车运原煤自动采样系统设计控制系统设计.docx
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车运原煤自动采样系统设计控制系统设计
车运原煤自动采样系统设计
（控制系统设计）
摘要
论文阐述了可编程控制器PLC在车运原煤自动采样系统中的应用。
主要介绍了车运原煤自动采样的PLC控制系统总体方案设计，设计出了硬件控制电路、软件程序梯形图
及指令表，并给出了系统组成框图和程序流程图。
我设计的是对汽车所运原煤进行采样的自动小车控制系统，实现小车的横向、大车的纵向移动以及采样螺旋探头的上升、下降过程。
系统采用可编程控制器控制。
采样工作过程如下：
当载运车辆到达采样点时，人工启动采样系统，采样小车先横向运行指定时间后停止，然后大车进行纵向运行，到指定位置时停止，螺旋采样筒旋转，采样头下降并旋转进入汽车煤层，到达一定深度后稍做停留，将车载原煤载入采样筒上方的采样斗中；然后采样头上升，大车小车后退回原位，采样头料门打开，煤样流入料斗，取样完成。
入厂原煤采制样装置是洗煤厂入厂原煤质量分析中的重要设备。
利用可编程序控制器，实现对入厂原煤采制样装置的自动控制，不仅简化了操作，而且提高了系统的可靠性。
关键词∶可编程控制器；采样系统；自动控制
Abstract
ThethesiselaboratedtheprogrammablecontrollerPLCincarcarryautomaticsamplingsystemofrawcoalofapplication.ThethesismainlyintroducedthetotalprojectdesignofPLCcontrolsystemthatthecarluckrawcoalautomaticallysample,designthehardwarecontrolelectriccircuit,softwareproceduretrapezoidchart
Andtheinstructiongage,andgivethesystemcompositionblockdiagramandtheprocedureflowchart.
WhatIdesignisanautomaticandsmallcarcontrolsystemthatsamplestotheautocarrawcoalprogresscarry,carryoutthesmallcaroftransversalandbigcartravelandsampletherisingthatscrewstretchforwardanddescendtheprocesslengthways.Thesystemadoptstheprogrammablecontrollercontrol.
Sampledtheprocessofoperateasfollows:
Whentransportthevehicletoarrivethesamplingspot,theartificialstartsamplingsystem,samplethesmallcartotraversetherunningfirsttostopafterspecifytime,thenthebigcarprogresscirculateslengthways,whilearrivingtospecifytheplacestop,thescrewsamplingtuberevolution,sampletheprinipaltodescendandrevolveintothecoalseam,coalbedofautocar,maketostopoverslightlyafterarrivingthecertaindepth,carrycarthesamplingbucketthattherawcoalloadsintosampleontheaboveofthetube.Thensampletherisingofprinipal,thesmallcarofbigcarrecoiltoreturntohomeposition,samplingtheprinipaltoanticipatethedoortoopen,thecoalsampleflowsintoanticipatethebucket,thesamplingcomplete.
Gointotherawcoalofplantadoptstomakethekindapparatusisimportantequipmentsthatwashesthecoalplanttogointotheplantrawcoalmassanalysis.Makeuseoftheprogrammableprefacecontroller,carryouttoadopttheautomaticcontrolofmakethekindapparatustowardsgoingintotherawcoalofplant,notonlysimplifiedtheoperation,butalsoraisedthesystemreliability.
Keywords:
ProgrammableLogicController；Samplesystem；Automaticcontrol
摘要…………………………………………………………………………………ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………ⅱ
目录…………………………………………………………………………………ⅲ
绪论…………………………………………………………………………………1
第一章车运原煤自动采样系统总体方案设计…………………………………2
一、总体方案确定……………………………………………………………2
二、设计采制样装置及其主要设备…………………………………………7
第二章车运原煤自动采样控制系统设计………………………………………11
一、采制样装置的PLC控制系统组成……………………………………11
二、PLC的工作原理和结构组成……………………………………………11
三、PLC的选择………………………………………………………………15
四、CPU模块型式及电源模块型式规格选择………………………………20
五、变频器的选型……………………………………………………………22
第三章车运原煤自动采样软件系统的设计……………………………………28
一、建立I/O地址分配表……………………………………………………28
二、端子接线图………………………………………………………………29
三、程序流程图………………………………………………………………29
四、PLC程序设计…………………………………………………………31
五、PLC控制系统抗干扰能力………………………………………………38
结论…………………………………………………………………………………41
致谢…………………………………………………………………………………42
参考文献……………………………………………………………………………43
附录…………………………………………………………………………………44
一、英文资料及中文翻译…………………………………………………………44
二、梯形图…………………………………………………………………………59
绪论
一、本论文研究的目的和意义
随着计算机技术的飞速发展，计算机在工业自动化领域中的应用越来越广泛。
可编程控制器就是其中的佼佼者，它以其卓越的性能，高可靠性、能在恶劣环境下工作、维修使用方便、通讯、组网功能强和具有较高的性价比等特点，被广泛的应用于工业控制中。
火力发电厂、港口和煤矿等部门都要对出入煤的质量进行分析,分析检验结果作为生产成本核算、控制锅炉工况或作为商品煤结算的依据。
煤的质量分析包括采集样品（采样）、制备试样、分析。
用少量的样品的分析结果代表一批煤的质量必然会有偏差。
此偏差由采样偏差、制样偏差和分析偏差构成,其中采样偏差最大。
因此,分析结果的精确度,很大程度上取决于所采样品的代表性。
以前靠人工采样,很难保证样品的代表性。
分析偏差太大时还可以重新分析,而样品无代表性时,则往往由于煤已运走或已入锅炉烧掉而无法重新采样。
如果煤样品无代表性,则无论分析结果多么精确也毫无意义。
国家标准GB474规定了各种情况下煤的采样方法。
在流动的煤（煤流）中采样时,应将采样处煤流横截面上的煤全部采出。
汽车入厂煤采样机是针对运煤汽车采样而设计的机械化采样设备。
该设备集采样、破碎、缩分、集样于一体、结构合理、运行可靠、操作方便。
采样制样工艺过程符合GB474，GB475国家标准。
适用于电厂、煤矿、煤码头等进行煤质检验采样的场合。
汽车入厂煤采样机主要由采样头、给料机、破碎机、缩分集样器、余煤处理系统组成。
首先由钻取式螺旋采样头提取煤样，通过密闭式给料机送放破碎机、破碎后进入缩分集样器，通过缩分的煤样进入集样器，多余的煤样由余煤处理系统反排回汽车或直接排回煤场。
采用本采样系统的优点有：
（1）.可实现全断面采样，保证煤样代表性；
（2）.采用专利破碎机，水份适用范围广，减少堵煤可能性；
（3）.一体化设计，结构紧凑，采样时间短；
（4）.半封闭结构，减少人为与环境因素的影响；
（5）.设备自动化程度高，维护简单。
通过本设计可以使整个系统不易堵煤、监测系统更加趋于完善，程控特性更好，且易于安装和维护。
二、论文研究的主要内容
设计对汽车所运原煤进行采样的自动小车控制系统，实现小车的横向、大车的纵向移动以及采样螺旋探头的上升、下降过程。
系统采用可编程控制器进行控制。
具体内容如下：
1车运原煤自动采样系统总体方案设计；
2车运原煤自动采样控制系统设计；
3设计控制系统硬件，包括控制器选型设计和控制接线图；
4控制系统软件设计，包括程序流程图和系统控制软件。
第一章车运原煤自动采样系统总体方案设计
车运原煤自动采样系统总体方案的设计应包括以下内容：
采制样装置结构型式的确定，采制样装置基本组成、采制样装置工作原理、采制样装置主要设备的技术参数及机构的选择等内容。
一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。
一、总体方案确定
（一）概述
煤的计量及其机械自动采制样是火力发电厂实现计算煤耗的前提，电力部颁布的《火力发电厂按入炉煤量正平衡计算发电煤耗（试行）》中指出“机械自动采样装置是目前唯一能够采到具有代表性样品的手段”。
入厂煤机械自动采制样装置中机械结构设计新型实用，整体结构布局通畅，选取的技术参数合理，工艺调节方便，适应范围广。
适用于火力发电厂的入厂煤采样及其它类似场合。
机械可长期稳定运转，不堵煤，采样后的子样代表性强，满足现场实际需要。
该装置作为现代化采制样设备，可为电厂，煤矿等有关单位提供煤质检测和监督的可靠依据，并且有助于燃煤管理的科学化和规范化。
电气控制部分采用目前国际上流行的可编程控制器作为主控元件，在设计思想上力求与国际接轨。
因此，可靠性显著增强，控制性能大为提高，而且具有智能化的优点。
该设备采样技术及工艺过程完全符合《GB475-96商品煤样采取方法》的规定，制样方案完全符合《GB474-96煤样的制备方法》
图1-1入厂煤机械自动采样装置示意图
（二）采样装置结构型式
入厂煤机械自动采样装置依靠来煤运输方式可分为汽车采样装置和火车采样装置。
而根据具体结构不同分为悬臂式，行车式；火车采制样装置根据跨车轨道数分为跨双轨龙门式，跨单轨悬单轨龙门式，悬双轨龙门式及其它派生结构。
悬臂式汽车采制样装置为人工选点自动采制样，其它型式采制样装置均为全自动采制样。
可选用工控机控制并进行软操作。
本设计采用的是行车式汽车采样装置。
（三）采样装置基本组成
不论汽车采制样装置还是火车采制样装置，都由采样系统，制样系统，余煤返回系统和控制操作四大部分组成。
采样系统主要由螺旋采样头，螺旋采样头升降机构，采样选点机构等组成；控制操作系统主要由控制系统，操作系统，检测系统等组成。
1．大车行走机构
它主要由大车、车轮及导轨等构成。
2．小车行走机构
它主要由小车、车轮及导轨等构成。
3．螺旋采样头
该机构主要由液压驱动马达，轴承座，采样管，采样螺旋叶片轴，料仓，破碎刀头组成。
4．限位开关等
如：
大车限位开关，小车限位开关，螺旋采样头升降限位开关等。
5．驱动电机
大车行走机构的驱动电机，小车行走机构的驱动电机，螺旋采样头正反转的驱动电机，螺旋采样头升降的驱动电机等。
6．PLC控制系统
采用可编程器和工控机进行联合控制，可实现自动和手动两种工作方式。
图1-2入厂煤机械自动采样装置示意图
汽车采样系统分悬臂式、桥式、龙门式采样系统。
该系统是按有关标准规定选点采取煤样，并制成一定粒度要求供理化分析煤样的专用设备。
在预先设定的程序的控制下，实现自动运行。
图1-3入厂煤机械自动采样装置示意图
（四）采样装置工作原理
采样装置到达预定采样点后，选点机构自动锁紧，启动采制样系统，并由螺旋采样头降机构驱动至预设煤层深处开始采样，集料仓关闭。
到达采样深度后，螺旋采样头回至上部极限位置，选点机构行至放料点，集料仓自动开启，煤样经过给料机构送到制样系统内，经过破碎缩分，所需煤样进入集样瓶，余煤经过余煤返回系统排出。
同时采样头放完煤样后，又返回到所设点，准备下一煤车采样。
采样装置工作流程图见后。
图1-4采样装置工作流程图
二、设计采样装置及其主要设备
（一）采样装置重要技术参数
表1-1汽车采制样装置主要技术性能参数
序号
项目
悬臂式
行车式
适用车型
5T-20T标准汽车
5T—20T标准汽车
1
适用煤水分
≤14%
≤14%
2
单点采样时间
≤60S
≤60S
3
制样粒度
≤6mm
或按用户要求
≤6mm
或按用户要求
4
缩分比
1:
4~1:
40
1:
4~1:
40
5
系统水分损失
≤1%
≤1%
6
集样瓶
换取方式
自动换取
自动换取
7
集样瓶数量
4个（标准）
4个（标准）
8
最大回转半径
3.7m（标准）
9
回转角度范围
±50°
10
大车行走距离
≤20m
11
小车行走距离
≤10m
12
执行标准
GB474、GB475
GB474、GB475
13
装机总容量
≤40KW
≤40KW
14
装置总重量
20T
18T
本设计选用的是行车式汽车采制样装置。
（二）采样装置主要设备的技术参数及机构特点
1.螺旋采样头
（1）液压传动式螺旋采样头
型号
采样头转速
液压系统压力
采样头驱动马达
YCT-250
200-300RPM
1.6MPa
10JM11-0.5
采样头根据螺旋垂直输送物料的原理设计而成，结构为液压螺旋钻取式，能用于煤面下较大深度的全面断面采样。
采样头头部装有破碎刀刃能适应冬季冻煤，对大煤块有破碎作用。
采用液压马达驱动螺旋采样头旋转，转速可调。
当有异物进入螺旋采样头使其实际扭矩超过额定扭矩时，螺旋采样头能自动停止转动，达到自我保护的目的，并能反转排除异物。
该机构主要由液压驱动马达，轴承座，采样管，采样螺旋叶片轴，料仓，破碎刀头组成。
采样头转速在一定范围内无级可调。
（2）电力传动式采样头
型号
采样头转速
采样头功率
采样头驱动减速机
JCT-250
200-300RPM
7.5KW
FAF77DV132M4
采样头根据螺旋垂直输送物料的原理设计而成，结构为电力螺旋钻取式，能用于煤面下较大深度的全断面采样。
采样头头部装有破碎刀刃能适应冬季冻煤，对大煤块有破碎作用。
该机构主要由SEW带电机减速机、轴承座、采样管、采样螺旋叶片轴、料仓、破碎刀头等组成。
本设计选用的是液压传动式螺旋采样头。
2.螺旋采样头升降机构
（1）电液推杆推动式螺旋采样头升降机构
型号
额定输出力
（KGF）
额定转速
（MM/S）
电机型号
行程
（MM）
推力
拉力
推速
拉速
XDGP2500-2000/80
2500
1900
80
100
Y100L-3-4KW
≤2000
电液推杆是一种机电液一体化的新型柔性传动机构，它由执行机构（油缸），控制机构（液压控制阀组），和压力源（油泵，电机等）组成。
接通电动机电源，通过控制电动机正反转，使双向油泵输出压力油，经液压控制阀送至油缸，实现油缸的往复。
从而带动螺旋采样头沿导轨升降，实现全煤层采样。
其升降速度一般为固定值。
（2）液压油缸推动式
压油站输出压力油，经液压控制阀送至油缸，实现油缸的往复运动。
从而带动螺旋采样头沿导轨升降，实现全煤层采样。
其升降速度在一定范围内无级可调。
（3）电动绞车驱动式
升降速度
驱动电机型号
减速机型号
刹车装置
100MM/（升）
70MM/S（降）
YDEJI32S-4/6
XWD6-59-3/4
有
通过控制电动机绞车正反转，带动绞车钢丝绳上下运动，从而带动螺旋采样头沿导规升降，实现全煤层采样。
其升降速度一般为固定值。
电液推杆推动式和电动绞车驱动式结构简单、可靠、控制方便；而液压油缸推动式需要配置液压站，控制较复杂，现场调试周期长。
本设计选用的是电液推杆推动式螺旋采样头升降机构。
3.选点机构
（1）桥式采样选点机构
速度
功率
减速机型号
刹车装置
大车行走机构
0.65M/S
2.2KW
BWY18-29
有
小车行走机构
0.32M/S
1.5KW
BWY22-59
有
采用桥式行车梁箱式结构，此种方式能实现全自动随机选点。
（2）回转式
速度
功率
减速机型号
刹车装置
回转机构
1RPM
0.75KW
BLY2215-43*11
有
小车行走机构
0.3M/S
1.1KW
FA47DT90S4BMG
有
通过回转机构的小车行走机构的运动来实现采样选点。
此种方式需人工操作选点。
本设计选用的是桥式采样选点机构。
（三）SDCY型采制样装置介绍
1概述
SDCY采制样装置是在吸收国外先进经验基础上，根据国内工业现状设计的系列产品，它实现了采取具有代表性子样的目的。
该采样装置根据使用不同，可分为皮带机头部、中部采制样系统和汽车、火车螺旋采制样系统。
整个系统不易堵煤、报警监测系统完善，程控特性好，且易于安装维护。
2采样系统
采样系统的工作过程一般如下：
初级采样机按所编程序每隔一定的时间间隔采集一次子样，子样被放入样品给料机上，给料机将初级样品连续均匀地输入破碎机，破碎机按规定的粒度要求进行破碎，破碎后的物料经过初级采样机进行二次采样缩分，最终样品进入样品收集器内，系统中的余料经处理设备返回到物料流中。
3汽车螺旋采制样机系统优点
可快速、可靠地采样，小时取样能力高达30车；
设计坚固、紧凑的结构，可使维护量减到最低限度；
全部预先安装接线，并经过严格的检测，可节省现场装配费用；
可保证均匀的给料流量和减少煤尘及堵塞问题；
一至两个采样点，可使余料降到最低限度。
第二章车运原煤自动采样系统控制系统设计
一、采样装置的PLC控制系统组成
（一）电源
动力回路：
交流380V三相50HZ
控制回路：
交流220V单相50HZ
采制样设备采用独立的配电系统，系统装有欠压、短路、过载、缺相等保护装置，具有良好的短路，过载及保护功能。
装置的设备之间装有可靠的联锁及互锁功能。
控制系统采用PLC进行编程控制，系统具有现场手动和远程自动控制两种方式。
现场手动用于调试，维修和单机启动。
当选择自动工作方式时，采制样装置设备可按规定程序自动启动和停止，自动采制样品；也可以选择解锁，由操作人员根据现场实际情况，有选择的启动，停止采制样系统。
控制系统具有自动检索设备工作状况的功能，系统根据设在设备上传感器的信号，自动检查设备工作正常与否，有故障即可报警。
报警后鼓掌处上部设备即可停机，下部设备按程序延时停止，防止堵煤。
电气柜面板上设有用调整采样及缩分间隔的定时器，可根据不同煤种改变定时器的设定，使PLC自动调整系统工作，确保采样的子样数，样品质量符合有关规定。
（二）操作方式
电气控制系统采用可编程器和工控机进行联合。
可实现自动和手动两种工作方式。
自动工作方式：
将电气柜控制面板上工作方式选择开关置于自动状态，按一下系统启动按钮，制样系统自动按顺序启停。
启动过程完成后，如有汽车进入采样位置，再按一下系统启动按钮，采样系统即自动定位、自动采样，然后自动都退回原位放料，制样系统制完样后自动按顺序停机。
手动工作方式：
将电气柜控制面板上工作方式选择开关置于手动状态，
所有设备均需用相应操作开关启停，此方式用于平时维护和检修。
二、PLC的工作原理和结构组成
（一）硬件组成
PLC生产厂家很多，产品的结构也各不相同，但它们的基本构成相同，都采用计算机结构，如图2—1所示。
由图可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。
图2-1PLC结构示意图
1.微处理器（CPU及其存储器）
PLC是一种数字运算的电子设备,它专为工业环境下应用而设计,微处理器及其存储器是PLC的心脏和管理、指挥中心.系统程序是由厂家编好并存入系统存储器中,接受用户通过外设输入的用户程序,并将它们存于用户程序存储器中.进入运行状态,操作系统先进行自我诊断,通过后转入用户程序运行.经过逻辑运算、算术运算等操作.并通过数字式,模拟式的输出控制各类型的相关设备或生产过程。
CPU的主要功能：
（1）接收输入信号，并送入存储器存储起来；
（2）按存入指令的顺序，从存储器中取出用户指令进行翻译；
（3）执行指令规定的操作，并将结果输出；
（4）接收输入、输出接口发来的中断请求，并进行中断处理，然后再返回主程序继续顺序执行。
2．存储器
存储器主要功能是存放程序和数据。
程序是PLC操作的依据，数据是PLC操作的对象。
根据存储器在系统中的作用，可分为系统程序存储器和用户程序存储器。
（1）系统程序存储器。
系统程序是指对整个PLC系统进行调度、管理、监视及服务的程序，它决定了PLC的基本智能，使PLC能完成设计者要求的各项任务。
系统程序存储器用来存放这部分
升级会员 