基于PLC的旋臂采樣機自動控制系統

安陽鋼鐵集團公司焦化廠 張永順 李海濱 郭小勇 王彥華

基于PLC的旋臂采樣機自動控制系統

安陽鋼鐵集團公司焦化廠 張永順 李海濱 郭小勇 王彥華

入場煤旋臂采樣機是焦化行業的一個重要采樣設備。在設計過程中，利用可編程計數器的高速計數器功能配合旋轉編碼器的使用，有效地實現了對回轉角度的測量和對設備的回轉保護，提高了設備的可靠性、準確性，使旋臂采樣機所采樣品更具有代表性。本文將從上位機組態、計算機自動控制等幾個方面對其進行介紹。

一、旋臂采樣機機械組成部分及工作原理

1.機械部分。旋臂采樣機機械部分由支架平臺、旋臂、小車走行機構、升降機構、螺旋采樣機構組成。

2.控制系統及工作原理。本系統采用P4的研華工控機，捷瑞公司的RS232轉RS322/485工業通訊卡，數據庫采用與工廠信息管理系統相一致數據庫VISUALFOXPRO6.0，采用視頻捕捉卡，圖像分割器及閉路監控系統。

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輸入的模擬量轉換模塊，用于轉換在線分析儀檢測到的數據。各種開關量及模擬量輸入到PLC后，由上位機發出執行指令，PLC經過運算后，將其運算結果輸出到電機、電動液壓推桿等執行機構。硬件部分還采用了歐姆龍接近開關。其控制原理圖如圖1。

圖1 自動旋臂采樣機控制系統原理

本系統采用了北京亞控科技發展有限公司的組態王6.0作為組態軟件，通過PLC編程口與上位機通信。

二、回轉保護及實現過程

旋臂采樣機核心技術部分是回轉部分，當采樣時，圈定采樣區域，出現采樣點位后，采樣點的坐標一經確定，坐標（X，Y）的數值也就確定，橫坐標通過旋臂角度確定，通過公式Y=κtgβ，其中系數κ由減速機的減速比和電機轉速確定，β為旋轉角度。

1.編碼器的機械連接。回轉驅動裝置設置在轉盤上，驅動原理為液壓電動機帶動渦輪減速機，通過聯軸器經由傳動軸，帶動小齒輪嚙合固定在門座架上的大齒輪圈使回轉部分轉動。

2.旋轉編碼器與PLC的接線。在旋轉編碼器與回轉驅動裝置連接好后，需將編碼器的脈沖信號輸入PLC中。這次改造，PLC僅連接一個旋轉編碼器，故采用PLC內置的高速計數器來計數，不需另外配置高速計數器模板。因采樣機回轉時可2個方向回轉，故編碼器使用2個方向脈沖信號，即遞增計數脈沖和遞減計數脈沖。

3.旋轉編碼器在PLC中的組態。系統采用VC++開發了一套系統，采用組態王通訊，利用安裝有編程支持軟件的工控機，通過與歐姆龍PLC的連接對程序下載、調試、在線監測，極大地縮短了工程人員的編程、調試工作。

在設計時，將采樣機懸臂與軌道中心線的平行位置設為初始位，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，位置角為正，相反懸臂在初始位向左方時，位置角為負。設初始位的位置角為0°，對應旋轉編碼器的脈沖設為P0=0；當懸臂在初始位的右方時，位置為正，懸臂向右旋轉時，脈沖數值增加，位置角變大，懸臂向左旋轉時，脈沖數值遞減，位置角變小；懸臂向左轉時，脈沖數值及位置角的絕對值都增大，但脈沖數及位置角的方向均為負，懸臂向右旋轉時，脈沖數值及位置角的絕對值減少，如圖2所示。

圖2 懸臂回轉角及脈沖數值范圍

控制方式：采樣開始時，當P1

歐姆龍編碼器選型為E6B2-CWZ6C，P0=200P/r，K1=6，根據回轉驅動裝置的傳動系數算出K2=70，故PV=420α。根據保護要求，采樣時的兩個對應回轉限位位置的編碼器脈沖值P1、-P1及采取煤樣時兩個對應的回轉限位位置的編碼器脈沖值P2、-P2及懸臂回轉180°時的脈沖值P3，均可通過公式得出。