毕 业 设 计 [论 文]
题目：基于PLC的真空过滤机控
制系统的设计
系 别： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师：
年 月 日
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基于PLC的真空过滤机控制系统
目录
摘要 第一章 绪论
§1.1 课题的来源和背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
§1.2 本课题设计的目的和意义„„„„„„„„„„„„„ 6 §1.3 本设计的主要任务和依据„„„„„„„„„„„„„ 6 第二章 圆盘真空过滤机系统总体方案设计
§2.1 真空过滤机控制系统组成„„„„„„„„„„„„„„7 §2.2 信号采集„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 §2.3 真空过滤机系统中间处理单元„„„„„„„„„„„ 11 §2.4 圆盘转速调节„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16 第三章 真空过滤机控制系统硬件电路部分设计
§3.1 信号采集与输出部分„„„„„„„„„„„„„„„ 19 §3.2 电气设计部分„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 §3.3 电气控制系统原理图„„„„„„„„„„„„„„„ 28 §3.4 PLC接线图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 第四章 真空过滤机控制系统软件部分设计
§4.1 PLC程序设计语言„„„„„„„„„„„„„„„„„34 §4.2 S7-300指令系统 „„„„„„„„„„„„„„„„„35 §4.3 真空过滤机控制系统程序分段„„„„„„„„„„„ 39 §4.4 真空过滤程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„ 39 §4.5 瞬时鼓风程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„ 40
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§4.6 圆盘转速程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„ 40 §4.7 15台控制系统程序设计„„„„„„„„„„„„„„ 40 第五章 结论 后记 参考资料
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摘 要
在选煤工艺中，真空过滤机发挥着重要的作用,本论文对某选煤厂圆盘真空过滤机应用状况进行研究与分析，对真空过滤机控制系统进行了设计，并依据国家相关规范，对系统的信号采集，圆盘转速调节，真空过滤机控制方式等内容进行了合理的解决。设计中还兼顾了控制系统的可靠性、经济性等因素。
论文的主要内容包括：
1.真空过滤机控制系统的目的、意义，设计任务和设计依据 2.真空过滤机控制系统总体方案的设计 3.真空过滤机控制系统硬件电路的设计 4.真空过滤机控制系统软件部分的设计
其中，真空过滤机自动控制过程的实现是本设计的重点，关于电气控制只做了简单的电气设备选型的设计。
关键词： 真空过滤机控制系统、信号采集、转速调节、PLC、硬件电路、
软件部分
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Abstract:
In coal dressing craft , The vacuum filter is playing the vital role .The present paper has carried on the design to some coal dressing plant of disc vacuum filter of The application condition conduct the research and the analysis and design a set of disc vacuum filter of automatic control system, and based on the national correlation standard, to the system load signal acquisition, disk speed regulation,vacuum filter control mode and so on. These contents has carried on the reasonable solution.In the design also gave dual attention to has control system's reliability, efficiency.
The paper primary coverage includes:
1. Vacuum filter control system goal, the significance, the design duty and the design basis
2. Vacuum filter control system of overall concept the design 3. Vacuum filter control system of hardware circuit design 4. Vacuum filter control system of software design
Among them, for vacuum filter automatic control process realization is this design key point, has only made the simple electrical equipment shaping design about the lighting system.
Key word : For disc vacuum filter of automatic control system, signal
acquisition, disk speed regulation, PLC, hardware circuit, software design.
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第一章 绪论
本章首先阐述毕业设计课题的来源背景，设计的目的及意义，设计的主要任务和依据。
1.1本课题的来源和背景
对于液固两相构成的流态物质通过有孔隙的物质进行过滤的理论研究始于19世纪后期，工业生产中的真空过滤的理论研究仅仅在20世纪初叶才开始，随着社会的进步和改革开放的不断深入，我国的选煤工业突飞猛进。伴随着工业生产和技术的发展，精确的计算和选择过滤设备的要求更加迫切。
在十几年前，选煤厂精煤末等几乎无用，致使对于真空过滤机的研制进度不快，过滤效果不佳，。但随着我国经济的快速发展，精煤末等也成为重要的原料。同时对精煤末的脱水度提出了更高的要求。
在选煤厂中，浮选精煤回收以圆盘真空过滤机和加压过滤机为主，真空过滤机几乎都是以圆盘真空过滤机的形式应用于选煤厂的煤泥回收作业。
我国的圆盘真空过滤机最早从前苏联引进或仿制，后于1965年又仿制英国圆盘真空过滤机。形成至今在选煤厂中大量使用的PG系列圆盘真空过滤机，共7种规格，过滤面积 18～116m2 , 过滤盘直径 1 800mm和 2 700mm。20世纪 80年代初又从美国 EM ICO公司引进技术 , 试制成功 GPY系列圆盘真空过滤机 , 共 16种规格, 过滤面积 20～302m2 ,圆盘直径为 1 800mm、2 700mm和 3 840mm。我国沈阳机械厂于1985年试制成GPZ—60型圆盘真空过滤机，于1987年研制成120M的圆盘真空过滤机，并形成 40、60、80、100和 120m2 的圆盘式真空过滤机系列。与此同时 , 开滦范各庄矿选煤厂从德国洪堡特 -维达克公司引进了 200m2 的圆盘真空过滤机 , 其圆盘直径 4 000mm, 10个过滤盘 , 过滤面积 200m2 , 获得了较好的使用效果。1990年开始，河南平顶山选煤设计院着手研制GP型圆盘真空过滤机，于1992~1994年间分别研制成功了GP120—10，GP120—6型圆盘真空过滤机，并形成系列。我国选煤厂在 1989年以前使用的圆盘真空过滤机 90%为 PG型 (或为其衍生产品 ) ,约 300余台。GP系列圆盘真空过滤机推出以来,到 1999年 6月止, 选煤厂共应用了 66台 , 其中以GP120 - 10型最多。GP120 - 10A型是 GP120 - 10型的改进型。
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圆盘真空过滤机的开发与研究还在不断取得进展，借助于科技文献的现代网
络技术，使我们可以看出，真空过滤机技术尽管受到来自加压过滤的挑战，但是作为一种成熟的过滤技术，仍将不断发展进步，加压过滤技术研究的投入及其研究成果也将会给真空过滤技术的发展提供借鉴。
1.2 设计的目的和意义
通过设计，可更好的熟悉有关可编程控制器的应用，画电气控制原理图和电机主回路图的有关规范、标准和规定；熟悉控制系统的内容；树立科学技术与工程经济相统一的辨证观点；培养综合应用所学的理论知识分析解决工程实际问题的能力；了解电气自动化的特点；掌握电气自动化系统设计计算的方法和步骤；并在进行工程计算、工程制图、文字处理等方面得到初步训练；为以后从事高层电气自动化系统改造、运行及管理工作打下必要的基础。
由于国内对真空过滤机控制系统的研究起步较晚，尽管对真空过滤机控制系统的研究已有了很大进展，但仍然存在许多有待解决的问题： （1） 真空过滤机控制方案不尽合理；
（2） 现有的真空过滤机可控制部分大多数仍然是对单台普通开关量的手动控
制，不能使选煤厂中的多台真空过滤机随物料多少进行精确连续的控制，现有系统的控制精度低，控制手段单一，浪费人力，效率不高。 （3） 真空过滤机在现有选煤厂中设备的综合利用率不高。
随着计算机技术，电子技术通讯技术的高速发展每年都有不同型号真空过滤机被设计生产出来，这些新型的真空过滤机从各方面提高了单台设备的产品质量和生产效率，但在选煤厂中多台真空过滤机的综合利用水平并未获得提高，还停留在人工调控状态，故设计一套能使单台自动化且多台真空过滤机处于最优工作状态的控制系统，就显得尤为重要，它对于提高设备综合利用率具有至关重要得作用。
1.3设计的主要任务和依据
1.主要任务：完成圆盘真空过滤机系统硬件电路设计、软件部分设计。 2.依据：在平顶山田庄选煤厂现场了解，和技术人员提供的资料、图书馆的参考资料及在大学四年所学的专业知识。
第二章 圆盘真空过滤机系统总体方案设计
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2.1真空过滤机控制系统组成
2.1.1真空过滤机基本组成原件及工作原理
圆盘真空过滤机的过滤器是由若干个扇形滤板组成。滤板是由金属或塑料制成的空心结构。其外用滤布包裹，并用螺栓，压条和压板固定在空心轴上。PG116-12型真空过滤机由5段空心轴组成，轴的断面上有12个滤液孔。主轴上装有10个过滤圆盘，每个圆盘由12块扇形滤板组成。当主轴转动时，过滤圆盘随之转动。
分配头是过滤机与真空泵及鼓风机的连接部件，藉分配头的换气作用，使过滤机实现过滤和吹落过程。分配头由铸铁铸成，装在主轴的端部，固定在不动的槽体上。在分配头与主轴配合的端面上，根据过滤过程的要求，划分为过滤区，干燥区和吹落区，并开设抽气孔和吹风孔，用管子与真空泵及鼓风机相连。分配头与主轴端部之间有分配垫，是钢制圆盘，与主轴用螺栓连接，并一起转动，其上有与主轴相同的滤液孔。为避免转动时漏气，分配垫与分配头接触的一面光洁度很高。当主轴转动时，主轴的滤液孔顺次通过过滤区，干燥区和吹落区，受到抽气或吹气的作用。分配头固定在支架上，并用弹簧压紧，所以主轴转动时分配头不动，，并和主轴保持动配合面的严密。
由钢板焊接的槽体是过滤机的基体，它除了存放煤浆外，还启支撑部件的作用。槽体的正面设有排料斗，滤饼由此排出，槽体的后面有溢流口，使煤浆保持在一定高度；槽体的下部有叶轮搅拌器，电动机通过蜗轮带动搅拌器摆动，使槽内煤浆呈悬浮状态。空心轴安装在槽体中间，分配头安装在主轴的两边端面，并固定在支架上。电动机通过无级变速器和齿轮减速器，最后用蜗杆蜗轮带动主轴回转。因为采用了无级变速器，过滤圆盘的转数可以在一定范围内任意进行调节。为了使滤饼易于脱落，过滤机装有顺势吹风系统，是压缩空气进入时形成一股突发的脉冲流，以提高滤饼吹落的效果。当扇形滤板经过吹落区时，正压分配头阀门开启，压缩空气经分配头与之相连的主轴上的滤液孔进入扇形滤板。借压缩空气突然鼓入的冲力将滤饼吹落。当扇形滤板转过吹落区时，正压分配头阀门关闭。压缩空气停止给入。主轴转动一周阀门开启12次，即当每个扇形滤板进入吹落区时，正压分配头阀门开启一次。
总之，圆盘式真空过滤机是一种固一液分离设备，过滤圆盘通过系列无级调
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速减速机及蜗轮蜗杆驱动，使圆盘在充满矿浆的槽体中转动， 当过滤圆盘某一滤扇处在过滤吸附区时，借助于真空泵的作用，在过滤介质两侧形成压力差，使固体物料吸附在过滤介质(滤布)表面上形成滤饼。而滤液由滤液管及分配头排出。当该滤扇从矿浆液位中进入脱水区后，滤饼在真空抽吸力的作用下，滤液不断地与滤饼分离从滤液管及分配头排出，滤饼因此进一步干燥。进入卸料区后滤饼在反吹风及刮刀的作用下自滤盘卸下，落人排料槽中， 之后被推走，整个作业过程不间断地连续进行。
圆盘真空过滤机的启动过程：
开动搅拌机启动装置；关闭槽体下部排放官的阀门；开启给料装置的阀门，向槽体中给料；关闭分配头滤液管路的阀门；开动真空泵；当槽体内悬浮液将扇形滤板淹没大部时，启动主传动电机，令过滤盘低速旋转；逐渐开打分配头下滤液管阀门，履冰开始在过滤区形成；开动鼓风机；当过滤盘上形成的滤饼转到吹落区时，逐渐打开分配头上滤液管的阀门进行干燥；调整主轴转速，是形成的滤饼达到要求的厚度；调整给入槽体的矿浆量。
圆盘真空过滤机的停机过程：
停止向过滤机槽体供料；打开槽体下部排放管的阀门，将槽体中的悬浮液放空；关闭真空泵；用清水冲洗过滤盘和槽体； 关闭鼓风机；切断主传动电动机电源；预定停机超过十天时，应对过滤机仔细清洗；掉漆的表面应补充涂漆，对不涂漆的加工面应涂以防锈润滑油。
过滤系统中气水分离器采用浮标式自动排液装置。其工作原理为：在气水分离器下设有一对排液箱，箱中的浮子悬挂在杠杆两端，左边排液箱与气水分离器的通路被橡胶阀隔绝，空气阀被打开，排液箱和大气相通，空气阀被关闭构成真空区，流入滤液。随着滤液的增加，浮子所受的浮力增大，当作用于右端浮子上的力大于真空作用在左端橡胶阀上的抽力时，通过杠杆的作用，使左右两边的工作状况相互变换。此时，右边排液箱放出滤液，气水分离器中的滤液流入左边的排液箱。
过滤系统用的真空泵一般都用水环式，因为此类泵在滤液进入其中时尚可作短期运行，而不致发生事故，且维护方便。 2.1.2圆盘真空过滤机控制系统框图。
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2.2信号采集
信号采集是圆盘真空过滤机控制系统中极为重要的环节。他将直接影响真空过滤机控制系统的运转。所以应选用合适的信号采集装置，来提高控制的精度。
经分析了解到圆盘真空过滤机控制系统主要模拟量参数有负气压信号，正气压信号，煤浆浓度信号，转速信号，缓冲槽液位信号，主要开关量参数有圆盘真空过滤机主轴电动机低速开关，中速开关，三速开关，搅拌机开关，真空泵电机开关，真空过滤机电源开关，废料排放槽开关，缓冲槽开关，煤浆槽液位开关。 2.2.1模拟量采集
对于模拟量采用传感器进行信号采集。
传感器的定义：国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
传感器的分类：
可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。
根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ：
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传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。
按照其用途，传感器可分类为： 压力敏和力敏传感器 位置传感器 液面传感器 能耗传感器 速度传感器 热敏传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 振动传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 生物传感器等。
以其输出信号为标准可将传感器分为：
模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。
数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。
膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。
开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 2.2.2传感器选择的注意事项： （1）与测量条件有关的注意事项：
测量的目的 被测量的选择 测量的范围， 超标准的过大的输入信号的出现次数 输入信号的频率带宽，测量的精度 测量所需要的时间。 （2）与性能有关的事项：
传感器的精度 稳定度 响应速度 模拟量或数字量 输出量及其数量级 对信号获取对象所产生的负载效应 校正周期 超标准过大的输入信号的保护。 （3）与使用条件有关的事项：
设置场所 环境条件（如温度，湿度，振动等） 测量全过程所需时间 传
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感器与其它设备的距离及连接方式 传感器所需的功率容量。 （4）与购买和维修有关的注意事项：
价格 交货日期 服务与维修制度 零配件的储备 保修期限
2.3 真空过滤机系统中间处理单元
2.3.1 可编程控制器概述
可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。他具有体积小，功能强，灵活通用与维护方便等一系列优点，特别是他的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，而备受用户的青睐。在多个工业领域获得了广泛应用。 2.3.2 可编程控制器定义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计 2.3.3 可编程控制器特点
可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
配套齐全，功能完善。适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工
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业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
易学易用，深受工程技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
体积小，重量轻，能耗低。以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.3.4 西门子S7—300型PLC
S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理
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器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。
组成S7-300可编程控制器所需要的部件如下：
导轨 导轨上可以安装电源、CPU、IM和最多八个信号模板。
电源 电源的输出是24VDC，有2A、5A和10A三种型号。输出电压是隔离的，并具有短路保护，不带负载时输出稳定。一个LED用来指示电源是否正常， 当输出电压过载时，LED指示灯闪烁。用选择开关来选择不同的供电电压：120V 和 230V。
中央处理器
CPU 的前面板有如下的部件：
• 状态和故障指示灯， • 可取下的4位模式开关， • 24V电源的连接，
• 连接到编程设备或另一台可编程控制器的多点接口（MPI）， • 电池盒，（ CPU 312/FM不具备）
• 存储器模块盒（CPU 312/FM和314/FM不具备）， 接口模板 接口模板提供多层组态的能力。
信号模板 这些模板根据电压范围或输出电压来选择。每个模板都有一个总线连接器 总线连接器连接背板总线。过程信号连接到前连接器的端子上。 连接电缆 用一个 PG 电缆可以直接连接编程设备。几台可编程控制器之间
组网也需要PROFIBUS 电缆和电缆连接器。
FM 功能模板替换当前智能处理器模板。 CP PROFIBUS 现场总线系统的通讯处理器。
最大扩展能力 上面的幻灯片给出了S7-300/CPU314/315的最大扩展能力。最多可以扩展到32个模板，每个机架（层）安装8个模板。对于信号模板、功能模板和通讯处理器没有插槽限制，也就是说它们可以插到任何一个槽位。
接口模板（IM）
接口模板（IM 360/361）用来在机架之间传递总线。
IMS 接口代表发送，IMR 接口代表接收。接口模板必须安装到特定的插槽。 如果需要，在扩展机架可以安装辅助电源。对于双层组态，硬连线的IM 365 接
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口模板较为经济（不需要辅助电源，在扩展机架上不能使用CP模板）。局部地址区 一些功能模板，例如：FM NC，可以有它们自己的 I/O。这使得该 FM模块可以快速访问自己专用的 I/O 区域。 这个 I/O 区域就叫做局部地址区。每个机架上都可配置局部地址区，在运行过程中，CPU将不能访问这些 I/O区域。
槽号 槽 1 到 3 （= 固定分配）： 槽 1：PS（电源），如果存在 槽 2：CPU（中央处理器），如果存在 槽 3：IM（接口模板），如果存在 槽4 到 11（自由分配）：
SM、FM、CP可以插入这八个槽中的任何一个 距离 两层机架之间的电缆长度： 采用IM 365 的两层之间最大长度：1m 采用IM360/361的多层组态之间最大长度：10m 2.3.5 S7-300输入/输出模块
S7-300的模拟量I/O模块包括模拟量输入模块SM331,模拟量输出模块SM332和模拟量输入/输出模块SM334和SM335.
模拟量变送器 生产过程中有大量的连续变化的模拟量需要用PLC来测量或控制。变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准的直流电流或直流电压信号，例如DC0~10V和4~20mA。
SM331模拟量输入模块 模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的信号，其主要组成部分是A/D转换器。模拟量输入模块的输入信号一般是模拟量变送器输出的标准量程的直流电压，电流信号。SM331模拟量输入模块也可以直接连接不带附加放大器的温度传感器（热电偶或热电阻），这样可以省去温度变送器，不但节约成本，控制系统的结构也更加紧凑。
S7-300模拟量输入模块的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压，电流，电阻，热电偶等信号。一块SM331模拟量输入模块中的各个通道可以分别使用电流收入或电压输入，并选用不同的量程。有多个分辨率可供选择，分辨率不同转换时间不同。
模拟量输入模块由多路开关，A/D转换器，光隔离器件，内部电源和逻辑电
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路组成。8个模拟量输入通道共用一个A/D转换器，通过多路开关切换被转换的通道。模拟量输入模块各输入通道的A/D转换和转换结果的存储与传送是顺序进行的，每个模拟量通道的输入信号是被依次轮流转换的。各个通道的转换结果被保存到各自的存储器，知道被下一次的转换值覆盖。可以用装入指令“L PIW···”来访问转换的结果。
模拟量输入模块的输入信号种类用安装在模块侧面的量程卡来设置，每两个通道为一组，共用一个量程卡。用STEP7设置量程时可以看到该量程对应的量程卡的位置，应正确的设置量程卡，否则将会损坏模拟量输入模块。
模拟量输入模块SM331目前有三种规格型号，即8AI*12位模块，2AI*12位模块和8AI*16位模块，分别为8通道的12位模拟量输入模块，2通道的12位模拟量输入模块，8通道的16位模拟量输入模块。其中具有12位输入的模块除了通道数不一样外，其工作原理，性能，参数设置等各方面都完全一样。
数字量输入模块 数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字是传感器。数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平，输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。
数字量模块输入/输出电缆的最大长度为1000M（屏蔽电缆）或600M（非屏蔽电缆）。
数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入，直流32点输入，交流16点输入，交流8点输入。
数字量输出模块SM322 数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，同时具有隔离和功率放大的作用，可直接用于驱动电磁阀，接触器，小型电动机，灯和电动机启动器等。
数字量输出模块SM322有多种型号输出模块可供选择，常用的模块有8点晶体管输出，16点晶体管输出，32点晶体管输出 ，8点可控硅输出 ，16点可控硅输出 ，8点继电器输出和16点继电器输出。
在选择使用何种模块时，因每个模块的端子共地情况不同，不仅考虑输出类型，还要考虑现场输出信号负载回路的供电情况。例如，现场需输出4点信号，但每点用的负载回路电源不同，此时8点继电器输出模块将是最佳的选择，选用
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别的输出模块将增加模块的数量。
2.4 圆盘转速调节
2.4.1 三相异步电动机调速方式概况
三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) ，从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。
从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
一、变级对数调速方法：
这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：
1、具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2、无转差损耗，效率高；
3、接线简单、控制方便、价格低；
4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；
5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法
变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交
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流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点：
1、效率高，调速过程中没有附加损耗； 2、应用范围广，可用于笼型异步电动机； 3、调速范围大，特性硬，精度高； 4、技术复杂，造价高，维护检修困难。
5、本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。 三、串级调速方法
串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：
1、可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 2、装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70％－90％的生产机械上；
3、调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； 4、晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
5、本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。 四、绕线式电动机转子串电阻调速方法
绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。
五、定子调压调速方法
当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采
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用反馈控制以达到自动调节转速目的。
调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。
调压调速的特点：
1、调压调速线路简单，易实现自动控制；
2、调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。 3、调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。 六、电磁调速电动机调速方法
电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。 电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。
电磁调速电动机的调速特点：
1、装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便； 2、调速平滑、无级调速； 3、对电网无谐影响； 4、速度失大、效率低。
5、本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。 七、液力耦合器调速方法
液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，
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就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速。
无级调速的调速特点为：
1、功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要； 2、结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低； 3、尺寸小，能容大；
4、控制调节方便，容易实现自动控制。 5、本方法适用于风机、水泵的调速。 2.4.2 圆盘调速方式确定
在选煤厂真空过滤机运行过程中，圆盘转速要随煤浆浓度的变化而变化，其关系为非线性关系，但由于圆盘惯性很大，圆盘转速不可能随煤浆浓度实时变化。这就决定了真空过滤机圆盘转速的调节不能实时控制。在本次设计中由于上述因素的限制选用的变级调速的方式进行转速调节，由于时间关系这次设计采用的变级调速的级别为3级，即浓度低于0.5（50%）为低速，0.5（50%）-0.6（60%）为中速，0.6（60%）之上为三速。相关设备型号的选取将在下一章中介绍。
第三章 真空过滤机控制系统硬件电路部分设计
3.1信号采集与输出部分
3.1.1 传感器选择
真空（计）传感器的选择 真空计按测量原理分类
直接测量真空计 这种真空计直接测量单位面积上的力，有: (1)静态液位真空计：利用U型管两端液面差来测量压力。
(2)弹性元件真空计：利用与真空相连的容器表面受到压力的作用而产生弹性变形来测量压力值的大小。
间接测量真空计 压力为10-1Pa时，作用在1cm2表面上力只有10-5N，显然测量这样小的力是困难的。但可根据低压下与气体压力有关的物理量的变化来间接测量压力的变化。属于这类的真空计有：
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(1)压缩式真空计：其原理是在U型管的基础上再应用波义耳定律，即将一定量待测压力的气体，经过等温压缩使之压力增加，以便用U型管真空计测量，然后用体积和压力的关系计算被测压力。
(2)热传导真空计：利用低压下气体热传导与压力有关这一原理制成。常用的有电阻真空计和热偶真空计。
(3)热辐射真空计：利用低压下气体热辐射与压力有关原理。
(4)电离真空计：利用低压下气体分子被荷能粒子碰撞电离，产生的离子流随电力变化的原理。如：热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计和放射性电离真空计等。
(5)放电管指示器：利用气体放电情况和放电颜色与压力有关的性质判定真空度，一般仅能作为定性测量。
(6)粘滞真空计：利用低压下气体与容器壁的动量交换即外摩擦原理。如振膜式真空计和磁悬浮转子真空计。
(7)场致显微仪：以吸附和解吸时间与压力关系计算压力。
(8)分压力真空计：利用质谱技术进行混合气体分压力测量。常用的有四极质谱计、回旋质谱计和射频质谱
PG116-12型真空过滤机所用真空泵型号为2YK-110型，气量为108.3 (m3/min),真空度500（mhg)，电机功率为185（kw），由此可得，真空泵最大真空压强为-666600（Pa）。
选择方案：根据工业现场的实际需要选用BD-9型真空计。BD-9型真空（计）传感器即属于电离真空计。
BD-9型真空（计）传感器技术特性： 测量范围为：2.6 ~-666600 Pa 长期稳定性：+/-0.5% FS/年 响应时间：20 ms
工作温度：-20~+80 摄氏度
标准信号输出4~20 mA,0~5 V两种型号模式输出。
这种真空计配用DL-9型电离规，具有寿命长，抗氧化，耐大气短时冲击，线型好。满足真空过滤机工作现场需要。
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正气压传感器选择 正气压传感器工作原理
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，以膜片装置（不锈钢膜片、硅酮膜片等）为媒介，用感压元件对气体和液体的压力进行测量，并转换成电气信号输出的设备，这样的传感器也称为压电传感器。压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
除了压电传感器外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力（压力）使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。利用应变效应的应变传感器等。
静电容量型压力传感器，是将玻璃的固定极和硅的可动极相对而形成电容，将通过外力（压力）使可动极变形所产生的静电容量的变化转换成电气信号。这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够有不同的用途。
PG116-12型真空过滤机所用鼓风机型号为2YKA-7型，气量为7.5.3 (m3/min),风压为1（atm)即101325Pa，电机功率为40（kw），由此可得，真空泵最大鼓风压强为+101325（Pa）。
选择方案：根据工业现场的实际需要选用Model C209压力传感器。 Model C209压力传感器技术特性： 测量范围0~172 KPa
满量程输出（mA）20 mA ，精度+/-0.25%FS 工作电源24V 输出阻抗<10欧姆
工作温度：-40~+85 摄氏度 允许过载200% ，频响〉1000
这种正气压传感器，具有寿命长，抗氧化，适用于恶劣环境下非腐蚀性气体的气压测量，所以其满足真空过滤机工作现场需要。
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液位传感器的选择。
选择方案：根据真空过滤机现场的实际需要选用KYC09系列液位传感器。 KYC09系列液位传感器工作原理
KYC09系列液位传感器选用美国NovaSensor公司隔离性扩散硅压力传感器组件，通过精密温度补偿，并采用全焊接结构组装而成。
KYC09系列液位传感器技术特性 量程：0-10 M
过在压力：最大量程的1.5倍 精度（mm）工作电源：DC 0.5~2 mA（恒流供电），标准电流DC1.0 mA，DC9~36 V(恒压供电)，标准电压DC 12 V 工作温度:-25~+85 摄氏度。 稳定性能：最大量程的+/-0.25%/年 KYC09系列液位传感器应用范围：
工业现场液位测量与控制；大江大坝液位测量与控制；船舶及航海系统;供水及污水处理；水温测量与水利建设。 KYC09系列液位传感器特点：
这种这种液位传感器，可直接投入液体中测量；316L不锈钢隔离膜片；电缆型，铠装型；体积小，外观美观，性价比高；高精度，高稳定性，高可靠性，适用于恶劣环境下多种腐蚀性液体的测量，所以其满足真空过滤机工作现场需要。 转速传感器的选择
选择方案：根据真空过滤机现场的实际需要选用ZSH04霍尔转速传感器。 转速传感器工作原理及框图
转轴带动磁钢旋转，通过霍尔电路将磁场变化转换为脉冲信号，经放大整形，输出矩形脉冲信号。转速（r/min）计算公式:n =60f/z,式中f——信号频率（ Hz）；z——磁钢数。
测量范围：0~10000 r/min 供电电源：5~24（DC）V
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工作距离：3~5 mm
工作温度：-20~480 摄氏度 每转脉冲数：与磁钢数量一样。
由于模拟量变送器不是模拟量输入模块的一部分。模拟量模块仅有A/D模块转换器，负责将现场的变送器转换的标准4～20mA、0～10V、等标准信号转换成0～27648的数字量。所以在设计时要选取模拟量变送器，由于时间关系模拟量变送器的选取不予以介绍，在应用中可根据实际需要向厂家订货。 3.1.2 数字量（开关量）的确定
由真空过滤机工作原理分析可知，需控制的数字量（开关量）有18个，分别为主轴电动机启动开关SB2，停止开关SB3，中速启动开关SB4, 停止开关SB5，三速启动开关SB6，停止开关SB7，搅拌机启动开关SB8, 停止开关SB9.真空泵电机启动开关SB10，停止开关SB11，鼓风机启动电机SB12，停止开关SB13，真空过滤机启动开关SB14，停止开关SB15，废料排放开关SB16，真空过滤机煤浆流入开关17，圆盘煤浆槽单埠液位开关SL1。
煤浆槽液位开关的选择：
根据控制要选用GEMS单埠液位开关LS-1850 GEMS单埠液位开关LS-1850技术特性： 工作压强最大值（N/平方寸）：1320 最高工作温度：+149摄氏度 单刀单掷开关的额定值（VA）20/100
适用于高粘稠性液体，高污染液体，设计紧凑，简便，GEMS单埠开关有在
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几乎所有容器的高，中，低液位的检测性都显示出了极强的可靠性。它具有各种标准模式，用材多样，能适应多种液体，它的重复精度极高，具有最佳的抗冲击，抗振动，抗压迫能力。
3.1.3 PLC输入/输出模块的选取
由分析可知整个真空过滤机控制系统：模拟量直流输入点数为61个，采用8通道12位模拟量输入模块SM331共8个；数字量直流输入点数255个，采用数字量输入模块SM321直流32点输入模块8个;数字量直流输出点数60个，交流输出点数105个，采用数字量输出模块SM322直流32点输出模块2个，交流16点输出模块7个。
S7-300模块地址的确定
根据基架上模块的类型，地址可以为输入（I）或输出（O）。数字I/O模块每个槽划分为4B（等于32个I/O）。模拟 I/O模块每个草划分为16B（等于8个模拟量通道），每个模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址。
S7-300信号模板的起始地址
注：不适用于CPU312IFM/313； 不适用于CPU314IFM
0机架的第一个信号模块槽（4号槽）的地址为0.0-3.7，一个16点的输入模块只占用地址0.0-1.7，地址2.0-3.7未用。数字量模块中的输入点和输出点的地址由字节部分和位部分组成。
下图中，4块信号模块分别安装在两个机架上，SM321装在零架4槽，16点数字量输入地址为0.0，0.1，„„，0.7，1.0，1.1，„„„，1.7；SM331装在0架5槽。4路模拟量输入字地址为272，274，276，278；SM322装在1架4槽，16点数字量输出地址为32.0，32.1，„„„，32.7，33.0，33.1，„„„，33.7；模块起 槽号数 始地址 1 2 3 4 5 6 7 8 数字量 0 4 8 12 16 PS CPU IM 模拟量 256 272 288 304 320 数字量32 36 40 44 48 IM 模拟量 384 400 416 432 448 数字量模拟量 数字量模拟量
9 20 336 52 464 10 24 352 56 480 11 28 368 60 496 IM IM 64 68 512 528 96 100 640 656 72 544 104 672 25
76 80 88 92 84/592 560 576 608 624 108 112 688 704 116 720 120 124 736 752 基于PLC的真空过滤机控制系统
SM322装在1架5槽，4路模拟量输出字地址为400，402，404，406。
3.1.4 S7-300系统供电与接地
电源模块 PS307电源模块将AC120V/230V电压转换为DC24V电压，为S7-300/400，传感器和执行器供电。输出电流有2A，5A，10A三种。
一个实际的S7-300PLC系统，确定所有的模块后，要选择合适的电源模块，所选的电源模块的输出功率必须大于CPU模块，所有的I/O模块，各种智能模块等总消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25V。
本设计中的PLC系统由下面的模块组成： 一块中央处理单元CPU315-2DP 8块模拟量输入模块SM331，8*12位 8块数字量输入模块SM321，32*24V DC 2块数字量输出模块SM322，32*24V DC
7块数字量输出模块SM322，16*230V AC 外接电源
各模块从S7-300背板总线吸取的电流=8*25+8*60+2*90=960 mA 各模块从24V负载电源吸取的电流=1000+8*200+2*200=3000 mA 各模块的功率损耗=8+8*1.3+8*4+2*5=60.4 W
从上面的计算可知，信号模块从S7-300背板总线吸取的总电流是960 mA，没有超过CPU315-2DP提供的1.2A电流。各模块从24V电源吸取的总电流约为
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3A，虽没有超过5A，但考虑到要留有一定的裕量，且上述计算没有考虑接输出执行机构或其他负载时的电流消耗，设计中不应忽略，所以电源模块应选PS307 10A。PS307 10A的功率消耗为30W，所以该S7-300结构总的功率损耗是60.4+30=90.4W。该功率不应超过济桧所能散发的最大功率，在确定机柜的大小时要确保这一点。
在实时控制系统中，接地是抑制干扰以使系统可靠工作的主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽争取地结合起来使用，则可以解决大部分干扰问题。
S7-300参考电位M是接地的。特殊场合除外。
使用带隔离的模拟量输入模块时，在测量回路中的参考点Mana和CPU的M端子之间在电气方面是不相连的，如果他们之间出现电位差Uiso，应确保Uiso不超过允许值。如果有可能超过允许值，则把Mana和M相连。使用不带隔离的模拟量输入模块时，必须把Mana端子和CPU的M端子相连，Mana和M之间的电位差会导致模拟信号不可靠。
在输入通道的测量线端子M_和测量回路的参考点Mana之间可能出现电位差Ucm（共模电压）该电位差不得超过允许值，如果有可能超过允许值或者不能确定该电位差的大小，就必须把M_和Mana连接（对于连接电流测量方式的2线变送器和电阻性传感器除外），对未使用的输入通道也遵守这个原则。
带隔离的传感器不和本地的地电位相连，他们可以在悬空下工作。由于本地的条件或干扰，可能在输入通道的测量线M_和测量回路的参考点Mana产生静态的或动态的电位差Uim。不带隔离的传感器，可就近和地电位相连。分散不止的各个测量点之间也可能出现电位差，为了避免产生这些电位差，应该在这些测量点之间提供等电位的连挂导体。
对于模拟量输入模块SM331，应将不使用的通道与Mana短接，如果不使用补偿输入端COMP，则也必须将它们短路，只有用这种方法模拟量输入模块才可以获得最佳的抗干扰性能。
具体的接地方式需根据现场实际情况确定。
3.2 电气设计部分
3.2.1三项异步电动机改变及对数的方法：
改变及对数的方法基本上有三种：（1）定子同时有两个以上不同级对数的独立绕组；（2）定子上只有一套绕组，通过该节绕组的接法来达到改变级对数的目
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的；（3）把以上两种结合起来，若两套绕组，一套有两个级对数，则电动机有三种速度，若两套绕组都有两个级对数，则电动机就有四种速度。
主轴电动机变级调速即采用两套绕组其中一套有两个极对数。 3.2.2三相异步电动机启动方式
三相异步电动机转速公式为： n=60f/p
从公式上看调速的方式有：改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。
绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等
启动方法：对于鼠笼式电动机有直接启动和降压启动。 其中降压启动又分为： 定子电路串联电阻或电抗。 利用自耦变压器降压 采用Y--△降压启动 对于绕线是电机来说：
1是转子串电阻启动，2是转子串频敏电阻器启动
不过对于大功率的电机来说 现在比较流行是的利用变频器的变频率调速。 真空过滤机系统中 ，主轴电动机和搅拌电动机均为4KW且不同时启动，所以可采用直接启动的方式启动。真空泵和鼓风机虽然功率很大分别为135KW和38.5KW但它们均为6KV高压电动机，且不同时启动。四台电动机的停机过程均可采用自然停机，无须外加停机电路。
电气控制部分供电方式的方案确定：
方案1 电气控制部分采用交流220V供电。因主轴电机，搅拌机电机采用交流380V供电，所以将其三相中的两项接控制变压器以得220V交流电对其供电；由于在主回路中存在高压电机，所以选用控制变压器将6KV降为220V对控制回路进行供电。
方案2 由于在工厂中220V交流电压很常见，且单台真空过滤机所有电机相隔较近。所以控制回路的供电可一起取自外电路。
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电气控制部分供电方式采用方案2，因为方案2 可节省两台控制变压器的投资与维护，简化供电线路。
3.3电气控制系统原理图
电气元件型号见下表： 序号 代号 名称 1 QF1 空气开关 2 QF2 空气开关 3 QF3 空气开关 4 QF4 空气开关 5 KM1 接触器 6 KM2 接触器 7 KM3 接触器 8 KM4 接触器 9 KM5 接触器 10 KM6 接触器 11 FR1 热继电器 12 FR2 热继电器 型号 AM2-40 HB HB HB CZX4-12 CZX4-12 CZX4-12 CZX4-12 CZG1-150 CZG1-150 JR16-20/3D JR16-20/3D 数量 备注 15 AC 30A 15 AC 40A 15 AC 20-25A 15 AC 5-10A 90 线圈电压220V 90 线圈电压220V 90 线圈电压220V 90 线圈电压220V 90 线圈电压220V 90 线圈电压220V 45 15.4A 15 15.4A 15 34-50A 18-26A 13 FR3 热继电器 TK-E3G-C 14 FR4 热继电器 TK-E3B-C 15 LAY3-10115 SB2 按钮 3.11 15 LAY3-10116 SB3 按钮 3.11 15 LAY3-10117 SB4 按钮 3.11 15 LAY3-10118 SB5 按钮 3.11 15 LAY3-10119 SB6 按钮 3.11 15 LAY3-10120 SB7 按钮 3.11 15 LAY3-10121 SB8 按钮 3.11 15 LAY3-10122 SB9 按钮 3.11 15 LAY3-10123 SB10 按钮 3.11 15
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24 SB11 按钮 25 SB12 按钮 26 SB13 按钮 27 SB14 按钮 28 SB15 按钮 29 SB16 按钮 30 SB17 按钮 31 FU1 熔断器 32 FU2 熔断器 33 M203 主轴电机 34 M204 搅拌电机 35 M205 真空泵 36 M206 鼓风机 37 SL1 单埠开关 LAY3-1013.11 LAY3-1013.11 LAY3-1013.11 LAY3-1013.11 LAY3-1013.11 LAY3-1013.11 LAY3-1013.11 BZ001 BZ001 Y112M-4 Y112M-4 2YK-100 2YKA-7 LS-1850 15 15 15 15 15 15 15 45 熔体 2A 45 熔体 2A 15 4KW 15 4KW 15 135KW 15 38.5KW 15
此控制电路中，SB2，SB4，SB6为主轴电动机变级调速手动开关，当按下SB2时，接触器KM1线圈得电，KM1通过21，22自锁，其常闭触点与其他两回路实现互锁，同时，KM1主触点闭合，电动机低速运行，按下SB3可使其停转；当按下SB4时，接触器KM1线圈得电，KM1通过23，24自锁，其常闭触点与其他两回路实现互锁，同时，KM2主触点闭合，电动机中速运行，按下SB5可使其停转；当按下SB6时，接触器KM3线圈得电，KM3通过25，26自锁，其常闭触点与其他两回路实现互锁，同时，KM3主触点闭合，电动机三速运行，按下SB7可使其停转；
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SB8，SB9分别为搅拌机电动机手动启动，停止开关。当按下SB8时，接触器KM4线圈得电，KM4通过27，28自锁，同时，KM4主触点闭合，搅拌机电动机运行，按下SB9可使其停转。
SB10，SB11分别为真空泵电动机手动启动，停止开关。当按下SB10时，接触器KM5线圈得电，KM5通过21，22自锁，同时，KM5主触点闭合，真空泵电动机运行，按下SB11可使其停转。
SB12，SB13分别为鼓风机电动机手动启动，停止开关。当按下SB12时，接触器KM6线圈得电，KM6通过23，24自锁，同时，KM6主触点闭合，鼓风机电动机运行，按下SB13可使其停转。电气控制原理图如附图1：
3.4 PLC接线图；
3.4.1模拟量输入模块接口：
3.4.2数字量输入接口：
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3.4.5数字量输出模块接口：
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3.4.5PLC接线图如附图2：
3.4.6真空过滤机控制系统I/O地址分配： 如附表：
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第四章 真空过滤机控制系统软件部分设计
4.1 PLC程序设计语言
PLC中的程序由两部分组成：一是操作系统，二是用户程序。操作系统由PLC生产厂家提供，它支持用户程序的运行；用户程序是用户为完成特定的控制任务而编写的应用程序。要开发用户程序，就要用到可编程控制器的编程语言。STEP7是与西门子S7系列PLC相配套的支持用户开发应用程序的软件包，在STEP7中，S7系列PLC的编程语言非常丰富，有LAD（梯形图），STL（语句表）,SCL（标准控制语言）,GRAPH（顺序控制）,HIGRAPH（状态图）,CFC（连续功能图）,C FOR S7（C语言）等，用户可以选择一种编程语言，如果需要，也可混合使用几种编程语言。这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的编写工作大大简化，对用户来说，开发，输入，调试和修改程序极为方便。在本设计中使用的编程语言是梯形图。
梯形图的编程规则：
（1） 每个梯形图程序段都必须以输出线圈或指令框结束，比较指令框（相当于
触点），中线输出线圈和上升沿，下降沿，线圈不能用于程序段结束。 （2） 指令框的使能输出端“ENO”可以和右边的指令框的使能输入端“EN”连
接。
（3） 下列线圈要求布尔逻辑，即必须用触点电路控制它们，它们不能与左侧垂
直“电源线”直接相连：输出线圈，置位（S），复位（R）线圈;中线输出线圈和上升沿，下降沿线圈；计数器和定时器线圈；逻辑非跳转（JMPN）;主控继电器接通（MCR<）；将RLO存入BR存储器（SAVE）和返回线圈（RET）. 下面的线圈不允许布尔逻辑，即这些线圈必须与左侧垂直“电源线”直接相连：主控继电器激活（MCRA）；主控继电器关闭（MCRD）和打开数据块（OPN）。其他线圈既可以用布尔逻辑操作也可以不用。
（4） 下列线圈不能用于并联输出：逻辑非跳转（JMPN），跳转（JMP），调用（CALL）
和返回（RET）。
（5） 如果分支中只有一个元件，删除这个元件时，整个分支也同时被删除。删
除一个指令框时，该指令框除主分支外所有的布尔输入分支都将同时被删除。
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（6） 能流只能从左到右流动，不允许生成使能流流向相反方向的分支。
4.2 S7-300指令系统
4.2.1指令及其结构
指令是程序的最小独立单位，用户程序是由若干条顺序排列的指令构成的。对应语句表和梯形图两种编程语言，指令也有语句指令与梯形逻辑指令之分。它们的表达形式不同，但表示的内容是相同或类似的。 4.2.2位逻辑指令。 （1）位逻辑运算指令 “与”和“与非”指令
如果所有触点闭合，即当输入I0.0和输出Q4.1的信号状态都是“1”（触点闭合），且位存储器M10.1为“0”（该触点仍保持原闭合位置）时输出Q4.0才为“1”；
如果有一个或多个触点是打开的，则输出Q4.0的信号状态就为“0”（继电器触点打
开）。如图：
“或”与“或非”指令
驱动信号通过并联触点回路加到输出Q4.1。只要有一个触点闭合，输出Q4.1的信号状态就为“1”.如果所有的触点都打开，则输出Q4.1就为“0”.仅当输入I1.1和输出Q4.0两者都为“0”，且M2.0为“1”时输出Q4.1才为“0”。如图：
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“异或”和“异或非”指令
仅当两个触点（输入I1.0和输入I1.1）的扫描结果不同，即只有一个为“1”时，RLO才为“1”，并赋值给输出使Q4.0为“1”。若两个信号的扫面结果相同（均为“1”或“0”），则Q4.0为“0”。与或和与非比较，异或和异或非排除了
两个信号扫描结果为“1”时，使输出为“1”的可能。如图：
4.2.3定时器与计数器指令 断开延时计时器 如图：
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4.2.4梯形图方块传送指令：
如果RLO有负跳沿，则关断延时定时器启动指令，以给出的时间值启动指定的定时器。当RLO为1或在定时器运行时，其常开触点闭合，即对该定时器1扫描的结果为1.当定时时间到后，则常开触点断开。若在给定的时间（即定时时间）过去之前RLO由0变为1，则定时器被复位至启动前的状态。一直到RLO从1变为0之前，定时器不再启动（使用FR指令除外）。如图：
4.2.5比较指令
比较指令用于比较IN1与IN2中的数据大小。比较时应确保两个数的数据类型相同，数据类型可以是整数，长整数或实数。若比较的结果为真，则RLO为1，否则为0.比较操作是用IN1去和IN2比较，如IN1是否大于等于IN2。方块比较指
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令在逻辑串中等效于一个常开触点，如果比较结果为“真”，则该常开触点闭合（电流可流过触点），否则触点断开，比较指令影响状态字，用指令测试状态字的有关位，可得到两个数更详细的情况。下图给出了整数比较指令的用法，若存储字MW0中的整数大于等于MW2中的整数，则输出Q4.0为1.如图：
4.2.6数据转换指令
数据传送指令将累加器1中的数据进行数据类型的转换，转换的结果仍然在累加器1中。
（1）BCD码的数据格式 （2）BCD码转换为整数 （3）整数转换为BCD码 （4）整数转换为双整数
（5）交换累加器1中的字节的位置 （6）双整数与浮点数之间的转换 （7）取反与求补指令
例如：如果I2.6为1，如图所示方框指令将MW2中的16位整数转换为32位双整数，结果在MD6中，符号位被扩展。图中的EN为转换允许输入端，ENO为转换允许输出端。IN为被转换数的输入端，OUT为转换结果输出端。如果转换成功执行，Q4.4为1状态。如下图所示：
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4.2.7实数算术指令
4.3 真空过滤机控制系统程序分段
为便于真空过滤机控制系统程序的编写，按照真空过滤机工作原理将真空过滤机控制系统的程序分成几部分： （1）真空过滤程序部分 （2）瞬时鼓风程序部分 （3）圆盘转速程序部分 （4）15台控制系统程序部分 （5）真空过滤机启动部分程序
4.4 真空过滤程序设计
从圆盘真空过滤机工作原理可知负压分配头阀门的打开与关断由煤浆槽液位和真空泵端负气压共同决定。为保证生产效率（使滤饼达到足够的厚度），当负压分配头阀门打开时，需使其延时关断。梯形图如下：
4.5 瞬时鼓风程序设计
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正压分配头阀门的打开与关断由鼓风机侧正气压与圆盘转速共同决定。其加速过程由鼓风机侧正气压和转速传感器信号共同决定。减速过程亦同。
4.6 圆盘转速程序设计
根据圆盘真空过滤机工作原理，其启动时处于低速运行，加速，中速和三速过程由煤浆浓度决定。
4.7 15台控制系统程序设计
真空过滤机启动台数由缓冲槽煤浆液位决定，根据液位传感器信号决定启动台数。
4.8真空过滤机启动部分程序
启动部分程序按照技改前的操作顺序编写
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第五章 结论
本项目的设计涉及到真空过滤机控制系统信号采集，圆盘转速调节，真空过滤机控制方式，阀门调节系统等工程设计。在设计中，贯彻在符合相关规范的前提下满足选煤厂的需求的理念，力图使圆盘真空过滤机控制系统设计既符合国家相关规范的要求，又能满足选煤的需求。在设计中运用了在校学习的多方面的知识以及查阅相关资料，基本上达到了设计任务书中所要求的目的，也达到了安全可靠、技术先进可行、经济合理的要求。
当然，很多新技术新成果没能在设计中体现，设计中也难免有许多不恰当之处。并且，由于时间仓促，本项目气压系统设计，基本上没涉及到，这将是今后需要努力补上的一课。
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致谢
本设计是在王老师的精心指导下完成的，从项目的选题、资料收集无不凝聚着王老师的汗水与心血。王老师认真负责，经验丰富，经常为我答疑解难，使我的设计能顺利进行并按期完成。同时，王老师严格的要求与治学的严谨使我受益匪浅。
在毕业论文即将完成之际，特向给予我认真指导的王老师表示深深的感谢，也谢谢大三时教我检测技术老师和教我电机学老师，以及所有悉心培养我教育我的老师，还有给予我帮助的同学。
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参考文献
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