1 引言

　 廂式板框壓濾機(jī)是一種重要的固液分離機(jī)械設(shè)備，它廣泛用于冶金、煤炭、有色等行業(yè)。設(shè)備是基于plc自動(dòng)化技術(shù)的光、機(jī)、電、液機(jī)電一體化系統(tǒng)。

2 結(jié)構(gòu)性能與工作原理

　 2.1 結(jié)構(gòu)性能

　 廂式板框壓濾機(jī)是集機(jī)、電、液于一體的自動(dòng)分離設(shè)備，它主要用在公司a、b、c產(chǎn)品、赤泥分離洗滌等工序中。共由五大部分組成：機(jī)架部分、自動(dòng)拉板部分、過(guò)濾部分、液壓部分和電氣自動(dòng)控制部分。

　 機(jī)架是整套設(shè)備的基礎(chǔ)，它主要用于支撐過(guò)濾機(jī)構(gòu)和拉板機(jī)構(gòu)，有止推板、壓緊板、基座、油缸體和主梁等連接組成。自動(dòng)拉板部分：拉板系統(tǒng)由液壓馬達(dá)、拉板小車、鏈輪、鏈條等組成，在plc的控制下，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鏈條帶動(dòng)拉板小車完成取拉板動(dòng)作。過(guò)濾部分：過(guò)濾部分是由整齊排列在主梁上的濾板和夾在濾板之間的過(guò)濾介質(zhì)所組成的。過(guò)濾開始時(shí)，濾漿在進(jìn)料泵的推動(dòng)下，經(jīng)止推板的進(jìn)料口進(jìn)入各濾室內(nèi)，濾漿借助進(jìn)料泵的壓力進(jìn)行固液分離。由于過(guò)濾介質(zhì)的作用，使固體留在濾室內(nèi)形成濾餅，濾液由水嘴或出液閥排出。

　 液壓部分是主機(jī)完成各種動(dòng)作的動(dòng)力裝置，在電氣控制系統(tǒng)的作用下，通過(guò)油缸、馬達(dá)、油泵及液壓元件來(lái)完成各種工作。電氣控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。廂式自動(dòng)壓濾機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

　 2.2 工作原理

　 過(guò)濾時(shí)，懸浮液在要求壓強(qiáng)下經(jīng)料漿通道由濾框角端的暗孔進(jìn)入框內(nèi)，濾液分別穿過(guò)兩側(cè)濾布，再沿鄰板面流至濾液出口排走，固體顆粒則阻留在框內(nèi)。等濾餅充滿濾框后，即停止過(guò)濾。若濾餅需要洗滌時(shí)，則將洗水壓入洗水通道，并經(jīng)由洗滌板角端的暗孔進(jìn)入板面與濾布之間。此時(shí)應(yīng)關(guān)閉洗滌板下部的濾液出口，洗水便在壓強(qiáng)差推動(dòng)下橫穿一層濾布及整個(gè)濾框厚度的濾餅，，然后再橫穿另一層濾布，最后由洗滌板下部的濾液出口排出。洗滌結(jié)束后，松開滑動(dòng)機(jī)頭并將板框拉開，卸出濾餅，清洗濾布，整理板、框，重新裝合，進(jìn)行另一個(gè)操作循環(huán)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　 3.1 液壓元件

　 （1）柱塞泵：壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)所用油泵全是定量軸向柱塞泵。該種泵柱塞的安裝與運(yùn)動(dòng)方向同傳動(dòng)主軸軸線方向是相一致的，它依靠柱塞泵在缸孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生容積變化而實(shí)現(xiàn)吸、排油的。

?。?）液壓馬達(dá)：液壓馬達(dá)是能量轉(zhuǎn)換裝置，它是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。它是在一定流量的壓力油推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，而輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。即是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，其輸入功率等于輸入的流量與進(jìn)、出口壓力差的乘積。

　 （3）溢流閥：溢流閥是一種壓力控制閥，其特點(diǎn)是作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡，以此獲得被控制系統(tǒng)的液流壓力。它一般有四種用途，在我們?cè)O(shè)計(jì)使用的這個(gè)系統(tǒng)中，它主要是作安全閥與卸荷閥。

　 3.2 液壓系統(tǒng)

　 根據(jù)壓濾機(jī)的上述工作原理，設(shè)計(jì)如圖1所示的液壓系統(tǒng)原理圖。

圖1 液壓系統(tǒng)原理圖

?。?）油缸頂緊、松開回路、液壓馬達(dá)拉板、取板回路：該兩個(gè)系統(tǒng)的回路是完成系統(tǒng)工作任務(wù)的，通過(guò)加裝調(diào)速閥可調(diào)整馬達(dá)拉板、取板的速度。

　（2）溢流閥回路：該回路的設(shè)計(jì)是為了保證液壓系統(tǒng)壓力維持在一定的水平，否則，便進(jìn)行系統(tǒng)卸荷。它主要對(duì)系統(tǒng)起穩(wěn)壓、過(guò)載保護(hù)的作用。

　 （3）電磁球閥回路：油缸松開瞬間，液壓系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生非常大的一個(gè)沖擊負(fù)荷，所以設(shè)計(jì)加裝此回路，當(dāng)油缸松開時(shí)，此球閥打開15s，對(duì)沖擊負(fù)荷卸荷后，油缸液壓系統(tǒng)再進(jìn)入正常工作。避免了系統(tǒng)大的振動(dòng)，保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.3 系統(tǒng)原理

　 根據(jù)壓濾機(jī)的工藝過(guò)程，液壓系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 液壓系統(tǒng)工作原理圖

　 其工作過(guò)程可分為泄壓、松開、取板、拉板、壓緊、保壓和補(bǔ)壓等幾道工序。

　 （1）卸料：當(dāng)投料過(guò)濾過(guò)程完成后，按“程序啟動(dòng)（sb1）”按鈕，啟動(dòng)壓濾機(jī)開始卸料，卸壓閥（7yv）將油缸內(nèi)的高壓油排泄掉，由plc延時(shí)15s后，壓濾機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)入壓緊板松開狀態(tài)。

　 （2）松開：油泵電機(jī)啟動(dòng)，松開閥（4yv）、減壓閥（2yv）開，液壓站往油缸前腔供油，活塞桿帶動(dòng)壓緊板后退，濾室被打開，卸料過(guò)程開始，當(dāng)壓緊板碰到限位開關(guān)（sq2）后，壓濾機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)入取板狀態(tài)。

　 （3）取板：松開閥（4yv）關(guān)，取板閥（5yv）開，液壓站通過(guò)液壓馬達(dá)帶動(dòng)拉板小車開始取板，當(dāng)拉板小車碰到濾板后，液壓馬達(dá)堵轉(zhuǎn)，油壓上升，取板壓力繼電器（1sp）動(dòng)作，壓濾機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)入拉板狀態(tài)。

　 （4）拉板：取板閥（5yv）關(guān)，拉板閥（6yv）開，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)，拉板小車開始拉板，當(dāng)拉板小車?yán)鵀V板碰到壓緊板或?yàn)V板時(shí)，液壓馬達(dá)堵轉(zhuǎn)，油壓上升，拉板壓力繼電器（2sp）動(dòng)作，拉板結(jié)束，重新取板。這樣循環(huán)往復(fù)，直到拉完所有濾板，拉板小車空鉤返回，碰到限位開關(guān)（sq4）后卸料結(jié)束，壓濾機(jī)轉(zhuǎn)入壓緊狀態(tài)。

　（5）壓緊：拉板閥（6yv）關(guān)，減壓閥（2yv）關(guān)，壓緊板壓緊閥（3yv）開，液壓站往油缸前腔供油，活塞桿推動(dòng)壓緊板將濾板推動(dòng)開始?jí)壕o，當(dāng)濾板與止推板相接觸時(shí)，電接點(diǎn)壓力表（bp）壓力值上升，當(dāng)達(dá)到給定上限值時(shí)經(jīng)延時(shí)續(xù)壓，壓濾機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)入保壓狀態(tài)。

?。?）保壓：當(dāng)電接點(diǎn)壓力表（bp）壓力逐漸上升到給定上限值經(jīng)延時(shí)續(xù)壓后，壓緊停止，壓濾機(jī)則處于保壓狀態(tài)。

　（7）補(bǔ)壓：由于泄漏等原因會(huì)使壓力表逐漸下降，當(dāng)其下降到壓力表（bp）下限值時(shí)，壓濾機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，壓緊補(bǔ)壓，使壓力表恢復(fù)上限值。

4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，它主要由電控柜、plc程序控制器（s7-200）、熔斷器、空氣開關(guān)、中間繼電器及電源指示燈等組成。考慮到生產(chǎn)實(shí)際情況，該控制系統(tǒng)共設(shè)計(jì)“手動(dòng)”與“自動(dòng)”兩種控制方式：

?。?）手動(dòng)控制。手動(dòng)控制共設(shè)計(jì)有如下四個(gè)過(guò)程。

　 壓緊：將旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋至“手動(dòng)”狀態(tài)，然后按下“手動(dòng)壓緊”按鈕，壓緊板開始?jí)壕o，壓力達(dá)到電接點(diǎn)壓力表的上限時(shí)，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

　 自動(dòng)保壓：電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，打開進(jìn)料口閥門開始進(jìn)料，（注進(jìn)料壓力不超過(guò)1.6mpa），這是壓濾機(jī)處于自動(dòng)保壓狀態(tài)，在壓力的作用下，濾漿經(jīng)過(guò)濾介質(zhì)開始過(guò)濾，當(dāng)壓力達(dá)到電接點(diǎn)壓力表的下限時(shí)，壓濾機(jī)會(huì)自動(dòng)補(bǔ)壓。

　 松開：當(dāng)過(guò)濾完成時(shí)，按下“手動(dòng)松開”按鈕，電磁球閥得電，進(jìn)行卸壓，延時(shí)15s后壓緊板自動(dòng)后退，與行程開關(guān)接觸后，電機(jī)自動(dòng)停止。

　 手動(dòng)取拉板：按下“手動(dòng)取板”按鈕，拉板小車自動(dòng)取板，取完板后，再按下“手動(dòng)拉板”，拉板小車自動(dòng)拉板，把兩塊濾板之間的濾餅卸掉，經(jīng)過(guò)小車反復(fù)取、拉板，濾餅卸完，小車回到原位觸動(dòng)限位開關(guān)，電機(jī)停止工作。接著可以進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

　 （2）自動(dòng)控制。自動(dòng)控制主要通過(guò)采用西門子s7-200

　 cpu224型plc來(lái)實(shí)現(xiàn)，其工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是靠plc內(nèi)部相應(yīng)的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器和plc外部的限位開關(guān)、壓力繼電器、電接點(diǎn)壓力表等的轉(zhuǎn)換而完成的。它主要有自動(dòng)壓緊、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)卸壓與松開、自動(dòng)卸料等功能。

　 自動(dòng)壓緊：開始?jí)壕o時(shí)，電機(jī)及油缸電磁換向閥3yv得電，電機(jī)帶動(dòng)油泵開始向油缸高壓腔供油，在油壓的作用下活塞桿前進(jìn)，推動(dòng)壓緊板壓緊濾板，當(dāng)壓力達(dá)到電接點(diǎn)壓力表的上限時(shí)，電機(jī)及油缸電磁換向閥3yv失電，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入保壓狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)壓力由溢流閥確定。

　 自動(dòng)補(bǔ)壓：壓濾機(jī)把濾板壓緊后，液控單向閥鎖緊回路并保壓，油缸電磁換向閥閥芯處于中位，當(dāng)油壓降至電接點(diǎn)壓力表下限時(shí)，電接點(diǎn)壓力表發(fā)出電信號(hào)，電機(jī)及油缸電磁換向閥3yv得電，油泵向油缸后腔供油補(bǔ)壓。當(dāng)壓力達(dá)到電接點(diǎn)壓力表上限時(shí)，電機(jī)及油缸電磁換向閥3yv失電，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)壓。

　自動(dòng)卸壓與松開：當(dāng)過(guò)濾完畢時(shí)，電磁球閥7yv得電開始卸壓，plc延時(shí)15s后，電磁球閥7yv失電，電機(jī)、卸荷電磁換向閥2yv及油缸電磁換向閥4yv得電，電機(jī)帶動(dòng)油泵向油缸低壓腔供油，活塞桿帶動(dòng)壓緊板后退，當(dāng)壓緊板與限位開關(guān)sq2相接觸時(shí)，油缸電磁換向閥4yv失電，而此時(shí)馬達(dá)電磁換向閥5yv得點(diǎn)，壓緊板停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)壓力由直動(dòng)式溢流閥確定。

　 自動(dòng)卸料：壓緊板松開至原位后開始卸料，這時(shí)油缸電磁換向閥的閥芯處于中位，不進(jìn)行工作。電機(jī)帶動(dòng)油泵供油，油液經(jīng)調(diào)速閥、馬達(dá)電磁換向閥向液壓馬達(dá)供油，直動(dòng)式溢流閥確定馬達(dá)取拉板工作時(shí)所需的油壓，調(diào)速閥控制油液的流量，調(diào)節(jié)取拉板速度。在油壓的作用下，馬達(dá)帶動(dòng)拉板小車進(jìn)行取板工作，在取板的過(guò)程中油壓升高，壓力繼電器1sp發(fā)出電信號(hào)，馬達(dá)電磁換向閥5yv失電、6yv得電，這時(shí)馬達(dá)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車進(jìn)行拉板工作。在拉板的過(guò)程中，油壓升高，壓力繼電器2sp發(fā)出電信號(hào)，馬達(dá)電磁換向閥5yv得電，6yv得電，這時(shí)馬達(dá)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車再次進(jìn)行取板工作。一個(gè)取拉板的過(guò)程就卸掉了兩塊濾板間的濾餅，一直到拉完最后一塊濾板，小車回到原位觸動(dòng)限位開關(guān)sq4，一個(gè)循環(huán)完畢，進(jìn)入下一個(gè)過(guò)濾周期。

4.2 plc電氣原理圖

　 根據(jù)上述控制要求，設(shè)計(jì)出s7-200plc控制原理如圖3所示。

圖3 自控系統(tǒng)電氣原理圖

　 plc的輸入主要是一些開關(guān)信號(hào)，輸出通過(guò)中間繼電器控制相應(yīng)的電磁閥、油泵與液壓馬達(dá)。plc i/o地址的分配參見表2。

5 結(jié)束語(yǔ)

　 西門子s7-200 plc自在我廠廂式板框壓濾機(jī)上應(yīng)用以來(lái)，可靠性高、故障率低、操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了所在工序的全自動(dòng)化控制，提高了企業(yè)的裝備水平，并給企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。