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目 录摘要-3Abstact-4 第 一 章 绪 论绪论-5 第 二 章 方案设计一 方案的选择-6（一）.方案一-6（二）.方案二-6（三）.方案三-6 第 三 章 机械结构设计二机械结构的计算-7 （一）.工作轴齿轮的计算-8 （二）.碎渣牙轮及碎渣座的计算-9 （三）.工作轴磨齿-11 （四）.受剪螺栓-13 （五）.磨齿的计算-14 （六）.碎渣牙轮齿数的计算-15 （七）.焊接强度的计算-16 （八）.轴的计算-17 （九）.轴承的计算-19 （十）.齿轮轮齿的计算-20 （十一）.大齿轮轮毂的计算-21 （十二）.弯曲疲劳强度的计算-21 （十三）.成型轴的表面挤压应力的计算-22 （十四）.小齿轮轴键的选择-22 （十五）.间隔环尺寸的确定-23 （十六）.轴承座固定螺栓的计算-24 （十七）.花键轴的计算-25 （十八）.轴承座的设计及其计算-26 （十九）.轴承的润滑-27 （二十）.联轴器的选择-27 （二十一）.侧板的计算-27 第四章 控制系统的设计一. 基本思路-29（一）.PLC基础知识-301 可编程序控制器-302 PLC的发展趋势-303 PLC的基本功能-304 PLC的特点-32 5 PLC的分类-32 6 PLC应用范围-33 7 PLC 的工作方式-33（二）. PLC机型的选择与系统控制 1 PLC的选型-36 2 PLC控制面版图-36 3 梯形图-36 4 指令表-37 5 电机的选型及其计算-38（三）.变频器的技术原理和应用-39 1 变频器的选型-41 2 主电路其他电器的选择-43 3 矢量控制及其原理-44 结 论-49 致 谢-50参考文献-51 附录（中英文翻译）碎渣机的系统设计摘 要 碎渣机是电厂炉渣破碎的主要设备,对炉渣的二次利用以及环境保护有重要的意义.碎渣机的机械结构对出渣粒度以及出渣效率具有决定性的作用.所以机械部分是整个设备的关键.碎渣牙轮及碎渣座又是机械部分的核心,其决定着出渣效率及出渣粒度.因工作过程中受到非稳定的冲击载荷故对轴的要求是较高的.因采用开式齿轮传动,且工作环境较为恶劣,故齿轮的加工要求也是较高的.所以采用调质处理使齿轮具有一定的韧性并且保持齿面具有较高的硬度.对于控制部分采用PLC与FU联合控制,并且采用有反馈式的矢量控制.这样可以使电机在过载或堵转时能完成正反转,并且可以使电机有较硬的机械特性,保证有较大的速度调节范围,以保证工作的稳定性.关键词:碎渣牙轮 碎渣座 开式齿轮 PLC FU 矢量控制 AbstractA technology that upgrade the slag crusherwhich used in the power planSlag crusher is the main equipment that crush the slag in the power plant .It has a great meaning in the recycle slag and the enviroment .The efficiency and the gain size are determined by the mechanical mechanism.So it is very important.But the crushers tooth and the boad which used with the tooth are the mechanical mechanisms heart.The efficiency and the gain size are determined by it.When it work ,the unstable stress is effect it.And the work enviroment is bad.So the gears surface is very hard.In the control systerm.PLC and FU are unite. There is rector control which has feedback.So when the electric machinery is over load or unrun,it can recover.And the electic machinerys characteristic is verygood.The scop of the speeds characteristic is very wide.So the electic machinerys work is steady.Key words: slag crusher. gear. control systerm 第一章 绪 论 一、简介 随着能源消耗的增大，电力供应势必 增大。而电厂产生的炉渣便是急需要解决的问题。由处理后二次利用即可产生经济效益，又保护了环境。在二次处理过程中，必不可少的机械设备便是碎渣机。碎渣机是电厂、锅炉碎渣的设备。也可用于建材、化工等松散物的破碎。在国内，由洛阳市宝环非标准设备有限公司生产的单辊碎渣机对传统的碎渣机进行了改进进一步提高了效率。国外，在碎渣机的破碎结构中，已采用了可调式双破碎板，对出渣粒度可随时调整. 碎渣机的机械性能以及控制部分的结构对出渣粒度及出渣效率有重要意义。现在电厂普遍应用的是单辊式或双辊式碎渣机。单辊式碎渣机体积较大且出渣率低等缺点。而双滚式碎渣机较好的克服了这些缺点。本设计即针对双滚式碎渣机进行了一些计算及对控制部分进行了设计。较先进的碎渣机已采用了叶片式结构。其在效率及在出渣粒度上有了较好的改进。但其硬度，强度方面都有一定的局限性。这里涉及的碎渣核心部分仍采用齿状。齿式碎渣牙轮设计、铸造方便，对大块炉渣适应性较好，有较好的剪切性能，但效率稍低。碎渣板采用交错槽形整体式铸造结构，约三分之一工作区域为剪切区域，三分之二区域为研磨区域。工作轴采用方形轴,可提高传递扭矩的能力，并且便于拆卸，表面抗挤压能力较花键轴有所提高。在传递相同转矩的情况下，成型轴抗压溃能力较花键轴有所提高。成型轴的加工工艺过程比花键轴要容易。箱体与轴间的密封采用水封，水封可减少细小炉渣进入密封圈的几率，从而减小轴的磨损，提高轴的疲劳强度。从节省材料及结构紧凑来考虑,轴承采用壁固定式，为减轻重量，节省材料，在满足工作强度的前提下侧壁采用中空铸造结构。为方便移动,四角采用钢轨轮式结构.减速器采用圆锥圆柱式减速器（国标）。连轴器采用滑块式联轴器（国标），可补偿对中误差且具有缓冲、减震作用。电机采用绕线式三相异步电机（国标）。控制部分基本思路为：启动后电机正转，若遇故障如堵转侧反转，反转若不成立侧停机。若反转成立 侧反转10s后正转。若正转仍不成立侧停机，若正转成立侧正转。电机的正反转用PLC与变频器联合控制，电机采用有反馈的矢量控制。优点：使电机有较硬的机械特性，有较大范围速度调节，动态响应能力强。变频器主电路中串入空气自动开关，便于断开主回路进行维修，串入继电器以便接通与断开主回路。因控制系统对PLC无通信等特殊要求采用三菱的 系列，变频器采用安川变频器，其他主电路元器件根据电机及变频器的各项参数来确定。 二、系列碎渣机1 、优质性能 SGS100-1 型 双齿辊式碎渣机利用二平行齿辊对煤渣有劈吸和挤压的破碎作用，应用在锅炉出渣装置中，它具有有下优点； 1 、效率高、传动平稳、噪音小、无泄漏 2 、有较强的超载和耐冲击性强，故障少 3 、带 7.5KW电机的 XWD型减速机配套供应 4 、随机附带必需的易损备用件 2、规格特性序号项目参数1碎渣能量湿渣35-40t/h2干渣18-28t/h3轴封水量154轴封水压0.8KG /cm25齿轮转速28 转 / 分6减速剂型号XWD 75-7-1/437电动机功率7.5KW本碎渣机适宜破碎煤渣。不能用于破碎转石，混凝土等硬物料。3、结构简介 SGS-100 的破碎力很大。可破碎近似石灰石强度的物料。 碎渣机由行星摆线针轮减速机用链条传动，链轮周围有防护罩，减速机不直接连接碎渣机而在旁侧并安置在抬高的水泥墩基上，防止出渣时灰土、蒸汽和水等的侵袭。 碎渣机的双轴由一对大模数的齿轮啮合，带动，二轴彼此成相对回转，齿轮由大链轮上的安全传动销带动，当轴的扭矩超出允许范围时，安全传动销便会立即被切断，大链轮就空转，保护减速机不致因超载而受损，故障消除后，换新传动销继续使用，方法简便迅捷。 轴二端采用双列向心球面滚子轴承，能自动调心，克服轴在安装或使用过程中的变形，齿轮端的轴承为固定端，轴受热后能沿轴向自由膨胀。 轴封材料采用 J形橡胶油封圈，它能防尘、防漏，结构简单，更换方便，对轴的压力小，不易磨损，消耗轴功率小，效能高。4、功能作用与技术特点碎渣机主要用于火电厂燃煤锅炉的煤渣破碎之用，也适用于建材、冶金、化工行业的块状松散物料的破碎。机体结构分为：Q型、V型、Y型分别适用于三种情况，从而更加合理。技术特点：齿辊由分体式齿板组装形成。其齿形在横截面上沿圆周呈渐开线分布且高低错落有致，对大块渣适应能力强，另外辊齿板磨损后易更换。钩型颚板嵌装在可调颚体上，不需要螺栓禁固，可自由调节出渣粒度。（限DS6020型）轴承座为剖分式，便于拆装辊轴、更换轴承。辊轴与机壳间“轴封”采用“多槽迷宫”式加“水封”式结构，比单一“水封”式更合理。齿辊及齿板为高耐磨材料浇铸形成，寿命长，可靠性高。设有可靠的安全保护系统，当异物卡塞时，可正反转交替反复三次，而后既能继续正常运转。如过载故障不能排除，可发出声光报警提示，并能断电停机。技术参数：序号项目参数1入口尺寸830*830mm2出口尺寸812*500mm3灰渣碎后粒度25-50mm4辊轴转速31r/min5出力有水冲无水冲60t/h20t/h6电机功率7.5kw7重量2500kg* 第二章 方案设计一. 方案的选择:（一）.方案一:工作轴为三根轴,轴1作用是把大块炉渣打碎,工作部分为磨齿.轴2与轴3为主要工作轴,作用是把1轴磨碎后的块状炉渣进一步研磨,工作部分采用倾斜叶片式安装.碎渣板采用槽型整体铸造式. 图11 优点:对炉渣进行二次破碎,破碎效果好.研磨部分采用叶片式.可保证研磨的连续性.且叶片式磨齿不仅叶片外部与碎渣板研磨,且背部在进入研磨区后也可研磨.提高了效率,减小了出渣粒度. 缺点:三根轴,提高了成本,增加了设计的难度,增加了箱体的复杂程度. （二）.方案二:在方案一的基础上去掉轴1,轴2与轴3研磨部分仍采用叶片式.碎渣板采用双側突出交错式整体铸造. 优点:叶片外部与背部同时研磨,且保证研磨的连续性,提高了效率. 缺点:对大块炉渣适应性较差,叶片易磨损,且叶片较难铸造,对铸造工艺要求较高. 图1.2（三）. 方案三：在方案二的基础上，把轴2与轴3的叶片改为磨齿。第三章.机械结构的计算：（一）.工作轴齿轮：输出轴（z1 n1）与工作轴齿轮（n2 z2）的传动比 如图所示: 图1.3若取7个齿，侧间隔环太宽，效率低。若取11个齿侧间隔环平均宽度为在工作一定时间后因磨损会变窄，若遇堵转现象，强度可能不足。综合以上分析，取九个齿.磨齿宽度：因出料粒度取齿两侧与碎渣板间隙为20mm.侧磨齿宽为30mm.故取槽宽为70mm.（三）.工作轴磨齿：25/min 15004=6000 15005=7500 6000+7500=13500 若出粒7吨/时 即7000kg/h 效率70%V= 侧 槽内半径为150mm 计算得 r=220mm当内半径150mm时 每小时出渣7吨，可满足题目要求 220-20=200mm当内半径减小侧磨齿增长。对大块炉渣适应性增强。综合考虑取内半径为120mm,间隔环外半径取100mm.工作轴圆心与碎渣槽中心重合，取碎渣座底面与底座垫板上表面持平，取碎渣座顶面距轴中心线垂直距离为50mm.取碎渣座高250mm,因取中心线到边沿为180mm.故取宽为360mm.取三分之一圆弧为剪切区域，约三分之二为研磨区。碎渣板底面螺栓的计算： 图1.4 对0点取矩得： -（2）求 -(1)式中 式中q=3528N.M 带入（1）式： 带入（2）式：（四）.采用受剪螺栓： 式中。 图1.5碎渣座托板焊接在侧壁上估计碎渣座质量因其为主要研磨结构选取材料为：铁种为：铸造用磷 、铜、钛低合金耐磨铸铁。铁号：NMI 22 “N” “M” “I” 分别为“耐” “磨“ “铸”的拼音第一个字母 22位平均磷含量的千分之几 si:0.2% Mn:0.05% s:0.004% p:0.06% Cu:o.o5%（五）.磨齿的计算：在工作的过程中，若某一磨齿突然被卡死。此时此齿受到的冲击载荷最大：把磨齿假象成一水平悬臂梁：此时=5038N.M 若考虑轴径及磨齿的倾斜侧扭矩定小于5038N.M计算时取5038N.M侧必满足要求。 图1.6 图1.7（六）.碎渣牙轮齿数的计算：若取三个齿： 1.38-80侧弦长为 ：若取四个齿：1.38-80弦长：0.22即可要入的最大块炉渣直径为260mm，因电厂出渣块较大，去四个齿不是很合适。综上分析，取三个齿。图1.8（七）.焊接强度的计算：1.托板厚度的确定：材料的选取：45钢 经退火 淬火 回火 处理 以增加刚度、强度、韧性及表面硬度。 取宽度为400mm.且宽度方向上全部焊接。 取20mm2. h 2 便于定位图1.9有计算结果可知，水平焊接体满足要求。故长度不做要求。取为30 mm.因固定螺栓为M20,所以取h为60mm.（八）.轴的计算： 碎渣牙轮宽50mm, 间隔环宽60+10+10=80mm 595-570=25mm 右侧预留5mm后 25-5=20mm轴径的初步计算： 式中c取98 轴材料取合金钢 查机械设计 表16.3得： 取d=120mm如图所示: 图1.0图1.11对 A点取矩： -2800（九）.轴承的计算： GB283-87 代号92324（中系列）轴承采用内圈右单挡边并带斜挡圈的圆柱滚子轴承内径120mm.外径260mm.额定动载荷430KN.额定静载荷353KN.预期使用寿命：1000025000h P= 查手册 基本额定动载荷：125KN 寿命： 轴承宽：55mm（十）.齿轮轮齿的计算： 齿轮材料均采用合金钢 因碎渣座宽360mm且两轴中心与碎渣槽中心重合，取节圆半径180mm.大齿轮节圆直径为180mm.取分度圆为节圆小轮：压力角 齿宽系数：取65mm. 取齿根高：齿顶圆直径：齿根圆直径：基圆直径：齿距：齿厚：齿槽宽：e=由于采用开式齿轮传动故在未产生疲劳疲劳点蚀前已经出现磨粒磨损，所以不需进行接触疲劳强度计算大齿轮、小齿轮、轴均采用40Cr合金钢（十一）.大齿轮轮毂的计算：（十二）.弯曲疲劳强度的计算：大齿轮：小齿轮：取大齿轮的值。模数： 为补偿磨粒磨损，增大10%后，取10mm.K=其中 当m=10时，其中 K=（十三）.成形轴的表面挤压应力计算: 小齿轮轮毂的计算:（十四）.小齿轮轴键的选择:由减速器可知 选平键 键长56mm 如图所示: （十五）.间隔环尺寸的确定: 轴1首末间隔环宽65mm,其余宽80mm. 内半径为成型轴 固取内半径为80mm.外半径R取100mm.如图所示: 图1.12轴及碎渣牙轮,间隔环的质量计算:(轴1)轴的质量计算为:碎渣牙轮的质量:4间隔环的质量:总重:(500+108+36+164)=7918N当堵转时: 受力如图：图1.13（十六）.轴承座固定螺栓的连接的计算:采用受拉螺栓的连接: 轴承座质量估算为20kg 其中其中由课本 得:螺栓材料取合金钢 12.9级 其中取带入上式得: d（十七）.花键轴的计算:因转矩较大 采用花键轴联接:取z=6 D=110mm d=100mmT=KZh花键的校核:式中 其中K= 如图所示： 图1.14（十八）.轴承座的设计及计算： d=120mm D=260mm 宽B=205mm. H=330mm 图1.15（十九）轴承的润滑：因采用圆柱滚子轴承，且值为120所以采用脂润滑由于是低速重载所以发热量较高，且采用水封并采用锂基脂（特点：锥入度大，所以较软，内摩擦阻力小。工作温度范围大-20-有较好的稳定性与抗水性）。减速器的选择：圆锥圆柱型减速器 ZBJ1902690 DCY型名义中心距 a=200mm M=175mm（二十）.联轴器的选择： 选用滑块联轴器（JB/ZQ4384-86）滑块联轴器具有补偿对中误差，减震、缓冲的作用。（二十一）.侧板的计算：为使结构紧凑侧板宽与轴长相符，箱体入口宽度为620mm.由轴的长度可确定a=365mm.由轴承座的宽度可定h=540mm.当堵转时力最大,为20082N.侧板厚度的校核：S为0.0584 铸造成空心如图所示： 图1.16第四章 控制系统的设计 一. 基本思路：启动后电机正转，若遇故障如堵转则反转，反转若不成立则停机。若反转成立则反转10s后正转。若正转仍不成立则停机，若正转成立则正转。流程图如下：图2.1电机的正反转用PLC控制，变频器采用有反馈的矢量控制。优点：使电机有较硬的机械特性，有较大范围速度调节，动态响应能力强。变频器主电路中串入空气自动开关，便于断开主回路进行维修，串入继电器以便接通与断开主回路。（一）可编程控制器的基础知识 1、可编程序控制器(Programmable controller)可编程序控制器简称PC，是近年来迅速发展并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置。早期的可编程序控制器在功能上只能实现逻辑控制，因此被称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic controller)，简称PLC。随着技术的进步，微处理器(Microprocesser Unit，即MPU)获得广泛应用，一些PLC生产厂家开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元，大大加强了PLC的功能，它不仅具有逻辑控制功能,而且具有算术运算功能和对模拟量的控制功能。因此，美国电气制造协会(National Electrical Manufacurers Asociation，简称NEMA)于1980年将它正式命名为可编程序控制器(Programmable controller)，简称PC。该名称已在工业界使用多年，但近年来个人计算机(Personal Computer)也简称PC，为了区别,目前可编程序控制器常被称为PLC。 美国电气制造协会和国际电工委员会分别于1980年和1985年给可编程序控制器下了定义，国际电工委员会还在1982年和1985年颁布了可编程序控制器标准草案。国际电工委员会在1985年颁布的标准中，对可编程序控制器定义为：可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用可编程序的存储器用宋在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种生产机械或过程。近年来，P比的发展非常迅速其功能已远远超出上述定义范围。2、 PLC的发展趋势由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向有两个： 一是朝着小型、简易、价格低廉方向发展。近年来，单片机的出现，促进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。这种PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和规模比较小的自动线控制，如日本立石公司的C20P、C40P、C60P、C20H、C40H等。 二是朝着大型、高速、多功能方向发展。大型PLC一般为多处理器系统，由字处理器、位处理器和浮点处理器等组成,有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。通过丰富的智能外围接口，可以独立完成位置控制、闭环调节等特殊功能；通过问络接口，可级连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络,适用于大型自动化控制系统，如霍尼韦尔的9000系列等。从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。在未来的工业生产中PLC技术、机器人技术和CADCAM技术将成为实现工业生产自动化的三大支柱。3、 PLC的基本功能 1逻辑控制功能 逻辑控制功能实际上就是位处理功能,是PLC的最基本功能之一。PLC设置有“与”(AND)、“或”(0R)、“非”(N()T)等逻辑指令，利用这些指令，根据外部现场(开关、按钮或其他传感器)的状态，按照指定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象(电磁阀、电机等)。因此，PLC可代替继电器进行开关控制，完成接点的串联、并联、串并联、并串联等各种联接。另外，在PLC中一个逻辑位的状态可以无限次地使用，逻辑关系的修改和变更也十分方便。 2定时控制功能 定时控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有许多可供用户使用的定时器，其功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。程序执行时，PLC将根据用户用定时器指令指定的定时器对某个操作进行限时或延时控制，以满足生产工艺的要求。 3.计数控制功能 计数控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC为用户提供了许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号(计数值到)，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。程序执行时，PLC根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数(如某个开关的闭合次数)进行计数，以完成对某个工作过程的计数控制。 4步进控制功能 PLC为用户提供了苦干个移位寄存器，可以实现由时间、计数或其他指定逻辑信号为转步条件的步进控制。即在一道工序完成以后，在转步条件控制下,自动进行下一道工序。有些PLC还专门设置了用于步进控制的步进指令和鼓形控制器操作指令，编程和使用都极为方便。 5数据处理功能 PLC大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换、译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联,实现程序、数据的显示和打印。6问路控制功能有些PLC具有AD、DA转换功能，可以方便地完成对模拟量的控制和调节。7通讯联网功能有些PLC采用通讯技术实现远程IO控制、多台PLC之间的同位链接、PLC与计算机之间的通讯等。例如日本立石的C系列PLC，利用双绞线或光纤，可以联接多个远程从站，每个从站可达数百个1O点。利用PLC同位链接，可以把数十台PLC采用同级或分级的方式联成网络，使各台PLC的IO状态相互透明。采用PLC与计算机之间的通讯联接，可以用计算机作为上位机，下面联接数十台PLC作为现场控制机，构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，以完成较大规模的复杂控制。PLC的联网相通讯技术还在迅速发展，目前还没有统一标准。 8监控功能 PLC设置了较强的监控功能。利用编程器或监视器，操作人员可对PLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器，可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调试和维护提供了极大的方便。 9停电记忆功能 PLC内部的部分存储器所使用的只RAM设置了停电保持器件(如备用电池等),以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。 10故障诊断功能PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动中止运行。PLC的故障自诊断功能,大大提高PLC控制系统的安全性和可维护性。4 PLC的特点1.灵活通用 在实现一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。首先，PLC产品已系列化，结构形式多种多样在机型上具有很大的选择余地。其次，同一机型的PLC,其硬件构成具有很大的灵活性，用户可根据不同任务的要求，选择不同类型的输入输出模块或特殊模块，组成不同硬件结构的控制装置。再者，PLC是利用软件实现控制的，在软件编制上具有较大的灵活性。在实现不同的控制任务时，PLC具有良好的通用性。相同硬件构成的PLC，利用不同的软件可以实现不同的控制任务。在被控对象的控制逻辑需要改变时利用PLC可以很方便地实现新的控制要求，而利用一般继电器控制线路则很难实现。 2.安全可靠 为满足工业生产对控制设备安全可靠性的要求，PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，选用的电子器件一般是工业级，有的甚至是军用级，PLC的平均无故障时间在两万小时以上。PLC完善的自诊断功能，能及时诊断出PLC系统的软、硬件故障，并能保护故障现场，保证了PLC控制系统的工作安全性。 3环境适应性好 PLC具有良好的环境适应性，可应用于较恶劣的工业现场。例如，有的N工在电源电压AC220l5、电源瞬间断电10ms的情况下，仍可正常工作；具有很强的抗空间电磁干扰的能力，可以抗d9值1000v、脉宽10Ps的矩形被空间电磁干扰能力和抗冲击能力；对环境温湿度要求不高，在环境湿度一2065、相对湿度35%85情况下可正常工作。 4使用方便、维护简单 PLC的用户界面十分友好，给使用者带来很大的方便。PLC提供标准通讯接口，可以很方便地构成PLC网络或计算机一PLC网络。PLC按制信号的输入输出非常方便，对于逻辑信号来说，输入输出均采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大；对于模拟信号来说，输入输出均采用传感器、仪表的标准信号。PLC程序的编制和调试非常方便，PLC的编程语言一般采用梯形固语言，与继电器控制线路固很相似，即使没有计算机知识的人世很容易掌握；PLC具有监控功能，利用编程器或监视器可以对PLC的运行状态、内部数据进行监视或修改，增加了调试工作的透明度。PLC控制系统的维护非常简单，利用PLC的自诊断功能和监控功能，可以迅速查找到故障点，及时予以排除。 5速度较慢、价格较高PLC的速度与单片机等计算机相比相对较低，单片机两次执行程序的时间间隔可以是ms级甚至s级，一般的PLC两次执行程序的时间间隔是10ms级。PLC的一般输入点在输入信号频率超过十几赫后就很难正常工作，为此，有的PLC没有高速输入点，可输入频率数千赫的开关信号。PLC的价格也较高，是单片机系统的23倍。但是，从整体上说，PLC的性能价格比是令人满意的。5 PLC的分类PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大差异。因此，PLC的分类没有一个严格统一的标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致地分类。 1按结构形式分类 PLC按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式PLC外观上是一个长方形箱体，又称为箱式PLC。组合式PLC在硬件构成上具有较高的灵活性，其模块可以像拼积木似的进行组合，构成具有不同控制规模和功能的PLC，因此这种PLC又称为积木式PLC。 (1)整体式PLC：整体式PLC的CPU、存储器、输入输出安装在同一个机体内，如立石公司的C20P、C40P等。这种结构的特点是：结构简单，体积小，价格低，输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。 (2)组合式PLC：组合式PLC为总线结构。其总线做成总线板、上面有若干个总线槽，每个总线槽上可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线板上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式PLC所必需的。其他的模块可根据PLC的控制规模、实现的功能选取，安装在总线板的其他任一总线槽上。组合式PLC安装完成后，需进行登记，使PLC对安装在各总线槽上的模块进行确认。组合式PLC的总线板又称为基板。组合式PLC的特点是构成灵活性较高，可构成具有不同控制规模相功能的PLC；价格较高。 2按控制规模分类 输入输出的总路数，又称为I/O点数，是表征PLC控制规模的重要参数。因此按控制规模对PLC分类时，可根据I/O点数的不同大致分为小型、中型和大型PLC。 (1)小型PLC：I/O点数较少,在256点以下的PLC。 (2)中型PLC：I/O点数较多,在256点以上、2048点以下的PLC。 (3)大型PLC：I/O点数较多，在2048点以上的PLC。 3按实现的功能分类 按照PLC所能实现的功能的不同，可以把PLC大致地分为低档、中档和高档机三类。 (1)低档机：具有逻辑运算、计时、计数、移位、自诊、监控等基本功能，还具有定的算术运算、数据传送和比较、通讯、远程和模拟量处理功能。 (2)中档机：除具有低挡机的功能外，还具有较强的算术运算、数据传送相比较、数据转换、远程、通讯、子程序、中断处理棚回路控制功能。 (3)高档机：除具有中档机酌功能外，还具有带符号数的算术运算、矩阵运算。函数、表格、CRT显示、打印机打印等功能。一般地，低档机多为小型PLC，采用整体式结构；中档机可为大、中、小型PLC,其中小型PLC多采用整体式结构,中型和大型PLC采用组合式结构；高档机多为大型PLC采用组合式结构。目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机。6 PLC的应用范围日前，在冶金、化工、机械、电子、电力、轻工、建筑建材、交通等几乎所有的工业控制过程均可用PLC实现。但是，不同档次的PLC又有其不同的应用范围。低档小型PLC可广泛地代替继电器控制线路，进行逻辑控制,适用于开关量较多，没有或只有很少几路模拟量的场合，如行车的自动控制等。中挡PLC可广泛应用于具有较多开关量，少量模拟量的场合，如自动加工机床等。高档PLC适用于具有大量开关量和模拟量的场合，如化工生产过程等。7可编程控制器的工作方式当PLC运行时，CPU就要执行用户程序中的操作。但是CPU不可能同时执行多个操作，只能分时地一个操作一个操作地执行。PLC利用系统软件在其内部建立了输入输出映像区，当PLC的CPU执行用户程序时从输入映像区中读取轴入信号的状态，进行相应的操作。当CPU执行完第一个操作后，将操作结果送到输出映像区，然后再执行第二个操作，操作结果送到输出映像区。在程序执行过程中，PLC并不读取输入信号的真正状态，执行结果也并没有输出到PLC外部。只有当程序执行到结束指令(END)时，将输出映像区中执行结果向PLC外部输出一次，将输入信号的状态读取一次送别输入映像区。对输入输出信号的这一操作过程称为I/O刷新。I/O刷新完成后，CPU再从用户程序的第一条指今开始,进行下一次程序执行。PIC的这种工作方式被称为扫描方式。由于PLC在执行用户程序过程中不对I/O信号进行读入和输出，只在程序执行完遍后进行I/O创新,所以从外观上看，用户程序好像是同时执行的。但是，如果程序中有两个操作相互用到对方的操作结果，那么前一个操作所用到的是后个操作在上一次执行程序时的结果，后面个操作用到的是前一个操作当次的执行结果。如果程序中两个操作相互用不到对方的操作结果，那么这两个操作的程序在整个用户程序中的相对位置是无关紧要的。图2.2显示的是C200H型PLC CPU工作流程图。图2.10显示的是三菱PLC系统工作流程图。 图2.10图2.2 C200H型PLC CPU工作流程图(二). PLC机型的选择与控制：1.PLC的选型选用输入点数8，输出点数6，输入电压24V.输出外部电流AC250V或DC30V以下。输入输出均为开关量。 I/O分配表输入 输入 2 PLC控制面版图：图2.33 梯形图：图2.44 指令表： 0 LD X0 8 ANI M1 1 OR Y2 9 ANI X2 2 ANI X1 10 OUT T0 3 OR Y0 11 K 10 4 OR Y1 12 LD T0 5 OUT Y2 13 OR Y5 6 LD Y2 14 ANI X1 7 ANI X1 15 ANI M1 16 ANI X2 36 LD X2 17 OUT Y5 37 OR M0 18 LD Y5 38 ANI T019 ORI M0 39 OUT M020 ANI Y3 40 LD M021 ANI Y1 41 ANI X222 ANI X2 42 OUT T023 ANI X1 43 K 10024 ANI M1 44 LD X025 OUT Y0 45 RST C1026 OUT Y4 46 LD X227 LD X2 47 OUT C1028 OR Y1 48 K 229 ANI Y3 49 LD C1030 ANI Y0 50 OUT Y331 ANI X0 51 OUT M132 ANI X133 AND M034 ANI M135 OUT Y15 电机的选型及其计算：由设计任务书给定的电机转速1440r/min.功率7.5KW.并且工作状况对电机无特殊要求。但因启动时惯性较大。故选高启动转矩异步电机（绕线式）。型号：YQ, Y132M-4 接法 额定电流15.4A(4级)效率 87% 功率因数0.85 电压380V 温升 75中心高 132mm 地脚孔距离：轴向178mm 横向216mm.轴径 38mm 轴伸长80mm. 键槽宽 10mm 长 515mm 宽 345mm 高 315mm 变频器上限频率设置为额定频率50HZ 下限频率的计算：因出料6t7t 当出料为6吨时同步转速估算为1050rn=查手册： Y132M4 电机 成立故理论上可以直接启动。 但考虑到变频器的跳闸电流及变频器的额定电流，采用频敏变组器启动法 。(三) 变频器的技术原理和应用 变频调速是通过改变定子供电频率来达到电机调速的目的。由于异步电机的同步转速与输入电源频率成正比关系，所以改变输入电源的频率就改变了电机的同步转速，这也就达到了交流电机的调速要求。但在许多条件下，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是利用变频调速技术开发的典型产品，兼有调频调压两种功能，通常称为VVVF(Variable Volt-age Variable Frequency)变频器，也称作“交一直一交”变频器。其工作原理为:工频电源(380V, 50Hz)通过整流器部分，整流为固定的直流电压，然后应用大功率晶体管(GTQ GTR或工GBT)组成具有正弦波脉宽调制功能的三相桥式逆变器，将直流电逆变成具有可变电压和可变频率的交流电源。由于采用了微处理器编程的正弦波脉宽调制办法，电流输出波形近似于正弦波，故可用于驱动普通型交流异步电机或变频专用电机实现无级调速。 在众多调速技术中，变频器之所以受人瞩目，是因为它能根据负载的变化使电机实现自动、平滑的增速或减速，调速特性从基本上保持了异步电机固有转差率小的特点，因而其效高、范围宽、精度高且能无级调速，是异步电机最理想的调速办法，尤其适用于水泵和风机，与传统的阀门、档板调节相比，节电率高达40%以上，同时这些领域对变频器性能的要求不高，只需模拟式八位微机控制即可。实践证明，从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率高速传动系统，从小范围调速到高精度、快响应、大范围调速系统，从单机传动到多机协调联动，从纺织印染到交通运输，从饲料和食品加工到钢铁冶练等凡用电机的场合,由于变频器的使用，都把调速效率和精度提高到了前所未有的水平。变频器也可广泛应用于精密加工设备、自动生产线、机器人等高新领域，是微电子与生产机械即信息与物质生产间的中间接口。20世纪50年代末，随着SCR的问世，功率电子器件登上了现代科技舞台，静止可控整流直流调速成为调速系统中的主力军。但由于直流单机造价高、炭刷接触易产生炭粉从而引起环火，需时常清理，维修不便，工矿交流电需变成直流供电等原因，促进了交流调速技术的应运而生并迅速取代直流调速，其中交流串级、变极调速等均因具有一定节电效果而得以应用。直到20世纪80年代中期,由于第三代功率电子器件如C T O, C T R的出现，随即研发出把功率等级不同的驱动、保护、自我检测、功率输出集于一体的变频器，它使交流等级调速技术取得了突破性进展，调速技术面貌焕然一新。变频器特别适几流量要求不稳定、变化范围较大、需经常调节的场合，由于其改造技术简便、运行及维修费少，故经济效益可观。如将一台154 kW的变频器用与水泵的调速，每小时可节电近60kWh,节电率达68. 5%;在锅炉引风机上安装一台22kW的变频器，节电率也可达30%，节电效果十分显著。 随着上业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺趋势的加剧，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等设备的节能场合，取得了明显的经济效益和社会效益。日本现年产100KW以下的中小功率变频器已达几百万台，除日本之外，美、英、德、法、意等工业发达国家目前也都已形成了较完整的变频器技术产业体系。近年来由于控制理论、微电子技术和高达10000A/ 8000V以上SCF、 CTO的开发以及串、并联技术的发展应用，促进了高压、高功率、高精度、多功能、智能化变频器产品的问世，如美国A-B公司已开发生产出电压为2400一6900V功率达10000kW的SCR变频器。此外，日本的富士、三菱、东芝、安川、日立，美国的GE，欧洲的西门子、ABB, BRUSH等公司也都有类似产品上市。这此高精度、多功能、智能化的产品进一步扩大了变频器的应用领域，使变频器市场更为兴旺繁荣。世界变频器技术的发展趋势 (1)开发研制以SCR、GTO为功率逆变器件的大功率变频调速装置或系统，其输入电源电压为20008000V及8000V以上，功率为400 20000kW及20000kW以上。 (2)发展完善以GTO模块为功率逆变器件的中小功率变频器，其输入电源电压为110460V,功率为0. 4400kV，这是近年来中小规律性变频器的主体。(3)研制生产和推广应用以1GBT，1PM等新器件为基础的新一代高载波、低噪声变频器，其输入电压一般为1101200V,功率等级目前已达1200kW甚至更高。四：推进中国变频器产业的发展 国外变频器产业的兴起和发展也引起了中国有关部门的关注。中国国务院、能源部、原电子部等对这项高节电、高效率、能大幅度改善工艺性能的新技术极为重视。1987年专门成立了国家级功率电子技术发展规划组，制定开发以变频器为主的变频调速发展规划。同年，国务院和国家经委又在有关文件中强调：应将交流电机的调速节电作为重点措施认真进行推广。原电子部在电子工业“九五”规划中也将以变频器为代表的节能电子技术列为发展重点之一，希望通过对70%的水泵、风机进行改造，实现年节电1000亿kWh的目标。 中国现有100余家科研生产单位在从事变频器技术的研究与产品生产，个别厂家还从日、美等国引进了较为先进的变频器生产线。与国外相比，中国变频器产业的发展还不尽如人意，仍存在许多问题和困难，集中体现在变频器技术产业尚显稚嫩、产品技术水平和档次很低，如功率等级大多在150KW以下，相关配套产业如所用功率电子器件和半导体器件制造业基础薄弱等方面。然而从市场来看，其应用在各个领域已逐渐展开。中国仅水泵和风机就有4000余万台（套），但如果其中70%的产品进行变频调速改造，那么就需要变频器近3000万台（套），故市场潜力极大。但如果现在还不努力壮大国内变频器产业，并以变频器推进整个变频调速产业发展，则中国势必会失去大好发展良机，正趋上升的国内市场也势必为国外产品所占据。据悉，目前中国用于购置变频器的费用虽高达数10亿元，但真正用于购买国产变频器的费用仅占8%左右，这无疑值得中国变频器行业的经营者深思。 1 变频器的选型（1） 型号 考虑到碎渣机的工作载荷为不稳定的冲击载荷，对电机的硬度有一定的要求。且工作状况对电机的调速频率要求较宽，故采用有反馈式的矢量控制。采用安川CIMR-G7A 系列变频器，其具有矢量控制用的速度控制卡接口。不需预置，且逆变电路采用了三电平控制减小了对电动机绝缘材料的冲击。（2） 变频器的容量：变频器的容量只需和配用电动机容量相符即可。因电机为380 V，7.5KW侧变频器选400V.最大适用电机容量11KW .输出容量18KVA.基本型号 CIMRF7B4011(3)变频器的功能预置： 1 频率给定功能 b1-01=1 : 由控制回路端子输入频率（模拟量输入） 2控制模式的选择 A1-02=3: 带 PG的矢量控制 3运行指令的选择 b1-02=0 控制回路端子 4停止方法的选择 b1-03=0 按预置降速时间减速停止 5加速时间 c1-01=5s 升速时间为5s 6减速时间 c1-02=5s 减速时间为5s 7CT/VT选择 选择1即VT低噪音最大电流过负载耐量120% （电缆） 图2.5 碎渣机变频调速及正反转控制系统 8输入电压 E1-01=380V 9 设定保护电流 E2-01=31A 10节能模式选择 b8-01=1节能模式有效 11节能控制增益 b8-02=1.0带PG的矢量控制为1 12上限频率 d2-01=50HZ 13下限频率 d2-02=35HZ 14最高输出频率 E1-04=50HZ 15最大电压 E1-05=380V 16基本频率 E1-06=50HZ 17最低输出频率电压 E1-10=265v 18最低输出频率 E1-09=35HZ 19电机额定电流 E2-01=15.4A 20跳闸后合闸的时间预置为1S, 故障重试LS-01=3图2.6V/f 曲线说明：保护电流的值初步设定为2,即2因采用频敏变阻器启动，启动电流现无法确定。又变频器在电机堵转时又有电流限制作用，故堵转电流又不能确定。所以在调试阶段即工作时可根据情况调整。2 主电路其他电器的选择：(1) 频敏变阻器的选择：因启动时，启动转矩不大，也不太大属重载启动，因电机功率为7.5KW.为15.4A, 故选BP1-205/8006(2) 编码器的选择：（将十进制数或其他文字符号等编织成特定的代码） 光电旋转编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量转角或直线位移。其基本原理就是在特制的码盘上按一定规律编排的光栅图案，将这些图案用光电头读取，转变为高低有序排列的电平信号。这种编码器可分为绝对式编码器、增量式编码器。编码器常用的码制有：1、普通二进制码；2、二进制循环码(格雷码)；3、二制制循环变形码等。 接触式旋转编编码器：指的是编码器编码信息的读出，是由码盘接触的电刷来完成的，它与光电编码器的功能和特点基本相同。只是寿命、量程和分辨率不如光电旋转编码器。型号：GD-256, 测量范围：0-255 每圈分辨率：1/256 消耗电流：电源电压：DC1224V 输出形态：并行信号输出（B）:集电极开路或电压输出：NPN负逻辑输出。使用环境温度：-。防护等级：IP64 最高机械转速：2000rpm.启动转矩20：。轴润许负载：径向30N,轴向20N.(3) 空气自动开关：（保护交直流电路免受过流，过压，欠压等的危害） 选DZ12-16 AC(50HZ)380V 脱扣器额定电流25A(4) 接触器 故选CJ1020 主触头 3个 380V