基于PLC的旋臂采樣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司焦化廠 張永順 李海濱 郭小勇 王彥華

基于PLC的旋臂采樣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司焦化廠 張永順 李海濱 郭小勇 王彥華

入場(chǎng)煤旋臂采樣機(jī)是焦化行業(yè)的一個(gè)重要采樣設(shè)備。在設(shè)計(jì)過程中，利用可編程計(jì)數(shù)器的高速計(jì)數(shù)器功能配合旋轉(zhuǎn)編碼器的使用，有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)回轉(zhuǎn)角度的測(cè)量和對(duì)設(shè)備的回轉(zhuǎn)保護(hù)，提高了設(shè)備的可靠性、準(zhǔn)確性，使旋臂采樣機(jī)所采樣品更具有代表性。本文將從上位機(jī)組態(tài)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行介紹。

一、旋臂采樣機(jī)機(jī)械組成部分及工作原理

1.機(jī)械部分。旋臂采樣機(jī)機(jī)械部分由支架平臺(tái)、旋臂、小車走行機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、螺旋采樣機(jī)構(gòu)組成。

2.控制系統(tǒng)及工作原理。本系統(tǒng)采用P4的研華工控機(jī)，捷瑞公司的RS232轉(zhuǎn)RS322/485工業(yè)通訊卡，數(shù)據(jù)庫(kù)采用與工廠信息管理系統(tǒng)相一致數(shù)據(jù)庫(kù)VISUALFOXPRO6.0，采用視頻捕捉卡，圖像分割器及閉路監(jiān)控系統(tǒng)。

采用歐姆龍C200系列可編程控制器為控制核心，另有兩塊I/O模塊，一塊輸出模塊，一塊8輸入的模擬量轉(zhuǎn)換模塊，用于轉(zhuǎn)換在線分析儀檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。各種開關(guān)量及模擬量輸入到PLC后，由上位機(jī)發(fā)出執(zhí)行指令，PLC經(jīng)過運(yùn)算后，將其運(yùn)算結(jié)果輸出到電機(jī)、電動(dòng)液壓推桿等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。硬件部分還采用了歐姆龍接近開關(guān)。其控制原理圖如圖1。

圖1 自動(dòng)旋臂采樣機(jī)控制系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)采用了北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王6.0作為組態(tài)軟件，通過PLC編程口與上位機(jī)通信。

二、回轉(zhuǎn)保護(hù)及實(shí)現(xiàn)過程

旋臂采樣機(jī)核心技術(shù)部分是回轉(zhuǎn)部分，當(dāng)采樣時(shí)，圈定采樣區(qū)域，出現(xiàn)采樣點(diǎn)位后，采樣點(diǎn)的坐標(biāo)一經(jīng)確定，坐標(biāo)（X，Y）的數(shù)值也就確定，橫坐標(biāo)通過旋臂角度確定，通過公式Y(jié)=κtgβ，其中系數(shù)κ由減速機(jī)的減速比和電機(jī)轉(zhuǎn)速確定，β為旋轉(zhuǎn)角度。

1.編碼器的機(jī)械連接。回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上，驅(qū)動(dòng)原理為液壓電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)渦輪減速機(jī)，通過聯(lián)軸器經(jīng)由傳動(dòng)軸，帶動(dòng)小齒輪嚙合固定在門座架上的大齒輪圈使回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC的接線。在旋轉(zhuǎn)編碼器與回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置連接好后，需將編碼器的脈沖信號(hào)輸入PLC中。這次改造，PLC僅連接一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，故采用PLC內(nèi)置的高速計(jì)數(shù)器來計(jì)數(shù)，不需另外配置高速計(jì)數(shù)器模板。因采樣機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)可2個(gè)方向回轉(zhuǎn)，故編碼器使用2個(gè)方向脈沖信號(hào)，即遞增計(jì)數(shù)脈沖和遞減計(jì)數(shù)脈沖。

3.旋轉(zhuǎn)編碼器在PLC中的組態(tài)。系統(tǒng)采用VC++開發(fā)了一套系統(tǒng)，采用組態(tài)王通訊，利用安裝有編程支持軟件的工控機(jī)，通過與歐姆龍PLC的連接對(duì)程序下載、調(diào)試、在線監(jiān)測(cè)，極大地縮短了工程人員的編程、調(diào)試工作。

在設(shè)計(jì)時(shí)，將采樣機(jī)懸臂與軌道中心線的平行位置設(shè)為初始位，其與軌道中心線的夾角定義為初始位置角，懸臂在初始位向右方時(shí)，位置角為正，相反懸臂在初始位向左方時(shí)，位置角為負(fù)。設(shè)初始位的位置角為0°，對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖設(shè)為P0=0；當(dāng)懸臂在初始位的右方時(shí)，位置為正，懸臂向右旋轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)值增加，位置角變大，懸臂向左旋轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)值遞減，位置角變小；懸臂向左轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)值及位置角的絕對(duì)值都增大，但脈沖數(shù)及位置角的方向均為負(fù)，懸臂向右旋轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)值及位置角的絕對(duì)值減少，如圖2所示。

圖2 懸臂回轉(zhuǎn)角及脈沖數(shù)值范圍

控制方式：采樣開始時(shí)，當(dāng)P1

歐姆龍編碼器選型為E6B2-CWZ6C，P0=200P/r，K1=6，根據(jù)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)系數(shù)算出K2=70，故PV=420α。根據(jù)保護(hù)要求，采樣時(shí)的兩個(gè)對(duì)應(yīng)回轉(zhuǎn)限位位置的編碼器脈沖值P1、-P1及采取煤樣時(shí)兩個(gè)對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)限位位置的編碼器脈沖值P2、-P2及懸臂回轉(zhuǎn)180°時(shí)的脈沖值P3，均可通過公式得出。