车运原煤自动采样系统方案设计（含CAD图纸）
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44 附 录 一 英 文 资 料 及 中 文 翻 译 45 of is of or as it to a as a of of to of to of to is to of is OM is of of or is ”)” be to ) or of to ” () or to s by is by on of is of It is an of 2. of of is of or as it to a 46 (A its or we of 0 50 we in to by of as as in of as a of of to OM so be of it of in of to in to on a of A to to of to of to is to of is of of on is an of is OM by of as is of of or 47 is ”)” be to ) or of to ” () or to ,3 is of OM in to up of to A a of to is of or is by or of to a as by to is as of s by is by on is by on of is up of is of is by is of It is an of 48 to be at a at of is if of as of in of of As to of a by a of to a is at A a is . of as as an of tu of of a in of is is in is of is . by A of is of is to as to as to a of , 1. of 2. of 49 3. of be if it is to a 28m 0% of be at a 50 of is on of in to of a is on It is in a of of by or of is by of to At 1) is 1 in a (2) is on 73) of a in is by a of of or a as by of by on of 1%. n in on to be in a to by in A of is on be as of as a a if in is a in It an to in a in of of an in in of in to of a is on It is in a 51 of of by or of is by of to At 1) is 1 in a (2) is on 73) of a in is by a (1) 2) of 3) of of in is of of It to of in in of in be by of to or of of in in in of of of to OM to of a of on of 0 5 of to to or to As a of a to on a of at 5%20%. If a of to a in an of as 3o 0 in in in 0% at of a of in of be at 52 of of or by of in of a by of e. g., or to e. g., a as by of by on of 1%. of to to of , 5to 7to It is a to 53 选煤概述 和 煤的可选性 摘要 煤炭加工选煤概述简单说来，选煤就是把原煤（即开采后未经加工含有各种杂质的煤）。商品煤是具有一定质量规格的产品，它能满足燃烧，液化气化等方面所不断提高的技术要求。现在开采的煤是五千万到三亿五千万年前的植物沉积而成，所形成的水平层状物称之为煤层，厚度不一，从数英寸到数百英尺。煤层中经常夹杂着厚度不等的页岩，粘土砂岩，有时还夹杂 石灰岩等沉积岩。从选煤的角度来说，这些和煤结合在一起的夹杂物称之为杂质。三级加工 选别中等粒度（ 1/2 英寸 1/2 毫米）的原料煤，小于 1/2 毫米粒级的则归入精煤（大于 1/2 毫米）或送往他处。 原煤可选性的研究主要是为了决定在某一比重下可能获得的产品数量和洗选的难以程度，并确定入洗煤的粒度。如果把选煤看成是从一块块的煤中除区杂质，而不是根据成吨的煤去考虑问题，就能比较清楚的理解粒度分析的重要性。粒度越小，选煤难度越大，成本越高。在可选性研究的试验程序开始之前，通常是先取出经破碎达到规定粒度上限的煤样，然后用 各种筛子进行筛分。各粒级产物要分别存放，以便进行可选性评定。表 1 所示为入料粒度的典型分析。表中列出了各粒级产物的重量百分数灰分硫分和发热量，分本级和累计两项。先配好重液，准确调节其比重，然后对各粒级产物进行浮沉试验，从比重最小的重液开始。每一级重液中的浮起物要称记重量，下沉物移入较高比重的重液，依次进行，直到获得个级比重物为止。表 2 为表 1 中产物的浮沉实验结果。由于工业上处理的粒级范围较广，经常把某些粒级浮沉试验结果加以适当组合，形成综合结果。 近年来，由于支付选煤成本所需的额外费用不能在萧条的煤炭市场上回收 ，美国的现代化选煤厂一直处于停产状态。在竞争性的市场上，用户往往首先根据按能量计算最低价格（即每百万英热单位包括交货费用在内的价格）的方法判断他们是否要购买。其次是判断按煤的性质决定的使用价值。煤的性质比较复杂，它包括灰分，灰的组成及熔点，固定碳，硫分，破碎和磨碎特性等各项因素。考虑了这些因素以后，还会改变最初的判断，但按一般规律来说，只有在使用中如能明显地节约费用，才能认为选煤这项额外费用是合算的。 然而，热值并不是选煤中应加以控制的主要方面。它与灰分和水分呈近似的线性关 54 系，但是在原煤中大块岩石被拣除后， 产率和灰分之间变成非线性关系，一般的规律是降低灰分就要增加热值回收率的损失。选煤中的产率损失是影响选煤总成本的最大项。由于选煤厂的规模乃至基建投资是以处理原煤的能力为基础的，因此产率损失对投资费产生最直接的影响。虽然构成选煤厂的各个项目并非全部都直接涉及选煤设备的处理能力，但通常人们认为随着工厂规模增大，投资费反而减少。按惯例，还本期很长，一个燃煤的厂的还本期为 30。 关键词 ： 煤炭加工 选煤 原煤可选性 简单说来，选煤就是把原煤（即开采后未经加工含有各种杂质的煤）。商品煤是具有一定质量规格 的产品，它能满足燃烧，液化气化等方面所不断提高的技术要求。 现在开采的煤是五千万到三亿五千万年前的植物沉积而成，所形成的水平层状物称之为煤层，厚度不一，从数英寸到数百英尺。煤层中经常夹杂着厚度不等的页岩，粘土砂岩，有时还夹杂石灰岩等沉积岩。从选煤的角度来说，这些和煤结合在一起的夹杂物称之为杂质。 最初，选煤是用一系列设备如破碎机给料机筛分机等来控制煤的粒度。其中手选皮带是靠视力检查原煤，利用人工拣除那些明显的矸石。在 i 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 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 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 he LC in of of LC nd is an to of of as to to to to to of to in to on of of of to to to to in to Go of to is to go of to of of 录 摘要 目录 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 制系统 组成 11 二、 工作原理和结构组成 11 三、 选择 15 四、 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、 序 设计 31 五、 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 1 车运原煤自动采样系统设计 摘要 论文 阐述了可编程控制器 统中的应用。主要介绍了车运原煤自动采样的 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 2 he LC in of of LC nd is an to of of as to to to to to of to in to on of of of to to to to in to Go of to is to go of to of of 3 目 录 摘要 目录 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 制系统 组成 11 二、 工作原理和结构组成 11 三、 选择 15 四、 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/ 28 二、 端子接线图 29 三、 程序流程图 29 四、 序 设计 31 五、 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 4 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 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 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)证煤样代表性； (2)份适用范围广，减少堵煤可能性； (3)构紧凑，采样时间短； (4)少人为与环境因素的影响； (5)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。 5 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 品煤样采取方法的规定，制样方案完全符合 样的制备方法 图 1入厂煤机械自动采样装置 示意 图 6 （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 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。 7 图 1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 。 8 图 1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。 9 图 1采样装置工作流程图 10 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 5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 6或按用户要求 6或按用户要求 4 缩 分 比 1:41:40 1:41:40 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 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 3 装机总容量 404014 装置总重量 20T 18T 本设计选用的是 行车式汽车采制样装置 。 11 （二） 采 样装置主要设备的技术参数及机构特点 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 00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 00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 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 。 （ 1） 电液推杆推动式螺旋采样头升降机构 型号 额定输出力 （ 额定转速 （ ） 电机型号 行程 （ 推力 拉力 推速 拉速 0 2500 1900 80 100 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 12 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 100升） 70（降） 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 。 （ 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 小车行走机构 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 11 有 小车行走机构 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） 制样装置 介绍 1 概述 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。 13 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。 14 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 制系统 组成 （一） 电源 动力回路：交流 380V 三相 50制回路：交流 220V 单相 50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 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 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、 （一） 硬件组成 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 央处理器）、存储器、输入 /输出接口电路、电源、外设接口、 I/ 15 图 2 构示意图 1. 微处理器 (其存储器 ) 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 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。 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 作的依据，数据是 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 统进行调度、管理、监视及服务的程序，它决定了 基本智能，使 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程序。 （ 2）用户程序存储器。用户程序是用户在各自的控制系统中开发的程序，是针对具 体问题编制的。用户程序存储器用来存放用户程序，以及存放输入 /输出状态、计数 /定时的值、中间结果等，由于这些程序或数据需要经常改变、调试，故用户程序存储器多为随机存储器（ 16 备了系统程序，才能使用户有效地使用 统具备了用户程序，通过运行才能发挥 功能。 3. 输入和输出接口 输入、输出接口电路是 现场 I/O 设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为 够接收和处理的信号，将 出的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。因此，它不仅能完成输入、输出接口电 路信号传递和转换，而且有效地抑制了干扰，起到了与外部电的隔离作用。 （ 1）输入接口电路。输入接口一般接收按钮开关、限位开关、继电器触点等信号。 （ 2）输出接口电路。输出接口电路按照 类型不同一般分为继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型三类，以满足各种用户的要求。 4电源 电源电路是将交流电源经整流、滤波、稳压后变换成供 中央处理、存储器等电子电路工作所需的直流电压。为保证 作可靠，一般采用的是开关型稳压电源，其特点是电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。 5. 通信接口、系统总线 通信接口是人与 行信息交换的窗口和桥梁 ,通过它与计算机编程器等相连接 ,可以将用户程序送到 用户程序存储器中 ,从而实现编程、调试、运行、监控等功能 . 系统总线把各独立的功能模块相互联结起来 . （二） 软件组成 制系统的软件主要由系统软件、应用软件、编程语言和编程支持工具软件等组成 。 （三） 工作原理 用一种叫做循环扫描的工作方式 ,在系统软件的支持下 ,用户程序逐行进行解释并加以执行 ,直到用户程序结束 ,然后再返回程序的起始点又开始新一轮的扫描 . 扫 描一次用户程序的时间即扫描周期一般为 0. 1十 等 . 但其结果使人感觉到的效果如同继电器控制屏一样 . 工作方式为循环扫描方式。 工作过程大致分为 3 个阶段，即输入采样、程序执行和输出刷新。 复的执行上述 3 个阶段，周而复始。每重复一次的时间称为 一个扫描周期。 （ 1）输入采样 系统程序控制下以扫描方式顺序读输入端口的状态（如开关的接通或断开），并写入输入状态寄存器，此时输入状态寄存器被刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容 也不会改变。输入状态的改变只能在下一个扫描周期输入采样到来时，才能重新读入。 17 （ 2）程序执行 照梯形图先左后右，先上后下的顺序扫描执行每一条用户程序。执行程序时所用的输入变量和输出变量，是在相应的输入状态寄存器和输出状态寄存器中取用，运算的结果写入输出状态寄存器。 （ 3）输出刷新 将输出状态寄存器的内容传送给输出端口，驱动输出设备，这才是 实际输出。 上述三个阶段构成了 一个工作周期。实际上 扫描工作还要完成自诊断，与编程器、计算机等通信，如图 2 2 所示。如此 5 个工作阶段，构成了 一个扫描周期。一般扫描时间长短主要取决于程序的长短，通常扫描周期为几十毫秒。 图 2（四） 性能和特点 由于引入了 使系统较原系统具有如下优点 : (1) 电控系统中的继电器逻辑关系均可用编程器结合指令进行程序的编制 ,而且梯形图与控制电路图之间的转换十分方便 ; (2) 在不增加硬件的前提下 ,可增加许多种保护 ; (3) 外线路控制执行继电器少 ,便于维护 ; (4) 系统内部故障可以直接在触摸显示屏或编程器上查出 ,处理方便 ; (5) 主控台能准确提供行程、速度、油压等数据 ,便于司机观察 ; (6) 控制精度高、扩展功能强。如需对系统的功能及参数进行改变 ,无须更改硬件接线 ,只要修改内部程序即可 ,真正实现了柔性控制。 （ 五 ）编程语言 专为工业自动控制开发的装置。为利于推广普及，通常 采用计算机的编程语言，而采用梯形图语言、助记符语言。除此之外，还可以使用逻辑功能图，而采用梯形图、逻辑方程等。有些 1 梯形图语言 作为一种图形语言，它将 具有特定功能的命令用专用图形符号定义，并按控制要求将有关图形符号按一定规律连接起来，构成描述输入、输出之间控制关系的图形。这种图形称为 形图表示的并不是一个实际电路，而是一个控制程序。 形图中的继电 18 器是广义的，除了有输出继电器线圈、内部继电器线圈，而且还有定时器、计数器以及各种运算等。 形图中继电器的触点对应的是存储器的存储单元，在整个程序运行中是对这个信息的读取、可以多次重复使用。因此可认为 继电器”有无数个常闭或常开触点供用户使用，没有使用寿命的限制，无 需用复杂的程序结构来减少触点的使用次数。 形图是串行工作方式，按梯形图先后顺序自左至右，自上而下执行，并循环扫描，不存在几条并列支路电器同时动作因素。如果逻辑继电器状态改变时，其许多触点只有被扫描的触点才会工作。这种串行工作方式可以在梯形图设计时减少许多有约束关系的连锁电路，使电路设计简化。 2 助记符语言 助记符语言类似于计算机的汇编语言。它采用一些简洁易记的文字符号表示各种程序指令，与梯形图语言相互对应，而且可以相互转换。梯形图语言虽然直观、方便、易懂，但必须配有较大的显示器才能输入图形，一般多用于 计算机编程环境中。而助记符语言常用于手持编程器，可以通过输入助记符语言在生产现场编制、调试程序。 助记符语言包含 2个部分，即：操作码、操作数。操作码表明该条指令应执行的操作种类，如数据传送、算术运算、逻辑运算等；操作数一般由标识符和参数组成。标识符表明输入继电器、输出继电器、计数器、定时器等；参数可以是一个常数，如计数器、定时器的设定值等。与计算机相比， 硬件、软件体系结构都是封闭的，而不是开放的。因此，各厂家生产的 令系统并不一致，使 不兼容。 三 、 选择 随着 推广普及， 品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的 品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。 品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择 于提高控制系统中的应用起着重要作用。 根据 构形式的不同， 要可分为整体式和模块式两类。 模块式结构的 由一些模块单元构成，如 块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块等，将这些模块 插在基板上即可。各模块功能是独立的，外形尺寸是统一的 ，可根据需要灵活配置。因此，较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式的 据 系统 的控制要求可以得知需设置 26 个输入量 ， 16 个输出量 ，选用输入点数为 48、输出点数为 32 的 可编程控制器即可满足要求。 因此，选择为模块式的 输入器件和 可编程控制器输入点的分配如 表 所示。 19 表 2输入 信号 序号 名称 符号 1 半自动 自动 系统启动 系统停止 大车原位 1 大车计数 小车原位 小车计数 采样头原位 0 螺旋采样头计数 1 汽车定位开关 2 电铃按钮 3 急停 4 大车前进把手 5 大车后退把手 6 小车前进把手 7 小车后退把手 8 采样头上升把手 9 采样头下降把手 0 采样头料门开把手 1 采样头料门关把手 2 采样头正转按钮 3 采样头反转按钮 4 过载保护 5 大车原位 2 6 破碎选择 20 表 2输出 信号 （一）机型选择 型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。 在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的 它情况则最好选用模块式结构的 对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此， 选用带转换、转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。 而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现 算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全 分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象 。 对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的 块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于 其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台 成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。 序号 名称 符号 1 采样头料门开 采样头料门关 电铃 B 4 大车前进 大车后退 采样头下降 采样头上升 采样头正转 采样头反转 0 小车前进 1 小车后退 2 挡车器抬 3 挡车器放 4 电源 5 大车后退破碎 6 大车后退不破碎 21 （二） 输入输出的选择 的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过 I 通过 I 以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过 I 而驱动各种执行机构来实现控制。 部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误 , 根据实际需要，一般情况下， 括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择 。 1 确定 I O 点数 根据控制系统的要求确定所需要的 I O 点数时 ， 应再增加 10 20的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同， I O 点数也有所不同。 2 开关量输入输出 通过标准的输入输出接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开关）设备（如指示灯、报警器等）接收信号。典型的交流输入输出信号为 24 240，直流输入输出信号为 5 240。 尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除错误信号的抖动电路；免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。 3 模拟量输入输出 模拟量输入输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测 量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为 1010、 0 10、 4 20或 10 50。 从上面分析可以知道，系统共有开关量输入点 25个、开关量输出点 15 个：模拟量输入点 1个，模拟量输出点 1个。参照欧姆龙系列产品目录及市场实际价格，选用主机为 上两台输入扩展模块和一台输出扩展模块。这样的配置是最经济的。 22 （ 三 ） 存储器类型及容量选择 储容量 则随机器的大小变化，一般小型机的最大存储能力低于 6，中型机的最大存储能力可达 64，大型机的最大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。 据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照 相应的公式来估算。为了使用方便，一般应留有 25 30的裕量，获取存储容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存 储容量。 在本设计中，由于 环境条件较 差， 维修量较 大， 所以 选用模块式结构的 本系统是 以开关量控制为主、带少量模拟量控制的项目，其控制速度无须考虑，因此，选用带转换、转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。 根据控制系统的要求确定所需要的 I O 点数 分配 为 ： 输入点数为 26、输出点数为 16。所以，选用输入点数为 48、输出点数为 32 的 的模块式 可编程控制器即可满足要求。 23 四、 块型式及电源模块型式 规格 表 2格 块型式 输入 /出点数 最大 128 控制方式 存储程序方式 输入 /出控制方式 循环扫描方式 /晶体管输出，中断处理 程序语言 梯形 图 方式 指令长度 1 步 /1 指令， 14令 指令种类 118 种（基本指令 14 种，应用指令 104 种） 指令处理时间 基本指令 令： 令：用指令数 10令： 序容量（内藏 用户程序记忆： 料记忆： 6断输入 4 点（ 停电保持功能 保持电驿（ 助电驿（ 料记忆（ 时（ 容保持 电池寿命 电池有效期 5 年 没有通电时记忆时间因周围温度不同有差异 电池有异常时灯会亮，请在一周内更换（更换电池时间： 5 分钟内） 自诊断功能 常（ 记忆复查、 I/O 查、电池异常 上位 常、 常 表 2输 入 模块 规格 类别 入 型式 1 型 输入点数 16 点 输入电压 0%输 入电流 5 10他 6入稳定性 5 其他 动用电压 压 最小 压 最大 入应答时间 应 8下 应 8下 绝缘方式 光电耦合方式 输入显示 部连接 端子台 共同点数 16 点 /共用 24 表 2输出模块 规格 类型 型式 输出点数 最大开关能力 最小开关能力 输出响应时间 输出显示 外部连接 漏电电流 1共通点数 保险丝 外部供给电源容量 内部消耗电流 (应 应 晶体管输出 16点 A(1) A(0,4 A(8A/模块 ) 00下 5下 子台 16点/共用 850表 2源模块 规格 电源模块型式 电源电压 /频率 40V 50/60许电压变动范围 耗电力 120下 电源输出容量 总共 30W 6A 缘阻抗 电源模块 部端子和 子间20M 以上 (在 耐电压 电源模块 C 2300 50/60分钟 ,漏电电流 10m 以后 电源模块 C 1000V 50/60分钟 ,漏电电流 20抗干扰 1500冲幅宽 100冲 (根据干扰模拟器 25 五 、变频器的选型 （一） 概述 变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。 20世纪 60年代以后，电力电子器件经历了 闸管）、 极可关断晶闸管）、 极型功率晶体管）、 属氧化物场效应管）、 电感应晶体
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