有的油品处理起来有一定的难度，需要根据用户的实际情况量身定做。1.3 本课题的研究目的和意义现代机械向高性能、大型化发展，对可靠性、无故障寿命、动态性能的要求也越来越高，润滑油净化的要求进一步提高。如高性能电液伺服阀中，其元件间的间隙已达到几微米，污染的润滑油如果继续使用，会加速机械磨损，进一步产生新的磨粒，从而加大油液污染，如此恶性循环，不但润滑的效果不达标，而且会加大元件的磨损，降低设备的工作寿命和可靠性。本文是基于plc的真空滤油机控制系统，控制系统选取三菱公司的fx系列plc作为控制器实现对工业污染油的过滤、加热、真空分离、精过滤等一系列控制。通过本设计的一系列功能，滤油机实现了在较低的温度下真空除水和去除油液中杂质、絮状物、金属微粒两大功能。本设计避规了国内此类滤油机耗能高，结构不合理，造型混乱，油液过滤精度不够的缺点，具有很好的经济价值和社会意义。 plc技术在现代工业技术中应用越来越普遍，也越来越重要。通过本课题对“基于plc的真空滤油机控制系统”的设计，加深了对可编程控制器的理解，强化了对可编程控制器的应用能力。能够全面培养学生的动手能力，分析问题的能力以及解决问题的能力，同时也对工业生产设备有了一定的认识与理解，为以后走上工作岗位奠定了可靠的基础。第2章 基于plc真空滤油机控制系统设计的总体方案2.1 真空滤油机的工艺原理真空滤油机控制系统真空滤油机是根据水和油的沸点不同原理而设计，主要由进油过滤系统、真空抽气系统、真空破坏系统、真空喷淋系统、出油过滤系统以及反冲系统组成。如图2-1为真空滤油机的工艺原理图。图2-1 真空滤油机工艺原理图以下是对该设计系统功能和结构的介绍。（1）进油过滤系统。该系统由粗滤器、细滤器和专用过滤器构成。 其功能是实现油液的先期过滤。粗滤器40100,细滤器2040,专用过滤器2040。根据用户的特殊要求可以设置专用过滤器，如增设化学剂入口以除去油液的酸性或碱性；采用玻钎滤布或线隙式结构消除油液泡沫。注意使用时应当关闭选择阀。 （2）真空抽气系统。该系统由分水器、真空泵、单向阀以及冷却器构成。 利用真空泵将真空罐内抽成真空负压，保证油液中水分能在较低温状态下挥发；水蒸汽被抽出后经冷却器和分水器冷凝、析出；使用单向阀防止真空泵反转。分水器和单向阀必须采用适合在负压下工作的气动元件。冷却器设置为塔式结构，容积较大，里面装有亲水性能好、耐高温、耐腐蚀、全湿比表面积大的多面空心聚丙烯塑料球。湿热气体从真空罐抽出后沿塔壁切向斜下进入塔内，流速急剧减慢并形成向下的涡旋气流，遇聚丙烯塑料球后流速进一步减慢，从而迅速冷凝成水滴。 （3）真空破坏系统。由进气阀、真空破坏阀和干燥过滤器组成。其作用为补充空气，降低真空罐中的真空度。由于在真空负压下，水蒸汽容易饱和而很难抽出，应周期性的补充空气，破坏水蒸汽的饱和度，使水蒸汽方便抽出。真空破坏阀的通断由液位控制器的信号控制。干燥过滤器中可加入氯化钙、苛性钠、苛性钾、硅胶等干燥过滤剂以对补充空气进行干燥。 （4）真空喷淋系统。由加热器、喷淋器、真空罐、温控器及液位计构成。 加热器将油液加热到一定温度，然后将油液喷淋出，使油液中的游离水、乳化水和溶解水挥发于真空罐中。加热器为管道式远红外加热方式，此方式油液加温均匀，油液不会因接触高温加热管而产生碳化物和降低油液使用性能的熵变等现象5。喷淋器为均匀布满12小孔的喷淋管。传感器测得油温后，通过plc控制加热器通断电，使真空罐中油温控制在45 75 。油液液位有4个控制点，高于上限位停止真空泵，以免油液窜入真空泵；低于下限位停止抽油泵，以免油泵空吸；中上位用来打开真空破坏阀，中下位用来关闭真空破坏阀。真空罐的容积较大，里面填充一定的耐腐蚀、亲水性佳的填充物，以加速水分挥发。（5）出油过滤系统。由安全阀、抽油泵、金属过滤(1020)、精过滤(510)以及超精过滤器(15)组成。 其功能为通过油泵将油液从真空罐中抽出，再经多次精过滤后回到工作箱（罐）中。用带磁性的滤芯做金属过滤器滤芯，保证油液中的金属微粒被除去；精过滤和超精过滤为玻钎聚结式，且过滤器滤芯的过滤能力须为抽油泵公称排量的35倍。（6）反冲系统。当油压表达到并超过一定读数后（0.25mpa），报警器报警，表示出油滤芯已被严重堵塞，此时用反冲系统清洗滤芯。通过反冲除去滤芯上累积的污染物，延长了滤芯的寿命。用一根软管接通a、c口，关闭反冲锁止阀b，打开出油阀a和阀b、阀c，并开启抽油泵，压力油从c经a口后，实现出油系统各过滤器阀芯实施的反冲，再经b口排出。关闭选择阀和反冲锁止阀a、b，打开真空破坏阀和进油阀d，开启抽油泵，各进油过滤器被压力油打开安全阀后反冲，然后压力油经d口排出，完成各进油过滤器阀芯的反冲。各过滤器的油液出口布置在罐壁的切向上，利于反冲时形成涡旋紊流，提高反冲效果且不会冲坏阀芯。2.2 油泵的选型常用的油泵按结构分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵三种2。齿轮泵用于低压系统，对油液污染敏感度不大；叶片泵脉动小、输出流量均匀、噪声小，但对油液污染敏感、吸油特性不太好；柱塞泵泄漏小、容积效率高，常和叶片泵一起用于高压系统中，但对油液污染敏感。因此真空滤油机选用齿轮泵作为进、排油泵。抽油泵一般选用自吸真空度大的液压装置，如齿轮泵、螺杆泵等。抽油泵的公称排量也是滤油机设计计算的主要参数。一般参数的确定如下：（1）油泵工作压力确定。为让系统的可靠性提高，延长泵使用寿命，一般油泵的正常工作压力为泵额定压力的70%80%。由于系统在负压条件下运行且液压缸及液压马达等执行元件也没有，因此油泵的工作压力应不高于0.5mpa。（2）油泵工作流量确定。系统工作时的最大流量必须小于油泵的流量。（3）油泵电动机功率确定。油泵的工作参数应处在泵的效率曲线的高效区域，一般按0.8计，考虑一般电动机允许短时间超载25%，再验算其他工况条件那么就可以确定电动机功率。表2.1油泵型号及参数表鉴于以上原理有油泵型号为kcb-135、kcb-200、kcb-300符合要求，三种油泵的参数对照如表2.1所示。通过以上比较，选择kcb-135相比而言效率较高且功率较低耗能少。图2-2为kcb-135油泵实物图。图2-2 kcb-1352.3 加热器的选型油温在正常工作下为80以下，由饱和蒸汽压与温度的关系，确定真空度为0.06mpa，此时水的蒸发温度为4570，而且油液的性能能够保持。从而油液需要加热到4570，考虑到高海拔地区因能达到较低的真空度，因此需适当提高加热温度4。加热器有蛇形铠装加热管直接在罐内加热方式，此方式热效率较高；多直管串联加热方式，此方式因便于维修加热管而常用。管道外包型远红外加热方式，此方式油液加温均匀，油液不会因接触高温加热管而产生碳化物和降低油液使用性能的熵变等现象。本设计选用tf-m/j-g管道外包型远红外加热装置作为加热器，远红外加热器由电热涂料在加热器辐射面形成固化涂层，该涂层因其表面黑度高，故能吸收大量的辐射热能，又因其发射率高，故能将吸收的辐射热能转换成物体易吸收的远红外热能以电磁波的形式传递.微米级电热涂料的涂层厚、热阻大、反射率高，用于烘箱板表面，将散失的热能转换成远红外热能以电磁波的形式辐射烘箱内，为烘箱内的被加热物体所吸收，而不易被潮气吸收，从而将热能留在烘箱内，不仅降低了排潮温度，而且使烘箱内的温度升高，使烘箱内的温度得到了充分的利用.纳米级电热涂料的涂层薄、热阻小，用于烘箱中受热导温的金属材料表面，在传热过程中，该涂料层不仅将吸收的辐射热能转换成远红外热能传递，其自身变成远红外辐射热源，而且也因其表面温度的提高，导致温度梯度增大，使被加热物体的热能传导强度增强，吸热能力大大提高5。tf-m/j-g管道外包型远红外加热装置，额定电压为单相220v，电功率为13kw，控温范围为303006，常用的管径：34、57、76、89、108、125、159、180、219、325、450、600以上的各种管道7，本设计选择34的管道直径。且管道直径、长度不受限制，根据用户工艺要求可非标准加工，安全性能达到防爆要求8。如图2-3所示为tf-m/j-g管道外包型远红外加热装置实物图。图2-3 tf-m/j-g管道外包型远红外加热装置2.4 真空泵的选型真空泵的选择主要依据泵需要抽掉的气体总量，因真空泵抽气速率决定着真空罐体真空度的大小，选取时还应当考虑抽气速率应大于或等于排油泵排量的1-2倍；且能保证在1-2min内将罐体和管道的气体压力抽到0.06mpa或更低。结合以上控制要求，本设计选用2bv系列水环真空泵，2bv系列水环真空泵为整体结构机泵同轴的单级泵。轴封用机械密封，具有安装简捷、结构简单、无油、安全可靠等特点。如图2-4所示为2bv系列水环真空泵工作原理图。2bv系列水环真空泵适于气体和湿润蒸汽的抽除，吸气压力可达到33mbar绝压。当2bv水环式真空泵在吸气压力低于80mbar的状态下长期工作时，此时为了对泵的保护应连接汽蚀保护管，若2bv水环式真空泵配备大气喷射器吸气压力可达10mbar。叶轮3偏心地安装在泵体之内，起动时向泵内注入一定高度的水，因此当叶轮3旋转时，水受离心力的作用而在泵体内壁形成一旋转水环1，水环下部内表面与轮毂相切，沿箭头方向旋转，在前半转过程中，2bv水环式真空泵水环内表面逐渐与轮毂脱离，因此在叶轮叶片间与水环形成封闭空间，随着叶轮的旋转，该空间逐渐扩大，空间气体压力降低，气体自圆盘吸气口被吸入；在后半转过程中，水环内表面逐渐与轮毂靠近，叶片间的空间逐渐缩小，空间气体压力升高，高于排气口压力时，叶片间的气体自圆盘排气口被排出。如此叶轮每转动一周，叶片间的空间吸排气一次，许多空间不停地工作，2bv水环式真空泵就连续不断地抽吸或压送气体9。1、水环。2、泵盖。3、叶轮。4、吸气口。5、排气口图2-4 水环真空泵及压缩机工作原理图2bv水环式真空泵由于在工作过程中，做功产生热量，会使工作水环发热，同时一部分水和气体一起被排周，因此，在工作过程中，必须不断地给泵供水，以冷却和补充泵内消耗的水，满足泵的工作要求10。当2bv水环式真空泵排出的气体不再利用时，在2bv水环式真空泵排气口上接有气水分离器，废气和所带的部分水排入汽水分离器后，汽水分离，气体由排气管排出，留下的水经回水管供至泵内继续使用11。随着工作时间的延长，工作水温度会不断地升高，这时需从供水管供给冷水，以降低工作水的温度，保证泵能达到所要求的技术要求和性能指标。2.5 模拟量的检测1、油温检测对真空罐中油温的检测，本设计采用铂电阻温度传感器pt100实现对真空罐中油温的检测。真空罐中温度大概80左右，采用铂电阻温度传感器pt100经济实用，且稳定精度高。铂电阻温度传感器pt100实物图如图2-5所示。 图2-5铂电阻温度传感器pt100pt100铂电阻的特点是精度高，稳定性好，性能可靠。铂在氧化性气氛中，甚至在高温下的物理、化学性质都非常稳定12。因此铂被公认为是目前制造热电阻的最好材料。铂电阻主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。铂电阻的阻值温度之间的关系，在0850范围13内可用下式表示，rt=r0(1+at+bt2)在-2000范围内则用下式表示,rt=r01+at+bt2+c(t-100)3式中rt-温度为t时的铂电阻的阻值；r0-温度为0时的铂电阻的阻值；a、b、c 为常数, a=3.9684710-3/；b=-5.84710-7/；c=-4.2210-12 /；对满足上述关系的热电阻，其温度系数约为3.910-3/。pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。pt100的阻值与温度变化关系为：当pt100温度为0时它的阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理；当pt100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆,它的阻值会随着温度上升而成匀速增长14。2、真空罐压力检测对真空罐中压力的测量。对真空罐中压力检测需用气液压力传感器，pjt206气液压性能稳定且价格低廉。本设计采用pjt206气液压力传感器来实现对真空罐中压力的测量。pjt206气液压力传感器量程为01150(mpa)，介质温度为-2085，在机械振动频率20hz1000hz内，输出变化小于0.1%fs，标准模拟信号电流输出型15。pjt206气液压力传感器的实物图如图2-6所示。图2-6 pjt206第3章 基于plc真空滤油器控制系统的硬件设计3.1控制系统的设计方案根据控制系统的功能要求，本系统是以可编程控制器为主控器来实现真空滤油机的滤油除杂功能，输入部分有启停开关，液位检测开关，以及油温、油压传感器对真空罐油温的检测结果给plc对应配套的a/d模块，经a/d模块的处理提交给plc实现相应的控制功能。输出模块有输出对油泵和真空泵的电机控制，以及对油温检测，液位检测的指示灯，油温超上限或低于下限的报警，液位超上限以及低于下限的报警。总体设计方案如图3-1所示。图3-1 控制系统设计方案图3.2电气图系统需要控制两台电机，分别为真空泵的电机与油泵的电机。m1为真空泵电机，m2为油泵电机。首先开启真空泵电机抽出真空罐中的空气使真空罐中为真空状态，当液位传感器检测到油液超过下限油位时将信号给plc，plc输出控制油泵的开启，当液位传感器检测到油液超过喷淋嘴时，将信号给plc，plc控制真空泵电机使真空泵电机停止工作。其主要电气图如图3-2所示。输入电压为380v，qs为总开关，fu为熔断器，fr为热元件，km1和km2为电磁式继电器，接入电路为常开触点，随控制要求进行开断。图3-2 系统主电器图3.3 plc的选型3.3.1 主控器的选型采用plc为主控器的真空滤油机控制系统，其中四个等级的液位检测输入信号，以及启停、复位按钮，加热器启停输出控制，真空泵和油泵电机输出控制，真空破坏阀的控制，运行显示灯以及过限报警提示等，估计需要i/o口数38个，加上留15%的余量16。又由于要进行电机的控制，所以应选继电器输出控制型plc。因此本设计采用三菱公司的fx2n-48mr型号的可编程控制器。 三菱公司的fx2n-48mr型号的可编程控制器，该控制器输入24点，输出为24点为继电器型输出型。配备24v、400ma直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。内置8k容量的ram存储器，最大可以扩展到16k，其内部cpu的处理速度为0.08s/基本指令17。外部可连接输入输出扩展模块以及特殊功能模块等。如图3-3所示为fx2n-48mr型号的plc实物图。图3-3 fx2n-48mr3.3.2 a/d模块的选型1）系统需对真空罐中的温度进行实时监测，并将监测到的模拟信号转换为数字信号传递给plc，当真空罐中温度超过上限或者是低于下限时，信号使plc发出报警及相关指示灯信号。fx2n系列的plc有专用的温度传感器模块fx2n-4ad-pt，因此本系统选用fx2n-4ad-pt作为模拟信号输入模块。fx2n-4ad-pt性能参数表如表3.1所示。表3.1 fx2n-4ad-pt性能参数表项目摄氏度华氏度通过读取适当的缓冲区,可以得到和两种可读数据模拟输入信号箔温度传感器(100欧姆),3线4通道(ch1,ch2,ch3,ch4),3850ppm/(din43760,jisc1604-1989)传感器电流1ma传感器:100欧姆 pt100补偿范围-100到+600-148到+1112数字输出-1000到6000-1480到+1112012位转换，11位数据位+1符号位最小可测温度0.2到0.30.35到0.54总精度全范围的1%(补偿范围)转换速率4通道15ms三菱fx2n-4ad-pt模块来自四个铂电阻温度传感器（pt100，3线，100k）的输入信号放大并将数据转换成12位的可读数据（11位数据+1位符号位），存储在主处理单元中由plc的to/from指令完成。测量单位为摄氏度或华氏度，分辨率为0.20.3。 2）系统还需对真空罐中的压力进行实时监测，并将监测到的模拟信号转换为数字信号传递给plc。通过plc来控制相应设备保证真空罐中真空度为0.06mpa或低于0.06mpa。当油压表显示一定读数（0.25mpa）时，实现报警，表示出油滤芯已经严重堵塞，此时需用反冲系统清理滤芯。fx2n系列的plc有专用的模拟量转换模块fx2n-2ad，fx2n-4ad，fx2n-8ad等。本系统只需一个模拟量转换通道，因此选用fx2n-2ad来实现对压力传感器的信号处理18。 fx2n-2ad分辨率为12位二进制的高精度模拟量输入模块，可进行2通道的电压输入(dc0-10v dc0-5v)或者电流输入(dc4-20ma)，分辨率（电压输入）2.5mv，（电流输入）4ma。详细参数见表3.2所示。表3.2 fx2n-2ad参数表项目电压输入电流输入模拟量输入范围dc0-10v，dc0-5v(输入电阻200kq)绝对最大输入：-0.5v +15vdc4-20ma(输入电阻250q) 绝对最大输入：-2ma到+60mafx2n-2ad输入特性可混合使用电压输入和电流输入。2个通道的输入特性相同。有效的数字量输出12位二进制fx2n-2ad分辨率2.5mv(10v x 1/4000)1.25mv (5vx 1/4000)4ma(20-4)max 1/4000)合精度1%(针对满量程10v)1%(针对满量程(20-4)ma)转换速度2.5ms/1个通道(与顺控程序同步动作）隔离方式输入和plc的电源间采用光耦及dc/dc转换器进行隔离（各输 入间不隔离）fx2n-2ad电源dc5v 20ma(plc内部供电）dc24v 50ma(plc内部供电）输入输出占用点数占用8点可编程控制器的输入或者输出计算在输入或者输出侧都可3.4系统i/o分配对于本系统的设计，输入口为15个，包括启动按钮、停止按钮、报警消除、真空泵的启动和停止、加热器的启动和停止、四个液位检测开关、油泵启动与停止。输出口为16个，包括指示灯的显示、油温油压报警器、真空泵油泵电机控制、真空破坏阀的控制、加热器控制、进油控制。系统详细i/o分配表见表3.3所示。表3.3 plc的i/o分配表输入地址电气符号对应输入设备输出地址电气符号对应输出设备x0sb0启动y0led0电源指示灯x1sb1停止y1led1真空泵运行指示灯x2sb2报警消除y2led2油泵运行指示灯x3sb3真空泵启动y3led3加热器运行指示灯x4sb4真空泵停止y4led4液位超上限指示灯x5sb5油泵启动y5led5液位低下限指示灯x6sb6油泵停止y6led6真空破坏阀指示灯x7sb7加热器启动y7led7真空泵故障指示灯x10sb8加热器停止y10led8油泵故障指示灯x11sb9液位上限y20m1真空泵电机x12sb10液位中上限y21m2油泵电机x13sb11液位中下限y22pw1真空破坏控制继电器x14sb12液位下限y23pw2进油阀及其指示灯x15km1真空泵电机接触器常开触点y24pwm3加热器x16fr1真空泵电机热继电器常开触点y25bw1温度报警器x17km2油泵电机接触器常开触点y26bw2压力报警器x20fr2油泵电机热继电器常开触点3.5真空滤油机硬件电路设计本系统是以可编程控制器为主控器来实现真空滤油机的滤油除杂功能，输入部分有启停开关，液位检测开关，以及油温传感器和压力传感器对真空罐油温的检测结果给plc对应配套的a/d模块，经a/d模块的处理提交给plc实现相应的控制功能。输出模块有输出对油泵和真空泵的电机控制，以及对油温检测，液位检测的指示灯，油温超上限或低于下限的报警，液位超上限以及低于下限的报警。整体硬件电路设计图见附录1。第4章 基于plc真空滤油机控制系统的软件设计4.1 编程软件的介绍本设计以梯形图为程序，采用的是gx developer编程软件，此软件支持三菱系列所有plc的编程，并且能编辑多种不同的程序，如梯形图、指令表、sfc、st及label。梯形图形式上继承了传统的继电器接触器控制图，是在继电器接触器控 制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。梯形图将plc内部的各种编程元件和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律排列和组合，从而构成了表示plc输入、输出之间控制关系的图形。它在继电接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并结合计算机的特点，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能远远超过了传统的继电接触控制电路，因此很受用户欢迎。它是目前用得最多的plc编程语言19。gx developer拥有强大的监控、调试和维护工具，能很方便的在现场进行程序的在线修改，并且拥有丰富的自诊断功能（plc、系统、网络等），能迅速的排除故障，多种监控及调试功能都可通过网络来完成。gx developer能结构化的编写程序，对过去过长的程序进行分割操作，从而更容易理解，单个cpu中可编写28至124个程序，可单独下载至plc，并能制作成标准化程序，在其它同类系统中使用。gx developer软件还能在线仿真，这更有利的检查程序的运行状况以及对应的功能是否达到理想效果,并且程序的形式可以相互转换，如编好的梯形图可以自动转换成指令表的形式等20。4.2系统流程图的设计4.2.1 系统主流程图根据本系统工作流程以及控制功能，系统启动时，电源指示灯亮，设备启动时真空泵优先启动，然后再打开进油阀。当油液高于下控制油位时，油泵自动启动，油泵指示灯亮；而当油液高于上控制油位时，进油电磁阀自动关闭。当油液高于中上限时打开真空破坏阀，当油液位低于中下位是关闭真空破坏阀。油泵启动后，为了先使管道中充满液体，防止加热器干烧，设置延时，打开加热器开关，挥发需过滤油中的水份。可编程控制器（plc）的控制程序主要包括主程序，以及油温采集程序等。在程序中用顺序控制语句实现设备的顺序动作，只有前一个条件满足时，才执行下一个动作，停机时，加热器先停，使液体在管道中延时5分钟后再停机，可以使加热器彻底冷却下来。如图4-1所示为系统的主程序流程图。详细的梯形图程序见附录2。图4-1 系统主流程图4.2.1 温度控制流程图在真空状态下，水在较低温度下即可实现汽化。实践证明我们只要把油温控制在4575之间即可实现水的汽化。因此我们通过油温来控制加热器的通断状态。当油温大于75时关闭加热器，当温度低于40又开始运行加热器，使油温始终保持在4575之间。如图4-2所示为温度控制流程图。图4-2温度控制流程图4.2.2 真空破坏阀控制流程图本控制系统设计中，在高真空下水蒸气容易达到饱和而导致真空泵难以将水蒸气从真空罐中抽出，而真空破坏阀的功能就是为了降低真空罐中的真空度。我们设置了油液液位检测的中上限位和中下限位。当液位经过中上限时打开真空破坏阀，当液位进过中下限时关闭真空破坏阀。从而实现周期性的开关真空破坏阀。如图4-3所示为真空破坏阀的开/关流程图。图4-3 真空破坏阀的开/关流程图4.3梯形图设计4.3.1 真空泵和油泵的控制系统开机后，m0常开触电闭合，按下x3，y20输出控制真空泵电机开始工作。y23输出控制电磁阀打开进油阀门，延时5分钟，y24输出启动加热器。当油液高于下限时y21输出控制启动油泵，当油位高于上限时，y11输出控制关闭真空泵电机。顺序功能梯形图如图4-4所示。图4-4真空泵和油泵的控制4.3.2 模拟量的采集1）本系统对真空罐中的温度进行采集。三菱fx2n-4ad-pt模块来自四个铂电阻温度传感器（pt100，3线，100k）的输入信号放大并将数据转换成12位的可读数据（11位数据+1位符号位），存储在主处理单元中由plc的to/from指令完成。缓冲存储器（bmf）的分配如表4.1所示。表4.1 缓冲存储器（bmf）的分配bfm内容*#1-#4将被平均的ch1到ch4的平均温度可读值（1-4096）缺省值=8*#5-#8ch1到ch4在0.1单位下的平均温度*#9-#12ch1到ch4在0.1单位下的当前温度*#13-#16ch1到ch4在0.1单位下的平均温度*#17-#20ch1到ch4在0.1单位下的当前温度*#21-#27保留*#28数字范围错误锁存#29错误状态#30识别号k2040#31保留fx2n-4ad-pt占用plc特殊功能模块2的位置，平均值取样次数设为4，输入通道为ch1ch4，将bfm中#5到#8的平均值温度保存在数据寄存器d0到d3中。如图4-5为梯形图程序。图4-5 模拟量采集梯形图2）本系统对真空罐中的压力信号采集。三菱fx2n系列的专用模拟量采集模块，本设计选用的是fx2n-2ad型号的a/d转换器，提供12位的高精度分辨率，数字输出范围为04096.缓冲存储器分配（bfm）分配表见表4.2所示bfm#0：由bfm#17（低8位数据）指定的通道的输入数据当前值被存储。当前值数据以二进制形式存储。bfm#1：输入数据当前值（高端4位数据）被存储。当前数据以二进制形式存储。bfm#17：b0指定进行模拟到数字转换通道（ch1，ch2）。b0=0ch1,b0=1ch2。b101，a/d转换过程开始。表4.2缓冲存储器分配（bfm）分配bfm编号b15到b8b7到b4b3b2b1b0#0保留输入数据的当前值（低8位数据）#1保留输入数据当前值（高4位数据）#2#16保留#17保留模拟到数字转换开始模拟到数字转换开始#18或更大保留当读取数值不稳定时可以在a/d转换的程序后面添加求平均值程序使读取数值稳定。采样过程为数据初始化选择采样通道以及采样次数并求平均值并在结果放在d110中。如图4-6所示为压力采样梯形图。图4-6压力采样梯形图4.3.3 油温的控制由于水在真空环境中低温即可实现汽化，因而在真空罐中，我们要求油温保持在4575之间。当真空罐中油温大于75时，我们关闭加热器，当真空罐中油温低于45时我们打开加热器。实现对真空罐中温度的控制。在数据处理时，由于我们的fx2n-4ad-pt四次读取pt100的温度取平均值后以摄氏度为单位的数据保存在d0中，因此我们只要把d0中的数据与45和75比较，从而实现相应的控制要求。如图4-7为油温控制梯形图。图4-7油温控制梯形图 m0闭合时开始比较，当d0中数据小于45时或者d0中数据小于75时，输出控制i/o口y24控制继电器打开加热器，当d0中数据大于75时，m13=1，m14的常闭触点打开，y24不得电，加热器控制继电器断开，从而实现加热器的关断控制。4.3.4 真空破坏阀的控制在真空罐中，水蒸汽在真空下容易达到饱和，这样导致真空泵难以抽出真空罐中的水蒸汽。因此我们通过控制真空破坏阀周期性的向真空罐中鼓入干燥的空气以降低真空罐中的真空度。我们通过plc的输出口y22实现对真空破坏阀的控制开/关控制。如图4-8为真空破坏阀的控制梯形图。图4-8真空破坏阀的控制梯形图m0闭合时当油液液位经过中上限（x12检测到信号）时，输出i/o口y22控制打开真空破坏阀，同时输出i/o口y6控制指示灯亮。当油液液位经过中下限（x13检测到信号）时，控制内部继电器m7常闭触点打开使内部继电器m15关断，从而实现关闭真空破坏阀以及其指示灯。第5章 总结与展望5.1总结现代机械向高性能、大型化发展，对可靠性、无故障寿命、动态性能的要求也越来越高，这对润滑油也提出了更高的要求。