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1 引言

      隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，原煤耗用量持續(xù)增長(zhǎng)。近兩年來，全國(guó)煤炭資源出現(xiàn)了供應(yīng)緊張的局面，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；同時(shí)，由于電煤供應(yīng)日趨市場(chǎng)化、多元化，造成煤質(zhì)波動(dòng)幅度增大，煤種雜、入爐煤質(zhì)控制難度加大，使發(fā)電廠鍋爐燃煤偏離設(shè)計(jì)煤種，鍋爐穩(wěn)定燃燒受到破壞，引發(fā)的設(shè)備缺陷明顯增多，嚴(yán)重影響了鍋爐安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行?；鹆Πl(fā)電行業(yè)的主要原料——煤炭，逐步全面推向市場(chǎng)，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；焦化行業(yè)也面臨著同樣困境。因此，對(duì)煤炭質(zhì)量的檢測(cè)，已也引起火力發(fā)電、焦化行業(yè)的高度重視。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。這樣的采樣方法既浪費(fèi)時(shí)間，工作環(huán)境較差，樣品的代表性準(zhǔn)確性不高，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，入場(chǎng)煤采制樣設(shè)備(汽車入場(chǎng)煤，火車入場(chǎng)煤)達(dá)到了迅速發(fā)展。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)在入場(chǎng)煤采制樣設(shè)備的廣泛運(yùn)用，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。針對(duì)這種情況，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，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

      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。為了保護(hù)設(shè)備，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。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)，此開關(guān)易損壞，使設(shè)備的回轉(zhuǎn)保護(hù)失效。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，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。下面將從旋轉(zhuǎn)編碼器的機(jī)械安裝、電氣接線、plc的組態(tài)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

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、小車走行機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、螺旋采樣機(jī)構(gòu)組成。

2.2 控制系統(tǒng)及工作原理

      本系統(tǒng)采用pii的研華工控機(jī)，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)visual foxpro6.0，采用視頻捕捉卡，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)、連續(xù)地進(jìn)行檢測(cè)，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；plc和上位機(jī)比較程序中設(shè)定的工藝參數(shù)，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)，從而自動(dòng)滿足生產(chǎn)過程需要。

      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，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所示。

圖1 自動(dòng)旋臂采樣機(jī)控制系統(tǒng)原理圖

(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。組態(tài)王6.0是運(yùn)行于microsoft bbbbbbs nt / xp 中文平臺(tái)的全中文界面的組態(tài)軟件，采用了多線程、com組件等新技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)適時(shí)多任務(wù)，具有開放的程序接口，可以自由地存取數(shù)據(jù)，且與各種關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)能夠完整連接。

(2)系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的操作完全由上位機(jī)完成，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，plc經(jīng)過運(yùn)算后決定要進(jìn)行的工作。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。

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，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(tǒng)=ktgβ，其中系數(shù)k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。采用plc控制，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，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)，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，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，plc通過接收的脈沖信號(hào)進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，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，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)。為了使旋轉(zhuǎn)編碼器與回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置相連接，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。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)，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，也為plc對(duì)回轉(zhuǎn)電機(jī)的控制奠定了基礎(chǔ)。

圖2 編碼器與回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置連接示意圖