基于西门子PLC的变频调速离心机控制系统的设计.pdf

基于西门子PLC的变频调速离心机控制

系统的设计

摘要：变频调速及控制技术应用于实际中，如在中小型冷库恒温与节能自动

化控制系统中，由于系统控制过程较复杂，压缩机功率较大，需要启动，并要求

控制系统恒温可调可控，节能可靠，因此采用与变频调速控制系统是最佳选择可

以大幅度节约电能，提高系统恒温控制的自动化程度，并使系统运行可靠稳定，

结构简单，维修、维护、调整方便，经济实用易配置等优势，取代了传统的继电

器控制系统。本文针对离心机自动化程度低、分离效率低、操作困难、运行不稳

定等问题，介绍了基于西门子可编程逻辑控制器（PLC）的变频调速离心机控制

系统的设计。该系统利用西门子S7-200PLC对变频器的控制，在线调整离心机主、

副电机的转速，从而控制离心机电机的调速；利用扭矩信号,实现了在不同物料

浓度条件下离心机的恒差速恒扭矩控制，有效改善了离心机的分离效率及稳定性，

达到自动化生产要求，降低操作难度。

关键词：PLC；变频器；离心机

可编程控制器是集汁算机技术与自动化控制技术于一体的一种新型工业控制

系统，它采用易于理解和掌握的梯形图语言及简单指令，形象直观，结构简单、

可靠性高、抗干扰能力强、故障率低、易于操作和维修、且根据不同工艺要求修

改程序及参数简单等优势，被广泛应用于生产、科研、社会生活等诸多领域。

1离心机的基本工作原理

离心脱水机全称卧式螺旋卸料沉降离心机，简称离心机。将高速旋转产生的

离心加速度转化为重力加速度，使固体颗粒的沉降时间较在重力场作用下缩短至

数千分之一，快速沉积的固体颗粒通过螺旋输送器排出转鼓，从而实现不间断连

续运行。

通过控制差速器输入轴的速度（背驱动装置包括恒扭矩变频电机、耦合器、

液压马达等），可对螺旋输送器与转鼓间的速度差（即差转速）进行调整，控制

排渣速度和分离性能。

2变频器电机调速的基本工作原理

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、

驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。变频器靠内部绝缘栅双极型晶体管

（IGBT）的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供电源

电压，进而达到节能、调速的目的。另外，变频器还具有过流、过压、过载保护

等功能。简单来说，变频器就是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作

电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。

3设计控制要求

3.1控制对象

此次设计控制的离心机，其背驱动装置采用电机驱动，电气控制部分有两台

电机需要控制。根据离心机的工作原理，离心机在运行时并不需要电机工频运行，

而是根据所分离物料的性质对电机进行调速运行，因此采用变频器对电机进行调

速。由于离心机在工作结束后需要清水清洗其内部，因此控制对象还需增加一个

冲洗电磁阀（简称冲洗阀）。具体如图1所示。

图1离心机控制系统控制对象简图

3.2控制要求

用户要求控制设备一键启动、一键停止，即：当系统收到启动信号时，离心

机能够自动启动运行到达工作转速；当收到停止信号时，离心机能够自动从工作

转速降到冲洗转速，并自动开启冲洗电磁阀使用清水冲洗离心机，冲洗结束后自

动关闭冲洗电磁阀和离心机。同时，要求变频器故障或收到急停信号时，变频器

能够停止工作。

3.3设计分析

3.3.1选用双电机双变频控制技术

离心机主、副电机均选用变频器控制调速，由于其副电机在差速作用下始终

处于发电机状态，需要采用变频器共直流母线技术。副变频能很好地将副电机产

生的电能通过转化供主电机使用，从而避免了副变频器母线电压过高报警，且达

到节能降耗的目的。[1]离心机主副变频器连接情况如图2所示。

图2离心机主、副变频器共直流母线连接示意

3.3.2主要元器件选用

实现对电机进行调速的变频器选用阿西布朗勃法瑞（ABB）公司生产的变频

器。该变频器主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度，具有稳定的性能、

丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性及

超强的过载能力，在变频器市场占据着重要地位。此外，该系列变频器具有共直

流母线端子排，可满足采用共直流母线技术的设计需要。负责实现自动控制流程

的PLC选用德国西门子公司生产的S7-200。S7-200与配备的编程软件

STEP7Micro/WIM4.0，S7-200CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路集

成在一个紧凑的外壳中，从而形