ZL-1200型手动上悬式离心机自动化改造

手动型上悬式离心机在广西蔗糖生产企业中被广泛用于甘蔗白砂糖的分离。分析了典型的ZL-1200型离心机的结构与操作特 点，给出了其自动化改造的要点，介绍了改造后实际应用的情况。     关键词：手动；上悬式离心机；自动化改造     中图分类号：TS243文献标识码：B文章编号：1672-545X（2009）05-0156-02     广西是我国甘蔗糖的产糖大省，拥有为数众多的蔗糖生 产企业。甲糖（通常称为白砂糖）分离，是采用离心机将颗粒状 的白砂糖晶体从糖膏中分离出来，是蔗糖生产的工序，。 目前用于蔗糖分离的设备，有国产或进口的全自动、半自动及 手动型离心机。其中手动型上悬式离心机由于价格低廉，结构 简单，在广西蔗糖生产企业拥有量比较大，ZL-1200型是典型 的型号之一。为降低劳动强度，提高产品质量，提高生产可靠 性及生产效率，我们对这类机器进行了自动化改造。     1.ZL-1200型上悬式离心机结构与使用特点     上悬式离心机有多种机型，根据转鼓形状可分为平底和 锥底两种；根据卸料方式可分为重力卸料、人工卸料、机械刮 刀卸料三种；根据驱动方式可分为多速电机、直流电机、变频 调速、电阻变速等多种；操作控制方式也有电气、气液、机械等 多种方式。适用于分离中等颗粒（当量直径0.1~1.0 mm）固相 的悬浮液，如砂糖、味精、葡萄糖、盐类以及聚氯乙烯树脂等， 广泛用于化工、制糖、轻工等工业部门。     ZL-1200型属于锥底、重力卸料、多速电机拖驱动、气动 执行机构的手动操作型立式间歇离心机。其作业部分是一个 吊篮，由多速电机驱动实现多档（包括空挡，一般为4档）速度 的切换。     手动操作的工作程序是：启动电机到档转速，用冲水 管清洗筛网，然后打开进料开关，开启糖膏闸门进料，进料足 够后，关闭进料开关进行分蜜，一段时间后切换到第二档转速 继续分蜜并洗水（水温70~80℃）。离心机在完成生产循环过 程中，有两种不同含糖量的蜜汁需要收集，水洗前分离出的为 较高含糖量的原蜜，蜜水分离机构由气缸置位为“原蜜”收集 状态，洗水时需将蜜水分离机构从“原蜜”转换到“洗蜜”状 态[1]。通过观察砂糖色泽决定洗水时长，之后换到第三档转速， 用高温水蒸汽进行汽洗，汽洗完成后连续分离若干分钟，然 后逐级退档到档转速并刹车，打开卸料开关，气缸提起篮 罩，甲糖在重力作用下卸料到离心机下部的振动筛，完成整个循环。一般每次进料约500 kg糖膏，一个操作循环约需3.5~5 min。     在生产过程中，冲洗滤网、进料、水汽洗涤、分离等工序， 包括电机转速档位调节均由人工控制，操作的时间长短一般 根据操作者的经验来判断，由于切入不同速度档位时，电机处 于不断加速、或减速状态，操作者还需根据不同速度来控制一 些动作的操作时刻，因此存在着劳动强度大、生产速度及产品 质量不稳定的诸多问题。     2 ZL-1200型离心机自动化改造方案     根据ZL-1200型上悬式离心机的结构和使用特点及不 足，我们对其进行了自动化技术改造。改造的思路是：保留并 完善手动操作；增加全自动运行模式；手动与自动可以转换并 可以在线修改运行参数；改造成本尽可能低。     2.1机械部分改造要点     原机的执行机构，大部分采用气缸作为驱动装置，如进料 闸门机构、刹车机构、卸料机构、蜜水分离机构等，少量直接手 工动作，如防滴斗、水洗汽洗阀等。实际改造时，对于气动的执 行机构，只需将原来控制气动阀的电信号，切换到PLC输出端 口即可。但由于原机使用的气阀门部分采用220V交流电，为 与PLC直接匹配，并减少输出端口数，改造时全部更换成二位 四通弹簧回位型24V直流控制气阀。     增加自动水洗回路：手动水洗时，可通过观察来调节洗水 的位置及时间长短，自动模式下难以实现类似于人眼观察的 检测，实际改造时，我们通过大量试验后制作了一条带5个高 压雾化喷头的洗水管，水洗阀门直接由PLC控制。 机械部分改造时，还增加了防滴门：由于糖膏的粘稠性， 进料门关断后，在进料闸门之后的导入槽中残存的糖膏，会不 断滴入吊篮，引起甲糖色值指标超标。手工操作时，一般使用 一个接盘，改造时，我们增加了防滴门机构，分离糖膏过程中 用防滴斗接住残存糖膏，在进料时通过气缸驱动防滴斗，将接 住的残存糖膏倒入吊篮。     2.2电气控制部分改造要点     （1）自动控制器的制作。分离机的使用工况比较恶劣，高 温水蒸汽及热水的使用，导致工作环境湿度大；糖膏中的蜜水 具有粘性和腐蚀性，容易造成控制元件失效；多速电机的频繁 换档，电磁干扰严重。为此，我们制作了一个全封闭的一体化 自动控制器，将所有控制器件置于其中，采用日本松下公司的 PLC作为核心控制器件，自动控制器操作面板上设置手动、自 动开关与旋钮，以及输入/修改运行参数的轻触按键。保持离 心机的多速电机拖驱动方式不变，由PLC控制系统来控制速 度档位切换；控制器通过屏蔽缆线与外部输入元件（如各执行 机构位置传感器）及输出元件（如各执行机构气阀线圈、水阀、 汽阀线圈）相联。离心机运行状态参数，如速度，时间等由液晶 显示屏同步显示。整机改造后，控制部分结构简单、操作明了、 方便。     （2）增加糖膏量测量装置。手动操作时，糖膏进入吊篮的 量，由人工观察控制，在自动模式下需要实现自动测量。一般 可以采用电极检测电阻变化，以及直接机械触发等原理，设计 糖膏量测量装置。电极式测量装置，因为受糖膏导电性波动的 影响，容易造成误动作；机械式因为直接检测糖膏位置，可靠 性高。我们设计了一款机械式糖膏量测量仪[2]，图1为糖膏量 测量仪安装示意图，测量仪装在离心机外壳5上，其探测板3 靠近吊篮4内壁，吊篮随轴1转动，使进入的糖膏因离心力作 用均布在吊篮内，随进料增多，糖膏增厚，糖膏线不断外移， 后与探测板接触，推动探测板绕转轴转动，带动感应块运动， 触发接近开关2，发出料满信号，PLC输出关闸信号，进料闸门在气缸驱动下关闭。调节探测板与吊篮内壁之间的距离，可以控制进入的吊篮的糖膏量。测量仪的检测状态置位与复位，由内部小气缸驱动完成。                       （3）增加电机测速环节。在多速电机顶部转轴处，安装两 块随转轴转动的铁质感应块，接近开关发出感应信号，由PLC 根据输入的脉冲计算出电机转速。在自动模式运行时，需要根 据电机的转速大小来控制速度档位及工序的切换。 完成电气控制与机械部分的改造后，即可进行试机。离心 机在自动模式下甲糖分离工艺与控制流程如图2所示。                        循环开始时，PLC接受现场主令信号、速度检测单元、位 置传感器等送来的信号，经逻辑判断，然后按编制好的工艺程 序发出指令，控制电机的转速及各执行机构，实现全自动循环 操作。一般先进行手动操作，机器运转正常后，在一个循环内 在线切入自动模式。其中，洗网时间长短视筛网堵塞情况调 节；洗水阀通电时，PLC同时输出信号给蜜水分离机构气阀， 将机构从“原蜜”转换到“洗蜜”状态；分离时间到后，根据速度 来控制电机减档档位的切换时刻，以免造成电机过热；卸料必 须保证在可靠刹车后进行。刹车可靠性的判断方法：刹车气缸 动作信号输出后，如果测速装置10（s可调）内测量数值不为 零，则系统认定刹车失败。     3.结束语     ZL-1200型上悬式离心机自动化技术改造，是我们与两 个试点糖厂的合作项目。改造后的离心机经反复试验运行，手 动及自动模式运行时均相当稳定，操作简单，极大降低了操作 工的劳动强度，显著提高了产品质量及生产效率。试点成功之 后，在广西各县市糖厂推广，取得很好的经济和社会效益。