毕业设计（论文）-基于PLC的铁路煤炭运输抑尘机流量控制系统.doc

毕 业 论 文 基于基于 PLC 的的 铁路煤炭运输抑尘机流量控制系统铁路煤炭运输抑尘机流量控制系统 0 摘要摘要 铁路煤炭运输是煤炭运输的主要手段，一般采用敞车运输。在运输过程中， 由于风力等原因会将煤粉吹离车体，导致沿线煤尘污染和煤炭损失。据统计， 在运输过程中，煤损耗约为 1%。目前，阻止煤炭散落的有效方法为喷洒抑尘剂 法，其中自动喷洒系统应用得比较广泛。为防止抑尘机在喷洒过程造成喷洒不 均匀和资源浪费等情况，本文设计了一个基于 PLC 的铁路煤炭运输抑尘剂流量 控制系统。 该流量控制系统由监视管理层、中间控制层和现场执行层组成。监视管理 层由工控计算机、可编程控制器 PLC 及其配套设备构成，配以图形用户界面， 负责监视 PLC 摆臂式喷洒装置的参数设置和下层设备的状态、机车车辆识别工 作，监视喷洒作业情况。中间控制层是核心层，负责控制现场执行设备和算法 的执行，采用高性能可编程 PLC，对现场进行网络控制，控制变频器以实现喷 洒流量的恒压和流量大小的调整。现场执行层由电机、变频器、测速雷达、视 频头等基础设备构成。 本设计成了基于 PLC 的铁路煤炭运输抑尘剂流量控制系统的设计，通过采 用计算机网络技术和自动化技术，实现对各种设备的智能控制，达到最佳工况 要求；通过变频技术，实现车速和喷洒流量的匹配，使用中节电效果显著。该 系统可以在车辆行进中喷洒，无需人工现场参与，起到抑制扬尘，保护环境及 减少运输损耗的作用。 关键字关键字：流量控制 PLC 变频技术 1 Abstract Rail transportation of coal generally using the gondola car transport is the primary means of coal transporting . During the transportation , the coal dust pollution and coal losses are getting worse due to wind and other reasons . At present, an effective way to prevent the coal is scattering dust suppressants . So an automatic sprinkler system is applied more widely . The automatic sprinkler system consists of monitoring management, middle control layer and field execution level . The Monitoring management consists of industrial computers, programmable controller , PLC and its ancillary equipment , together with the graphical user interface , which is responsible for monitoring PLC arm type spray device parameter settings and lower equipment , rolling stock identification work and spraying operations situation. The middle control layer is the core layer which is responsible for the control site performs device and the implementation of the algorithm , using high-performance programmable PLC . Field execution level consists of the motor, inverter, speed radar , video and other primary infrastructure . This design is based on PLC technology, using computer network technology and automation technology , intelligent control of a variety of devices to achieve the optimal conditions required ; using the inverter technology to achive the speed and spray flow matching . Key words : Flow control PLC Inverter technolog 2 目录目录 1 前言.1 1.11.1 研究的目的研究的目的 .1 1 1.21.2 研究的意义研究的意义 .1 1 1.31.3 研究现状研究现状 .2 2 .1 国外研究现状国外研究现状.2 2 .2 国内研究现状国内研究现状.3 3 1.41.4 存在的问题及发展趋势存在的问题及发展趋势 .5 5 1.51.5 研究内容与方法研究内容与方法 .5 5 2 系统方案.7 2.12.1 系统概况系统概况 .7 7 2.22.2 系统功能系统功能 .7 7 2.32.3 系统硬件构成系统硬件构成 .8 8 3 可编程控制器 PLC 设计.11 3.13.1 PLCPLC 概述概述 .1111 3.23.2 PLCPLC 的特点的特点 .1212 3.33.3 PLCPLC 的主要功能的主要功能 .1313 3.43.4 PLCPLC 的工作过程的工作过程 .1313 3.53.5 PLCPLC 的经济分析的经济分析 .1414 3.63.6 PLCPLC 发展状况及趋势发展状况及趋势 .1515 3.73.7 PLCPLC 的选型的选型 .1515 3.83.8 PLCPLC 的接线的接线 .1515 4 控制器件的设计.17 4.14.1 变频器变频器 .1717 .1 变频器的构成变频器的构成.1717 .2 变频器的特点变频器的特点.1818 .3 变频器的选型变频器的选型.1919 .4 变频器的接线变频器的接线.1919 4.24.2 伺服电机伺服电机 .2020 .1 伺服电机的原理伺服电机的原理.2020 .2 与步进电机的性能比较与步进电机的性能比较.2121 .3 伺服电机接线图伺服电机接线图.2222 5 检测器件设计.24 5.15.1 超声波液位计超声波液位计 .2424 5.25.2 温度变送器温度变送器 .2424 5.35.3 压力变送器压力变送器 .2525 5.45.4 电磁流量计电磁流量计 .2525 6 系统 PLC 控制及编程.26 6.16.1 PLCPLC 控制实现的控制功能和控制方法控制实现的控制功能和控制方法 .2626 3 6.26.2 PLCPLC 的的 I/OI/O 点分配点分配 .2626 6.36.3 PLCPLC 软件设计软件设计 .2727 6.46.4 硬件接线图硬件接线图 .2929 7 系统的调试.31 7.17.1 软件调试软件调试 .3131 .1 程序的模拟调试程序的模拟调试.3131 .2 程序的现场调试程序的现场调试.3232 7.27.2 硬件调试硬件调试 .3333 .1 调试思路调试思路.3333 .2 调试的前期准备调试的前期准备.3333 .3 调试的步骤调试的步骤.3434 8 结论.35 致谢.36 参考文献.37 附录.38 附录附录 1 1 元器件表元器件表.3838 附录附录 2 2 器件参数器件参数 .3939 附录附录 3 3 实验数据（实验数据（PLCPLC 梯形图）梯形图） .4040 0 1 前言前言 1.1 研究的目的 近年来，随着国内铁路不断提速，铁路运力快速提高，但仍不能满足国民 生产要求。众所周知，我国是产煤、用煤大国，煤炭运输占有相当大的比重。 据统计，日运煤量仅大秦铁路就高达 88.77 万吨。其引起的粉尘污染也是当前 世界公害之一。煤碳在铁路运输中, 由于列车颠簸及风力作用, 表面细小的煤 粉粒被吹离车体, 落洒到路面,再经过后续车辆的碾压, 形成粒径更小浓度更高 的二次扬尘。这不仅引起严重的环境污染, 也造成了行车安全隐患。为此进行 铁路散煤运输过程中扬尘问题控制研究, 有重要的现实意义。 目前，,阻止煤炭散落的有效方法为喷洒抑尘剂法。国内现有的喷洒系统可 分为人工喷洒、简易喷洒和自动喷洒三类。其中前两种系统在实际应用中效率 低下，费时费力，且存在着各种安全的隐患。而自动喷洒作业效率较高，但若 其喷洒流量不能有效控制容易造成喷洒不均匀及资源浪费等问题。 根据铁路煤炭运的特点和抑尘剂喷洒的需要，本文设计了基于 PLC 的铁路 煤炭运输抑尘机流量控制系统。该系统可以在车辆行进中喷洒，无需人工现场 参与，大大提高作业效率，均匀控制喷洒流量，避免浪费等。同时这一系统也 可用于其他类型的粉状物喷洒作业的流量控制。 1.2 研究的意义 长期以来,煤炭作为基础能源,在我国能源的生产与消费结构中一直占据主 导地位。据有关专家预测,到 2050 年,煤炭在我国一次能源中的比重仍将占据 50%以上。散煤在铁路运输中都采用敞车运输。运输过程中, 由于路基、道岔和 路轨设施造成的颠簸,再加上风力作用, 特别是当列车进入有一定长度的隧道时, 由于活塞风的作用, 会形成瞬间强大的扰动气流, 结果使车辆中煤层表面的 煤粉散落地面, 最终导致煤尘污染。例如, 大秦铁路线是我国第一条重载单元 双线电气化敞车运煤专用铁路,现在沿铁路线已形成一条污染黑带, 使铁路两 侧 50 100 m 以内的农田内庄稼正常生长受到影响。而在铁路煤炭运输过程中, 吹落的煤尘不仅对沿线的生态环境造成严重的污染, 而且对铁路线路内道床、 铁路信号和接触电网等设备也会造成破坏, 增加维修成本, 对资源也造成不小 的浪费。国内其它散煤专运线及其它散体物料的运输过程中, 也程度不同地存 在着类似的情况。 目前，阻止煤炭散落的有效方法为喷洒抑尘剂法。国内现有的喷洒系统可 1 分为人工喷洒、简易喷洒和自动喷洒三类。人工喷洒劳动强度大，喷洒效果差； 简易喷洒系统喷洒不均匀，无法根据火车型号、运行速度调节喷洒高度及喷洒 用量，在车厢间的连接空档也不能停喷；自动喷洒多采用电磁阀控制喷嘴，但 由于液体压力脉动、滞后等原因而存在滴液、车厢前部喷不足等现象。 本文设计的系统是根据铁路运输的特点和抑尘剂喷洒的需要，通过计算机 网络技术、自动化技术和变频技术实现对抑尘剂的喷洒流量控制。该流量控制 装置可以控制和平衡喷头中喷出的煤炭抑尘剂压力、浓度以及面积，可以提高 煤炭抑尘剂的使用效率和效果，从而高效治理煤尘污染。 1.3 研究现状 1.3.1国外研究现状国外研究现状 （1）国外抑尘剂的研究现状：早在 20 世纪 20 年代,英国的学者就研究制 作了一种湿润剂并应用于矿井。后来, 美国和苏联的学者及研究人员也参与了 湿润剂的研究。德国利用 106Pa、30L/ min 的高压水喷洒路面, 使水粒更有效 地与粉尘碰撞并捕捉粉尘使之湿润而凝并除尘。这种方法抑尘效果良好, 可抑 制几乎 90% 的微尘, 缺点是需要产生高压水的动力设备。目前, 国际上广泛使 用的湿润剂有: 波兰的卡波, 日本的 P 剂、Q 剂, 德国的非离子型湿润剂, 英、 美等国的 Dustally、M- R 型湿润剂, 美国的 ND 2ES 湿润剂等。使用粘尘剂较 多的主要有: 前苏联的乌尼维尔辛乳状液、美国的 Coherex 和柏乐柯尔( 树脂 乳状液) , 英国 Veslig 公司研究成功的 Wesling-120 抑尘剂( 主要成分是粘 性聚合物) 以及许多国家用废重油、原油、沥青、造纸和酒精工业用的废液、 废渣等组成的粘尘剂。这类粘尘剂的有效抑尘周期一般为 7 15 天, 最长可达 20 30 天。但湿润渗透力不强且对周围环境有一定的污染。 （2）变频技术的研究现状：变频器的技术发展水平足由电力电子技术，电 机控制技术及自动化控制水平三个方面决定的。在低压变频器领域，由于电力 电子器件的耐压问题已经解决，因此形成了标准的电路拓扑结构。但功率器件 满足不了中、高压变频器的需要，为了解决这个问题，研究人员提出了些电 路拓扑结构，如功率单元串联多重化、多电平及逆变器件并联等。国外各大品 牌的变频器生产商形成了系列化的产品，如 ABB 公司的 ACS-1000 系列， Simense 公司的 SIMOVERT MV 系列，AB 公司的 Power Flex 7000 系列等，其控 制系统也己实现全数字化。ABB 公司的 ACS-1000 系列采用了 IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors）器件，功率范围为 315KW- 5000KW，输出电压范围为 2.3 kV-4 kV，采用电压型三电平结构，并提供有源 前端( AFE，Active Front End)技术，可以实现能量双向流动。SIMENSE 公司的 2 SIMOVERT MV 系列采用最新的 HV-IGBT(High-Voltage Insulated Gate Bipolar Transistor)器件，输出电压范围为 2.3 kV-6 kV，电压源型三电平结构并提供 有源前端( AFE，Active Front End)技术。AB 公司的 Power Flex 7000 系列采 用 6.SKV 800A/1500A 的 SGCT (Symmetrical Gate Commutated Thyristors)器 件，功率范围为 150KW-6770KW，输出电压范围为 2.3 kV-6 kV，兀需熔断器， 有 12 脉冲整流和 PWM 整流两种整流方式，提供 AFE 有源前端技术，可以实现能 量的双向流动。 （3）PLC 的研究现状：在欧美等国家，软 PLC 已开始投入工业使用， 而且市场份额每年都在增加，根据 ARC 的调查和估计，1997 年全球的软 PLC 市 场有 3 千 6 百万美元，到 2000 年软 PLC 的市场达到了 1 亿 4 千 5 百万美元， 2001 年差不多又增长了一倍。目前，欧美等西方国家都把软 PLC 作为一个重点 投资对象进行研究开发。工业领域已经开始使用软 PLC 产品，而且软 PLC 的市 场需求量也在不断的增长。典型的软 PLC 应用产品有：（1）SOFTPLC 公司的 SoftPLC。SoftPLC 是基于 PC 的开放式控制软件，具有开放的控制平台，用户 能够根据自己的需求来选择硬件。支持用户用梯形图和 C、C+、Java 等高级语 言来编写自己的程序。此外，SoftPLC 内嵌 Web 和 FTP 服务器，用户可进行远 程维护和监控。（2）SIEMENS 公司的 SIMATIC WinAC。SIMATIC WinAC 是基于 Windows 平台的控制软件，具有可视化人机界面，它将控制、数据处理、通信 等技术集于一体，采用了 Ventru Com 司提供的实时操作系统作为 Windows NT 的扩展，具有“硬实时”的特性。（3）CJ International 公司的 ISaGRAF。ISaGRAF 能够在多种操作系统下运行，具有良好的网络通讯能力，包 括数据传输、远程监控和维护、在线调试、应用程序下载以及支持运行于多个 目标机上的控制程序间的通讯。除了上述典型产品外，还有许多自动化公司也 推出了自己的产品，如 Wellspring Solutions 公司的 OA2Control；德国 KW 公 司的 MULTIPROG；GE-FANUC 公司的 CIMPLICITY；Intellution 公司的 Paradym- 31；Rockwell automation 公司的 SoftlogixTM5Controller；BECKHOFF 公司的 TWinCAT 等等，它们在技术和应用上都有各自的特点。 1.3.2国内研究现状国内研究现状 煤是具有一定硬度和脆度的有机矿物，一般来说，固定产所的煤尘可以通 过除尘技术进行控制。而流动场所的煤尘则只能采取固尘和抑尘技术进行控制。 在我国，抑制铁路运煤扬尘污染的方法主要有以下三种： ( 1) 机械加盖法 每节车体加盖可有效防止煤尘的污染, 但成本高,有效负载低。而且 开、盖等一系列动作及开、关位置与敞开方向会对现有机械化装煤、卸煤过程 3 产生影响, 很难和现有的自动化生产线相匹配, 实际中不可行。 ( 2) 蓬布遮盖法 该方法在汽车运输中常用, 但大秦线自动化程度高、车流量大, 作业 速度快, 需要大量人力( 据计算, 每节车厢要 4. 5 人) 才能完成, 同时蓬布 覆、撤速度慢, 影响运煤效率, 实施困难。 ( 3) 喷淋粘结型抑尘剂法 煤层表面喷淋粘结型抑尘剂( 简称抑尘剂) , 形成固化层, 列车行驶 时固化层不会剥离, 达到防止污染的目的。该方法施工简单、省时省工、容易 实施。关键是抑尘剂要易喷淋, 粘结性能好, 制备简单, 成本低, 符合环保要 求, 不影响煤的燃烧性能, 燃烧后不产生有毒有害成分。 20 世纪 70 年代,中国一些高校对化学抑尘剂进行了研制。近些年,抑尘 剂的研究发展迅猛。目前的抑尘剂主要分为湿润型化学抑尘剂、强吸水型抑尘 剂和黏结型化学抑尘剂。从成本、效果和适用范围等方面考虑,黏结型化学抑尘 剂是一种不错的变废为宝的抑尘剂,在国内外得到广泛的应用。 煤炭运输抑尘剂研制成功后，需要有与之相配套的喷洒机械。铁道部门曾 委托多家企业研发环保抑尘喷洒装置，但到目前还没有完善的产品，特别是自 动控制方面，还达不到铁道部门的要求。 就目前抑尘剂的喷洒可采用人工、机械或自行式喷洒设备车及铺设固定管 道的方法进行喷洒作业；人工喷洒仅限于面积小于 1000 平方米的现场，利用人 工压力式喷药装置对物料面积进行均匀喷洒；采用抑尘剂喷洒器，可以由单人 推行实现机械喷洒，点动力喷射，射程为 15 米左右，采用该设备作业便利，且 降尘效果好。当处理面积在 1000 至 5000 平方米，可采用此设备进行喷洒；自 行式喷洒设备车适用于处理面积大于 5000 平方米的物料表面抑尘，射程可达 18 到 20 米，且喷洒良好；铺设管道并安装喷洒器，向固定的料场、运行货车 喷洒抑尘剂，效率高，抑尘效果好，但投资大。目前，兰州交通大学和北京交 通大学已经研制出固定喷洒设备用于运煤列车进行喷洒抑尘的工作中。 北京交通大学研制的运煤列车抑尘剂喷淋装置：一种运煤列车抑尘剂喷淋 装置，其特征是它由上、下两部分组成；上部有装有喷嘴（）的喷头（）， 喷头通过连接法兰（）与上横管（）水平端连接，上横管上装有旋转驱动 装置；下部有竖管道（）、水泵（）、储液箱，水泵的进口接储液箱， 水泵的出口接一流量计（）后与竖管道的一端连接，水泵与电源连接；装 置的上部与下部由旋转接头（）连接，旋转接头一端与上横管竖段的下端活 动连接，旋转接头的另一端与竖管道固定连接；支撑立柱（）同时支撑上、 下两部分，支撑立柱的上端有轴承（），上横管竖段的上端头装在此轴承 4 中，支撑立柱的下端与竖管道固定连接。 考虑到铁路运输的特殊性,还必须研制出一种适合运煤列车的喷洒控制系统。 该设备应针对铁路区段线路的特点,对于电力区间使用摆臂式喷洒设备,对于内 燃牵引区间宜使用龙门式设备,对列车高速行驶情况宜使用对喷式设备,对铲车 装车情况可使用移动车式喷洒设备。 由于运煤列车速度较快,按照喷洒要求,控制系统必须实现对机车和车辆车 型的识别。摆臂式的还应能控制摆臂,在喷洒过程中自动完成回转和回位,要设 有完善的测速系统、流量调控系统、钩挡识别及车辆之间的停喷装置等。固定 喷洒设备中摆臂式喷洒最具代表性。 1.4 存在的问题及发展趋势 科技是在不断创新、不断进步的。科技创新就需要我们发现新问题，然后 努力解决新问题。研究新的技术，适应新的形势。 铁路煤炭运输是一个复杂的过程，运输状况常常变换。以下是铁路煤尘抑 制系统要考虑的几个方面： 1.不同路段所在地的地形，气候状况，人口环境等。由于抑尘剂喷洒系统 是自动化的操作系统，不需要人工照料，所以要考虑自然条件对设备的影响。 比如雨水的腐蚀，昼夜的温差，以及周围也生物的活动影响等等。 2.不同铁路段的特征。铁路常常会有隧洞。在隧洞中的设备与露天路段是 不一样的。所以，在设计的时候，要多去实地考察，根据不同的环境，对原始 装置进行改造，使得装置具有更高的使用性能。 3自动化操作系统的故障报警。由于各种的不确定因素，意外是难免的。 自动化喷淋系统是对铁路运输的一种辅助。但是，若辅助系统出现故障而不能 得到及时的解决或告知运输车辆，将造成不估量的损失。所以，系统的故障报 警以及及时维修至关重要。 1.5 研究内容与方法 本文设计的是一个基于 PLC 的铁路煤炭运输抑尘机流量控制系统，因此， 本设计的研究核心是流量控制。流量控制的方法有很多种，本设计则是通过采 用计算机网络技术、自动化技术和变频技术，由 PLC 作为中心控制器和处理器， 控制变频器及其他相关设备的运作，从而达到流量自动控制的目的。其具体的 设计内容和方法如下： （1）根据铁路抑尘剂喷洒控制系统，进行总体方案设计； （2）根据 PLC 输入、输出点的点数，确定变频器的类型； （3）信号传输部分采用光电信号隔离器； （4）喷洒部分的设计,储液罐到喷洒为手动，液体检测采用超声波液位计， 液位计采集液位，低液位报警并参于计算喷洒量，以减少流量传感器采集误差。 5 喷洒泵采用变频器驱动，速度由 PLC 给定； （5）检测部分分别由 PLC 采集传感器的信号，PLC 进行量程转换后参于控 制。 6 2 系统方案系统方案 2.1 系统概况 铁路运输抑尘机流量控制系统的系统框图如图 2-1 所示，该控制系统由监 视管理层、中间控制层和现场执行层组成。监视管理层由工控计算机、可编程 控制器 PLC 及其配套设备构成，配以图形用户界面，负责监视 PLC 摆臂式喷洒 装置的参数设置和下层设备的状态、机车车辆识别工作，监视喷洒作业情况。 中间控制层是核心层，负责控制现场执行设备和算法的执行，采用高性能可编 程 PLC，对现场进行网络控制，控制变频器以实现喷洒流量的恒压和流量大小 的调整。现场执行层由电机、变频器、测速雷达、视频头等基础设备构成。 图 2-1 系统概览图 2.2 系统功能 通过了解系统的概况，我们可以知道基于 PCL 的铁路煤炭运输抑尘机流量 控制系统实现了以下功能： 1、该系统使抑尘机能够实现智能控制,提高喷洒作业的安全性和效率。 本设计通过采用计算机网络技术和自动化技术,实现对各种设备的智能控制, 使抑尘机达到最佳工况要求。在作业前，系统可进行智能自检，当自检正常后 才开始作业。同时有光电检测系统和雷达测速系统自动识别牵引机车以及测速， 并传送信号给 PLC 处理。PCL 则通过分析信号，作出判断，控制启动喷洒泵作 业和控制变频器以实现流量自动控制。 同时该系统具有随时手动控制的功能，可与系统自动控制互补，安全性能 较高；另外它的保护功能齐全，既可保护常规设备，又能对突发事件进行自动 巡检，具有主动采取适当的保护措施及报警智能保护的能力，辅助管理人员进 一步提高管理能力。 2、该系统能够到达节能的目的，且操作简便。 本设计通过采用变频技术，实现车速和流量的匹配，以达到均匀喷洒，避 7 免抑尘剂资源的浪费。同时变频技术能使防尘喷洒智能控制系统的喷洒水泵具 有显著的节能效果，且实现了软启软停，减少对电网的冲击，操作简便，能顺 利实现喷洒液体恒压、恒流量控制。 3、该系统采用变频技术，实现了抑尘剂喷洒的流量控制。 因为流量与转速成正比，所以煤运列车防尘喷洒智能控制系统的喷洒流量 大小控制，可通过变频器调节喷洒水泵的转速来实现的，利用外围压力传感器 和测速雷达反馈信号，PLC 控制变频器, 既而控制喷洒水泵转速，从而确保喷 洒流量的稳定和大小能满足防尘喷洒智能控制系统的需要和要求，其控制框图 见图 2-2。 图 2-2 变频技术控制框图 2.3 系统硬件构成 喷洒流量控制系统的结构多种多样，使得系统的控制要求和控制方案也千 变万化。根据本系统的规模、控制对象的特点和技术要求，本文系统方案选择 采用 PCL 可编程器件控制和变频技术的方式。如图 2-3 所示。 图 2-3 系统硬件图 整个抑尘机流量控制系统由两台喷洒泵、一台变频调速器、一台潜水泵、 一台 PLC 和一个超声波检测计及若干辅助器件组成两台水泵中每台泵的出水管 均有装手动装阀，以供维修和调剂水量之用，两台泵协调工作以满足喷洒的需 要；喷洒系统中检测管路压力的压力表，一般采用电阻式传感器或压力变送器； 8 变频器是喷洒系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的调速、无波动稳压 的效果和各项功能。 该系统的具体工作流程如下： 系统使用前先对设备功能进行自检，完成变送器工作状态、模拟量的采集 精度及检测结果状态的指示和报警的检测。自检正常后，由加料机把原料加入 搅拌器与清水混合，然后由潜水泵提升至储液罐里，其为手动方式，人工操作 按钮完成。当运煤列车通过时，通过光电检测系统识别牵引机车，牵引机车通 过之后，发出信号给 PLC 控制传动减速箱，与此同时 PLC 控制变频器启动喷洒 泵，雷达测速仪检查列车速度，反馈给 PLC，PLC 控制变频器，给定点级别不同 频率，进行流量和恒压的控制。光电检测系统在列车钩铛间发出信号给 PLC， 用以控制变频器输出，同时伺服电机通过传动连接装置，旋转遮挡装置实现停 喷和喷洒作业。列车完全通过后，系统自动切换至清洗泵，清洗完后，清洗液 回流到储液罐。至此，抑尘剂自动喷洒过程完成。 通过对系统的具体操作流程的介绍，我们可以将具体的操作统大概分为六 个部分，即信号检测、控制系统、执行机构、人机界面、通讯接口和报警装置。 下面将分别介绍各部分的工作原理： (1) 信号检测 在系统控制过程中，需要检测的信号包括喷洒液的流量、压力、温度信号 的检测。 水压信号:它反映的是系统内部管道压力值，他是喷洒控制系统的主要 反馈信号。 水温信号:它反映系统是否正常运行，伺服电机是否过载、变频器是否 有异常。该信号为开关量信号。 流量信号：它反映喷洒液流速的大小，它是系统喷洒量大小的主要反馈 信号。 超声波液位检测信号：通过检测液位的高低来控制喷洒速度，它是储液 罐液位高低的主要反馈信号。 （2）控制系统 一般安装在 PLC 控制柜中，包括 PLC 控制器、变频器和电控设备三个部分。 PLC 控制器:它是整个变频恒压喷洒控制系统的核心。PLC 控制器直接对 系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据 信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器 和接触器对执行机构进行控制。 9 变频器:它是对喷洒泵进行转速控制的单元。变频器跟踪 PLC 控制器送 来的控制信号改变喷洒泵的运行频率，完成对喷洒泵的速度控制。 电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。 用于在 PLC 控制器的控制下完成对喷洒泵的切换、手/自动切换等。 (3)执行机构 执行机构是由一组水泵组成，它们用于将喷洒液供于抑尘喷洒机构，图 2- 2 中的 3 个水泵分为二种类型: 喷洒泵: :喷洒泵是将具备压力的工作介质水，通过喷嘴向吸入室高速 喷出，将水的压力能变为动能，形成高速喷出的流体，吸入室中的气体被高速 喷射的流体强力压制带着与之混合，形成气液的混合体，流入扩压器从而使吸 入室的压力减小，形成真空，在扩压器的扩张段内混合喷射的流体动能转变为 压力能，速率减低，压力升高，气体被进一步压缩，与水一起排出泵外，在水 箱中起水散，气体释放入大气，水由水泵循环，周而复始达到抽真空的目地。 潜水泵: 潜水泵由水泵、潜水电机、输水管和控制开关四大部分组成。 (4)人机界面 人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更 改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从 人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。人机界面还可以对系 统的运行过程进行监示，对报警进行显示。 (5)通讯接口 通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软 件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代 先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等 (6)报警装置 作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用 于不同的喷洒领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机 过载、变频器报警、电网过大波动等等造成的故障，因此系统必须要对各种报 警量进行监测，由 PLC 判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不 必要的损失。 10 3 可编程控制器可编程控制器 PLC 设计设计 本系统采用的是自动控制技术和变频技术，而可编程控制器 PLC 是整个喷 洒控制系统的核心。PLC 控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采 集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对 执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构进行控制。下面将 分别介绍 PLC 的相关知识和应用原理。 3.1 PLC 概述 可编程控制器是 60 年代末在继电器系统上发展起来的，当时称作可编程逻 辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC。可编程控制器的产生 和发展与继电器控制系统有很大的关系。继电器是一种用弱电信号控制强电信 号的电磁开关，但在复杂的控制系统中，故障的查找和排除非常困难，不适应 于工艺要求发生变化的场合。由此，产生了可编程控制器，它是以微处理器为 基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程、面向 用户的简单编程语句，适应工业环境，是简单易懂，操作方便、可靠性高的新 一代通用工业控制器，是当代工业自动化的主要支柱之一。可编程控制器具有 丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力，但它的产品并不针对某一具体 工业应用，其灵活标准的配置能够适应工业上的各种控制。在实际应用中，其 硬件可根据实际需要选用配置，其软件则需要根据要求进行设计。 图 3-1 PLC 的硬件结构框图 可编程逻辑控制器，采用的是计算机的设计思想，最初主要用于顺序控制， 只能进行逻辑运算。随着微电子技术计算机技术和通信技术的发展，以及工业 自动化控制愈来愈高的需求，PLC 无论在功能上、速度上、智能化模块以及联 网通信上，都有很大的提高。现在的 PLC 已不只是开关量控制，其功能远远超 出了顺序控制、逻辑控制的范围，具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信 11 等强大功能。美国电气制造商协会(NEMA)将其正式命名为可编程控制器 (Programmable Controller)，简称 PC，但是为了和个人计算机(Persona1 Computer)的简称 PC 相区别，人们常常把可编程控制器仍简称为 PLC。 事实上与所有的器件一样，PLC 本身也有其局限性，它无法向操作者显法 方便、快速地改变相关参数、配方。因此，在现今的稍微复杂一些的控制系统 中，PLC 通常与工业控制计算机配合使用，实现完整的控制功能。 3.2 PLC 的特点 现代可编程控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数 学处理、运动控制、模拟量 PID 控制、通信网络等功能。在发达的工业化国家， 可编程控制器已经广泛的应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、 家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。归纳可编程控制器主 要有以下几方面的优点： 1. 灵活、通用 在继电器控制