基于PLC的旋臂采样机自动控制系统

安阳钢铁集团公司焦化厂 张永顺 李海滨 郭小勇 王彦华

基于PLC的旋臂采样机自动控制系统

安阳钢铁集团公司焦化厂 张永顺 李海滨 郭小勇 王彦华

入场煤旋臂采样机是焦化行业的一个重要采样设备。在设计过程中，利用可编程计数器的高速计数器功能配合旋转编码器的使用，有效地实现了对回转角度的测量和对设备的回转保护，提高了设备的可靠性、准确性，使旋臂采样机所采样品更具有代表性。本文将从上位机组态、计算机自动控制等几个方面对其进行介绍。

一、旋臂采样机机械组成部分及工作原理

1.机械部分。旋臂采样机机械部分由支架平台、旋臂、小车走行机构、升降机构、螺旋采样机构组成。

2.控制系统及工作原理。本系统采用P4的研华工控机，捷瑞公司的RS232转RS322/485工业通讯卡，数据库采用与工厂信息管理系统相一致数据库VISUALFOXPRO6.0，采用视频捕捉卡，图像分割器及闭路监控系统。

采用欧姆龙C200系列可编程控制器为控制核心，另有两块I/O模块，一块输出模块，一块8输入的模拟量转换模块，用于转换在线分析仪检测到的数据。各种开关量及模拟量输入到PLC后，由上位机发出执行指令，PLC经过运算后，将其运算结果输出到电机、电动液压推杆等执行机构。硬件部分还采用了欧姆龙接近开关。其控制原理图如图1。

图1 自动旋臂采样机控制系统原理

本系统采用了北京亚控科技发展有限公司的组态王6.0作为组态软件，通过PLC编程口与上位机通信。

二、回转保护及实现过程

旋臂采样机核心技术部分是回转部分，当采样时，圈定采样区域，出现采样点位后，采样点的坐标一经确定，坐标（X，Y）的数值也就确定，横坐标通过旋臂角度确定，通过公式Y=κtgβ，其中系数κ由减速机的减速比和电机转速确定，β为旋转角度。

1.编码器的机械连接。回转驱动装置设置在转盘上，驱动原理为液压电动机带动涡轮减速机，通过联轴器经由传动轴，带动小齿轮啮合固定在门座架上的大齿轮圈使回转部分转动。

2.旋转编码器与PLC的接线。在旋转编码器与回转驱动装置连接好后，需将编码器的脉冲信号输入PLC中。这次改造，PLC仅连接一个旋转编码器，故采用PLC内置的高速计数器来计数，不需另外配置高速计数器模板。因采样机回转时可2个方向回转，故编码器使用2个方向脉冲信号，即递增计数脉冲和递减计数脉冲。

3.旋转编码器在PLC中的组态。系统采用VC++开发了一套系统，采用组态王通讯，利用安装有编程支持软件的工控机，通过与欧姆龙PLC的连接对程序下载、调试、在线监测，极大地缩短了工程人员的编程、调试工作。

在设计时，将采样机悬臂与轨道中心线的平行位置设为初始位，其与轨道中心线的夹角定义为初始位置角，悬臂在初始位向右方时，位置角为正，相反悬臂在初始位向左方时，位置角为负。设初始位的位置角为0°，对应旋转编码器的脉冲设为P0=0；当悬臂在初始位的右方时，位置为正，悬臂向右旋转时，脉冲数值增加，位置角变大，悬臂向左旋转时，脉冲数值递减，位置角变小；悬臂向左转时，脉冲数值及位置角的绝对值都增大，但脉冲数及位置角的方向均为负，悬臂向右旋转时，脉冲数值及位置角的绝对值减少，如图2所示。

图2 悬臂回转角及脉冲数值范围

控制方式：采样开始时，当P1

欧姆龙编码器选型为E6B2-CWZ6C，P0=200P/r，K1=6，根据回转驱动装置的传动系数算出K2=70，故PV=420α。根据保护要求，采样时的两个对应回转限位位置的编码器脉冲值P1、-P1及采取煤样时两个对应的回转限位位置的编码器脉冲值P2、-P2及悬臂回转180°时的脉冲值P3，均可通过公式得出。