引言

   　 入場(chǎng)煤旋臂采樣機(jī)是焦化针余、火電行業(yè)的一個(gè)重要采樣設(shè)備芯急。為了保護(hù)設(shè)備豌蟋，在采樣時(shí)必須有效的控制其回轉(zhuǎn)角度在規(guī)定的范圍之內(nèi)，因此設(shè)置了回轉(zhuǎn)保護(hù)裝置歹垫。傳統(tǒng)的保護(hù)裝置是在回轉(zhuǎn)體的下部安裝行程開關(guān)耸别，此開關(guān)易損壞，使設(shè)備的回轉(zhuǎn)保護(hù)失效县钥。

1 簡(jiǎn)介

   　 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展秀姐，原煤耗用量持續(xù)增長(zhǎng)。近兩年來若贮，全國(guó)煤炭資源出現(xiàn)了供應(yīng)緊張的局面省有，尤其是電力用煤全面告急，部分電廠陷入了停機(jī)待煤的尷尬境地谴麦；同時(shí)蠢沿，由于電煤供應(yīng)日趨市場(chǎng)化、多元化匾效，造成煤質(zhì)波動(dòng)幅度增大舷蟀，煤種雜、入爐煤質(zhì)控制難度加大面哼，使發(fā)電廠鍋爐燃煤偏離設(shè)計(jì)煤種戈勾，鍋爐穩(wěn)定燃燒受到破壞，引發(fā)的設(shè)備缺陷明顯增多筹唠，嚴(yán)重影響了鍋爐安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行户痒。火力發(fā)電行業(yè)的主要原料——煤炭傀蒲，逐步全面推向市場(chǎng)赠槽，價(jià)格也隨之開放，煤炭的費(fèi)用在火力發(fā)電廠的成本已占70～80%的份額攒坊；焦化行業(yè)也面臨著同樣困境幢戳。因此，對(duì)煤炭質(zhì)量的檢測(cè)，已也引起火力發(fā)電外抓、焦化行業(yè)的高度重視撇涡。以前的檢測(cè)是工作人員到煤廠隨機(jī)采取一份煤樣送往化驗(yàn)室化驗(yàn)，化驗(yàn)室根據(jù)此樣品的化驗(yàn)結(jié)果核算成本福耐。這樣的采樣方法既浪費(fèi)時(shí)間葫羡，工作環(huán)境較差恼五，樣品的代表性準(zhǔn)確性不高昌罩，從而使自動(dòng)化設(shè)備采樣替代人工采樣勢(shì)在必行。進(jìn)入90年代灾馒，入場(chǎng)煤采制樣設(shè)備(汽車入場(chǎng)煤茎用，火車入場(chǎng)煤)達(dá)到了迅速發(fā)展。同時(shí)睬罗，自動(dòng)化技術(shù)在入場(chǎng)煤采制樣設(shè)備的廣泛運(yùn)用轨功，極大地把工人從繁雜的體力勞動(dòng)和不安全的工作環(huán)境中解放出來，顯著地改善了工人的工作環(huán)境和提高了工人的工作效率容达。針對(duì)這種情況古涧，我公司研發(fā)出一種新型全自動(dòng)旋臂采樣機(jī)，該設(shè)備在山西長(zhǎng)治地區(qū)焦化行業(yè)投入應(yīng)用后花盐，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益羡滑。
               
    　入場(chǎng)煤旋臂采樣機(jī)是焦化、火電行業(yè)的一個(gè)重要采樣設(shè)備算芯。為了保護(hù)設(shè)備柒昏，在采樣時(shí)必須有效的控制其回轉(zhuǎn)角度在規(guī)定的范圍之內(nèi)，因此設(shè)置了回轉(zhuǎn)保護(hù)裝置属圃。傳統(tǒng)的保護(hù)裝置是在回轉(zhuǎn)體的下部安裝行程開關(guān)轻调，此開關(guān)易損壞，使設(shè)備的回轉(zhuǎn)保護(hù)失效叉砰。我公司在對(duì)山西屯留焦化廠旋臂采樣機(jī)的設(shè)計(jì)過程中皮匪，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)众抽，提高了設(shè)備的可靠性条稍、準(zhǔn)確性，使旋臂采樣機(jī)所采樣品更具有代表性袋员。下面將從旋轉(zhuǎn)編碼器的機(jī)械安裝悟惰、電氣接線、plc的組態(tài)痘嫉、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等幾個(gè)方面進(jìn)行介紹估曾。
           
2  旋臂采樣機(jī)機(jī)械組成部分及工作原理
           
　　2.1 機(jī)械部分
               
　　旋臂采樣機(jī)機(jī)械部分由支架、平臺(tái)、旋臂黔章、小車走行機(jī)構(gòu)胁塞、升降機(jī)構(gòu)、螺旋采樣機(jī)構(gòu)組成压语。
           
　　2.2 控制系統(tǒng)及工作原理
               
  　  本系統(tǒng)采用pii的研華工控機(jī)啸罢，捷瑞公司的rs232轉(zhuǎn)rs322/485工業(yè)通訊卡，數(shù)據(jù)庫采用與工廠信息管理系統(tǒng)相一致數(shù)據(jù)庫visual foxpro6.0胎食，采用視頻捕捉卡扰才，圖像分割器及閉路監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表對(duì)生產(chǎn)中各個(gè)參數(shù)自動(dòng)厕怜、連續(xù)地進(jìn)行檢測(cè)衩匣，同時(shí)將信號(hào)反饋給現(xiàn)場(chǎng)plc和上位機(jī)，并在上位機(jī)顯示器上顯示出來粥航；plc和上位機(jī)比較程序中設(shè)定的工藝參數(shù)琅捏，自動(dòng)地調(diào)節(jié)某臺(tái)設(shè)備的工況(啟動(dòng)、停止)及存儲(chǔ)煤質(zhì)數(shù)據(jù)递雀，從而自動(dòng)滿足生產(chǎn)過程需要柄延。
               
   　 采用歐姆龍公司歐姆龍c200系列可編程控制器為控制核心，另有兩塊i/o模塊缀程，一塊輸出模塊搜吧，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)颜要。各種開關(guān)量及模擬量輸入到plc后荣吻，由上位機(jī)發(fā)出執(zhí)行指令，plc經(jīng)過運(yùn)算后量奸，將其運(yùn)算結(jié)果輸出到電機(jī)押辽、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)澄璃。其控制原理圖如圖1所示饵忙。

圖1  自動(dòng)旋臂采樣機(jī)控制系統(tǒng)原理圖

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　　(1)上位機(jī)與plc通信
               
     　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)通信圣翅。組態(tài)王6.0是運(yùn)行于microsoft windows nt / xp 中文平臺(tái)的全中文界面的組態(tài)軟件岖疲，采用了多線程、com組件等新技術(shù)握饼，能夠?qū)崿F(xiàn)適時(shí)多任務(wù)极阴，具有開放的程序接口，可以自由地存取數(shù)據(jù)诡泌，且與各種關(guān)系數(shù)據(jù)庫能夠完整連接碟狞。
               
　　(2)系統(tǒng)功能
               
    　本系統(tǒng)的操作完全由上位機(jī)完成啄枕，操作人員運(yùn)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊要操作的對(duì)象，上位機(jī)通過組態(tài)王6.0將指令傳遞給plc族沃，plc經(jīng)過運(yùn)算后決定要進(jìn)行的工作频祝。系統(tǒng)設(shè)置了兩種工作方式：手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行脆淹。
           
3  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)部分常空，當(dāng)采樣時(shí)，圈定采樣區(qū)域盖溺，出現(xiàn)采樣點(diǎn)位后漓糙，采樣點(diǎn)的坐標(biāo)一經(jīng)確定，坐標(biāo)(x,y)的數(shù)值也就確定咐柜，橫坐標(biāo)通過旋臂角度確定兼蜈，通過公式y(tǒng)=ktgβ攘残，其中系數(shù)k由減速機(jī)的減速比和電機(jī)轉(zhuǎn)速確定拙友，β為旋轉(zhuǎn)角度。采用plc控制歼郭，其原理是利用與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接的編碼器向plc發(fā)出脈沖遗契，plc通過接收的脈沖信號(hào)進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，當(dāng)與回轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的脈沖超出所規(guī)定的范圍時(shí)盆扳，plc根據(jù)組態(tài)邏輯對(duì)回轉(zhuǎn)液壓電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制膊编，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備的要求。小車縱向行走直接通過編碼器向plc發(fā)出脈沖俭整，plc通過接收的脈沖信號(hào)進(jìn)行高速計(jì)數(shù)尸钢，根據(jù)上位機(jī)所賦值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
           
　　3.1 編碼器的機(jī)械連接
               
    　回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上妄由，驅(qū)動(dòng)原理為液壓電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)渦輪減速機(jī)熔厌，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)像淋。為了使旋轉(zhuǎn)編碼器與回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置相連接誉煎，工程實(shí)施中的編碼器與渦輪輸出軸之間增加了連接軸，圖2為旋轉(zhuǎn)編碼器與回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置連接示意圖语雇。這樣當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)小齒輪嚙合大齒輪圈使回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)痛贬，也帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)，從而使回轉(zhuǎn)部分的回轉(zhuǎn)與編碼器的軸的旋轉(zhuǎn)建立了相對(duì)應(yīng)的關(guān)系磨涵，也為plc對(duì)回轉(zhuǎn)電機(jī)的控制奠定了基礎(chǔ)驻债。

圖2  編碼器與回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置連接示意圖

3.2 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中形葬。這次改造合呐，plc僅連接一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器驯妄，故采用plc內(nèi)置的高速計(jì)數(shù)器0來計(jì)數(shù)，不需另外配置高速計(jì)數(shù)器模板合砂。因采樣機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)可2個(gè)方向回轉(zhuǎn)青扔，故編碼器使用2個(gè)方向脈沖信號(hào)，即遞計(jì)數(shù)增脈沖和遞減計(jì)數(shù)脈沖翩伪。信號(hào)接線時(shí)微猖，旋轉(zhuǎn)編碼器的a向脈沖接在plc的00004輸入點(diǎn)，b向脈沖接在plc的00005輸入點(diǎn)缘屹，復(fù)位z信號(hào)接在00006輸入點(diǎn)凛剥。圖3為編碼器與plc接線圖。因編碼器e6b2-cwz6c為pnp開集輸出轻姿，故接線應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D2中所示犁珠，不得接反，cpu的com端接+24v否則編碼器不工作祷骂。

圖3  編碼器與plc接線圖

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　　3.3 旋轉(zhuǎn)編碼器在plc中的組態(tài)
               
　　(1) plc與編程設(shè)備的連接
               
    　系統(tǒng)采用vc++開發(fā)了一套系統(tǒng)雇牍，采用組態(tài)王通訊，利用安裝有編程支持軟件的工控機(jī)藤习，通過與歐姆龍plc的連接對(duì)程序下載乌心、調(diào)試、在線監(jiān)測(cè)第粟，極大的縮短了工程人員的編程匹羹、調(diào)試工作。
               
　　(2)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)方法分析
               
   　 在設(shè)計(jì)時(shí)协颅，將采樣機(jī)懸臂與軌道中心線的平行位置設(shè)為初始位糕但，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)簇娩，位置角為正唠魏，相反懸臂在初始位向左方時(shí)，位置角為負(fù)厦浦。設(shè)初始位的位置角為0°瑟捺，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)棺榔，位置為正瓶堕，懸臂向右旋轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)值增加症歇，位置角變大郎笆，懸臂向左旋轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)值遞減忘晤，位置角變型痱尽激捏；懸臂向左轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)值及位置角的絕對(duì)值都增大凄吏，但脈沖數(shù)及位置角的方向均為負(fù)远舅，懸臂向右旋轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖數(shù)值及位置角的絕對(duì)值減少痕钢，如圖4所示图柏。

圖4   懸臂回轉(zhuǎn)角及脈沖數(shù)值范圍

　　控制方式為：采樣開始時(shí)，當(dāng)p1 歐姆龍編碼器選型為e6b2-cwz6c任连，p0=200p/r蚤吹，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划疟，故pv=420α泡募。為此，根據(jù)回轉(zhuǎn)保護(hù)要求苦恶，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票虎、-p1及采取煤樣時(shí)的兩個(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涎舔，均可通過公式得出甲盘。
               
　　(3)plc編程
               
   　 在使用cpu內(nèi)置的高速計(jì)數(shù)器0時(shí)菠山，在執(zhí)行程序前必須在編程模式下進(jìn)行有關(guān)pc設(shè)置設(shè)定哮互，包括對(duì)dm6638進(jìn)行輸入刷新字設(shè)置及對(duì)dm6642進(jìn)行高速計(jì)數(shù)器0設(shè)置。
           
4  程序控制
                
   　 利用plc的高速計(jì)數(shù)器0實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)保護(hù)的程序乙错。程序中ctbl指令的功能是在plc上電的第1個(gè)掃描周期中题晌，登陸區(qū)域比較表，并啟動(dòng)比較贾悬，比較表的通道為dm0000儡皮，非微分型ini指令執(zhí)行的操作是在plc上電的第1個(gè)掃描周期中，將hr00和hr01通道的內(nèi)容(plc斷電前瞬時(shí)的高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值)傳送到高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前寄存器sr230和sr231中哪自，作為高速計(jì)數(shù)器的新當(dāng)前值丰包。塊傳送指令xfer的功能是實(shí)時(shí)將高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前寄存器rs230和rs231通道的內(nèi)容傳送到hr00和hr01中。因此壤巷，plc斷電后邑彪，仍能記住采樣機(jī)懸臂的當(dāng)前位置。
               
    　ar11.00~ar11.07為高速計(jì)數(shù)器0的范圍比較值胧华，即當(dāng)高速計(jì)數(shù)器0的當(dāng)前值落入對(duì)應(yīng)的8個(gè)區(qū)域時(shí)寄症，對(duì)應(yīng)此標(biāo)志位為1，否則為0矩动。圖中用了4個(gè)標(biāo)志位ar11.00~ar11.03有巧，分別對(duì)應(yīng)4個(gè)區(qū)域范圍滿足條件標(biāo)志释漆。
           
5  程序調(diào)試
               
　　利用裝有支持軟件的移動(dòng)計(jì)算機(jī)與plc的連接，使用支持軟件提供的各種調(diào)試功能實(shí)時(shí)對(duì)plc程序進(jìn)行調(diào)試篮迎。調(diào)試時(shí)需注意兩點(diǎn)：
               
　　(1)一是采樣機(jī)懸臂與軌道中心線平行時(shí)男图，將輸入點(diǎn)0.03接置on，對(duì)高速計(jì)數(shù)器0進(jìn)行復(fù)位甜橱；
               
    　(2)二是實(shí)際采樣機(jī)懸臂旋轉(zhuǎn)時(shí)姆赔，高速計(jì)數(shù)器的脈沖增減的方向和設(shè)計(jì)時(shí)可能不符，如設(shè)計(jì)時(shí)梯俘，使懸臂右轉(zhuǎn)時(shí)脈沖遞增豆凛，左轉(zhuǎn)時(shí)脈沖遞減，實(shí)際可能恰恰相反霎挚。
               
  　  (3)解決方法：一是調(diào)節(jié)編碼器的a缸舱、b向接線，二是在比較表中調(diào)整設(shè)定時(shí)數(shù)據(jù)及方向(正骗早、負(fù)號(hào))把意，參照?qǐng)D4，若原區(qū)2在比較表中設(shè)定區(qū)域?yàn)閜1

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6  問題及解決
                
  　  設(shè)計(jì)時(shí)原計(jì)劃采用西門子plc226+歐姆龍編碼器+歐姆龍接近開關(guān)爪撤，但在實(shí)際工程工作中绿捶，因采用的編碼器為npn型，plc的公共端需接成+24v网燃，這給整個(gè)弱電系統(tǒng)帶來很大隱患婆精，后采用歐姆龍plc后，這一問題達(dá)到完美的解決雄炕。由于旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用沈条，使旋臂采樣機(jī)的回轉(zhuǎn)保護(hù)功能變得準(zhǔn)確、可靠且易維護(hù)诅炉，有效地解決了傳統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)中采用行程開關(guān)方式出現(xiàn)的動(dòng)作不可靠蜡歹、設(shè)備易損等問題。同時(shí)也為采用歐姆龍旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)采樣機(jī)的仰俯角度的精確控制及保護(hù)問題提供了技術(shù)基礎(chǔ)及實(shí)現(xiàn)依據(jù)涕烧。
           
7  結(jié)束語
                
    　自動(dòng)旋臂采制樣機(jī)是針對(duì)燃煤焦化廠對(duì)控制入廠煤的質(zhì)量而研發(fā)的產(chǎn)品月而，采制樣裝置通過精心設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單议纯、性能可靠父款、采樣精度高、對(duì)煤中的難碎異物具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力等特點(diǎn)痹扇☆趵欤控制系統(tǒng)采用“xd——2000監(jiān)控系統(tǒng)”及“可編程程序控制器”二級(jí)控制，既滿足大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)運(yùn)算處理鲫构，又達(dá)到控制要求浓恶，各控制單元玫坛、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)原件都充分考慮了其可靠性和抗干擾性沙涎。采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傅慈、制造完全符合有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可保證采樣數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性疼磺，滿足商業(yè)結(jié)算或正平衡計(jì)算發(fā)電煤耗的要求碘淘，實(shí)踐證明該系統(tǒng)控制可靠，界面友好款腥、操作方便惰采。由于老式旋臂采樣機(jī)在山西有很大的市場(chǎng)，本系統(tǒng)也可用于老式旋臂采樣機(jī)的改造综翠；該裝置不僅可用于焦化廠栋锣、燃煤電廠及類似以煤作燃料的大型企業(yè)，也可用于冶金涤墙、礦山谍竿、港口等行業(yè)礦粉類物料采樣。

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