基于PLC的块煤防破碎装车系统设计.pdf

第 9期 2 01 1年 9月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 2 3 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 9 0 0 2 3 0 2 基于 P L C的块煤防破碎装车系统设计 术 李大伟 林明星 1 , 2 山东大学 机械工程学院 ， 济南 2 5 0 0 6 1 z 山东大学 高效洁净机械制造教育部重点实验室 ， 济南 2 5 0 0 6 1 De s i g n o f a n t i f r a c t u r i n g l o a d i n g s y s t e m f o r l u mp c o a l b a s e d on PL C LI Da we i ， LI N Mi n g x i n g ， ’ S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g Un i v e r s i t y ， j i ’ n a n 2 5 0 0 6 1 ， Ch i n a Ke v L a b o r a t o ry o f Hi g h Effic i e n c y a n d C l e a n Me c h a n i c a l Ma n u f a c t u r e Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n ， S h a n d o n g Un i v e r s i t y ， j i ’ n a n 2 5 0 0 6 1 ， C h i n a 【 摘要】 作为煤炭产品中一种重要的品种， 块煤质量严重影响着企业的经济效益。 为了尽可能降 低块煤在入仓时的破碎率， 同时提 高生产效率， 提 出了基于 P L C的块煤防破碎装车控制系统。 结合选煤 厂实际情况， 设计 了系统结构组成。 论述了整个 系统的工作原理 ， 控制 系统构成 ， 可编程控制器接 口定 义及程序详细流程。系统 自动化程度 高， 防止块煤破碎效果 良好， 增加 了装车的可靠性及灵活性 ， 提高 了装车效率， 便于生产管理。同时保证了选煤厂的正常生产 ， 显著提高了产品的附加值 。 关键词 P L C； 块煤； 自控系统 【 A b s t r a c t 】 A s 伽 i m p o r t a n t s p e c ie s o f c o a l p r o d u c ts ， e c o n o m i c ef fi c i e n c y of e n t e rp r i s e s is s e r i o u s ly a ff e c t e d b y t h e q u a l i t y ofl u m p c o a1 ． I n o r d e r t o r e d u c e f r a c t u r i n g r a t i o of l u m p c o al d u r i n g s t o r a g e p r o c e s s a s m u c h a s p o s s i b l e ， a n d r a i s e p r o d u c t i v i t y ， a n ant i - f r act u r i n g l o a d i n g s y s t e m ofl u m p c o al b a s e d o n P L C i s p r o p o s e d ． C o mb i n i n g act u al s i t u ati o n of c o al p r e p a r a t i o n f act o r y ， t h e s y s t e m s t r u c t u r e i s d e s i g n e d ， i n w h i c h t h e w o r k i n g p r i n c ip l e of t h e w h o l e s y s t e m， t h e c o n t r o l s y s t e m s t r u c t u r e ， p r o g r a mm a b l e c o n t r o l l e r i n t e rf ace d e fin i t i o n and d e t a i l p r o gram p r o c e s s a r e d i s c u s s e d ． T h e s y s t e m h ad a h i g h d e gre e ofa u t o mat i o n and a g o o d e f f e c t o n p r e v e n t i n g l u m p c o al f r o m b r e a k i n g ， m e anw h i l e t h e r e l i a b i l i t y a n d fle x i b i l i t y of l o a d i n g a r e i n c r e ase d ,a n d l o adi n g e ffic i e n c y i s i m p r o v e d as w e l l ， w h i c h s h all f aci l i t at e t h e p r o d u c t i o n m a n a g e me n t ． Mo r e o v e r n o r mal p r o d u c t i o n o fc 0 p r e p a r a t i o n f a c t o r y is e n s u r e d at t h e S a lT It i me ， a n d p r o d uct add e d 一 u e i s a l s o e n h a n c e d s i g n ific ant l y ． Ke y wo r ds PLC； Lum p c oa l ； Au t o m a t i c c o nt r ol s y s t e m 中图分类号 T H1 6 ， T P 2 7 3 ， T D 9 2 8 ． 9 文献标识码 A 1 引言 P L C可编程控制器以其可靠陛高、抗干扰能力强等特点在我 国工业控制领域得到了广泛应用。 煤炭在开采、 运输、 洗选加工过程 中都不可避免地造成煤炭的破碎， 降低了煤炭的附加值， 给企业带 来 了一定经济损失。目前 ， 在煤炭行业使用的煤炭防破碎的方法 中 使用较多的是伸缩筒式防破碎装置、 料斗式防破碎装置和螺旋溜槽 等方法。 随着科技的发展， 对块煤防破碎装置的要求不断提高， 为了 进一步解决装车块煤破碎问题， 提高块煤传输及装车的自动化程 度， 设计了基于 P L C控制的块煤防破碎装车系统设计。 2块煤防破碎装车系统 2 ． 1块煤防破碎装车系统结构 块煤防破碎装车系统的结构示意图， 如图 1 所示。 该块煤防破 碎装车系统结构部分主要包括溜槽液压翻板， 螺旋溜槽， 主煤仓， 仓 外旁路装车溜槽， 旁路液压装车闸门， 落地液压插板， 变角皮带液压 升降系统和主煤仓液压装车闸门。系统以阻旋式料位控制器 ， 雷达 式料位计、 五台电机、 液压系统的6 个电磁阀及行程开关 、 接触器等 ★来稿 日期 2 0 1 0 1 1 - 1 1 ★基金项 目 济南市科委项 目资助 1 1 3 8 0 7 7 1 配合P L C对动筛块煤皮带输送过来的块煤进行自动控制。 图 1 块煤防破碎装车系统的结构示意图 1 溜 槽液压翻板 2 ． 螺旋溜槽 3 ． 主煤仓 4 ．仓外旁路装车溜槽 5 ． 旁路液压装车闸门 6 ．落地液压插板 7 ． 变角皮带液压升降系统 8 ． 主煤仓液压装车闸门 9 ．动筛块煤皮带 2 _ 2块煤防破碎装车系统工作原理 系统通过主煤仓增加螺旋溜槽， 实现块煤的连续滑动人仓。 螺旋溜槽 的原理， 是将煤流的自由落体运动转化为匀速螺旋运 动， 以降低煤流速度， 减缓煤流冲击， 防止块煤破碎 ， 达到提高块 煤率的目的。 为了增加装车的可控性 ， 设计了主煤仓液压装车闸 2 4 李大伟等 基 于P L C的块煤防破碎装车 系统设计 第 9期 门及旁路液压装车闸门。 设计了仓外旁路装车溜槽及变角皮带液 压升降系统， 增加系统对块煤的储煤量且能够实现仓外防破碎堆 存。 雷达式料位计结合 P L C自动控制系统进一步防止了块煤破 碎， 实现了煤位的控制和进 主煤仓、 仓外旁路装车溜槽煤量的 动态平衡 ， 阻旋式料位控制器进行主煤仓 、 仓外旁路装车溜槽 的 防堵报警， 确保系统的可靠性。 动筛块煤皮带头部溜槽设置溜槽液压翻版分岔溜槽 ， 动筛 块煤可经螺旋溜槽进入主煤仓 ， 再经主煤 仓液压装车闸门装车 ， 也可经头部溜槽液压 翻板分岔进入仓外旁路装车溜槽 ， 然后通过 旁路液压装车闸门装车， 也可打开落地液压插板经变角升降皮带 液压升降系统落地堆存。 3控制系统结构 该块煤 防破碎装车系统 中， 我们采用 了西 门子 S 7 2 0 0 P L C 来主要实现开关量的逻辑控制与顺序控制 、 电机的运动控制及模 拟量的数据处理 。 P L C的 C P U模块接线 图， 如图 2 所示。可编程 控制器包括 C P U模块 、 两个 I ／ 0模块 、 两个模拟量模块。 其 中， 输 人模块包括按钮 、 选择开关 、 行程开关 、 电机及电机保护器 、 传感 器和 2 2 0 V的交 流电源 ， 输出模块包括 接触器 、 电磁阀 、 继 电器 、 指示灯、 蜂鸣器和 2 4 V的直流开关电源。 24 ＼ 2 4V一 口 四，_ l 0 O 1 0 l 1 0 ． 2 Q O 0 - _ { 丑一 嬲 Q O l _ _ 1 一 1 0 5 Q O ．2 _ _ { 一 - ． ． ． ． ．． ． ． ． ．． ． ． ． ．_ ，， ． ． ～ Q O 3 圆一 专 o - 匠 ， _ c P u Q 回一 o O ． 里 塑 I 1 2 Q O ．5 固r 行 1 1 ． 3 Q O ．6 回一 程 0 M [ O O 7 [ 葜 L Q 1 0 口 一 耳 “ A Xj Q 1 ． 1 口 关i一 ’ N 图 2 P I C的 C P U模块接线图 4 P L C程序的分析与设计 根据选定的 P L C及系统罔 中各动作过程的分析 ， P L C的主 要输出信号地址分配， 如表 1 所示。 限于篇幅， 这里没有列 指示 灯地址。P L C的输入信号地址分配， 如表 2 所示。 表 1 P L C 的输出信号地址分配表 控制元件 溜槽液压翻板电机正转接触器 溜槽液压翻板电机反转接触器 落地液压翻板电机正转接触器 落地液压翻板电机反转接触器 装车闸门电机运行接触器 皮带机电机运行接触器 皮带泵电机运行接触器 主煤仓液压装车 闸门开 电磁阀 主煤仓液压装车 闸门关电磁阀 旁路液压装车闸门开电磁阀 旁路液压装车 闸门关电磁阀 变角皮带机上升 电磁阀 变角皮带机下降 电磁阀 表 2 P L C 的输入信号地址分配表 控制元件 溜槽液压 翻板 电机正转 溜槽液压 翻板 电机反转 溜槽液压 翻板电机停止 落地液压插板电机正转 落地液压插板电机反转 落地液压插板电机停止 装车闸门电机启 动 装车闸门电机停 止 皮带机电机启动 皮带机电机停止 皮带泵电机启动 皮带泵电机停 止 仓外旁路装车溜槽 开行程开关 仓外旁路装车溜槽关行程开关 落地液压插板开行程开关 落地液压插板关行程开关 主煤仓液压装车闸门开行程开关 主煤仓液压装车闸门关行程开关 旁路液压装车闸门开行程开关 旁路液压装车闸门关行程开关 皮带机 上限位行程开关 皮带机下限位行程开关 主煤仓防堵开关 仓外旁路装 车溜槽 防堵开关 主煤仓液乐装 车闸站开按钮 主煤仓液压装 车闸门关按钮 旁路液压装车 闸门开按钮 旁路液压装车 闸门关按钮 变角皮带上升按钮 变角皮带下降按钮 手 动 自动 系统首先要保证各电机运行时的电流实际值不超过额定值， 如果超过则启动报警子程序。 系统程序分手动和自动状态， 其中， 手 动状态下， 操作人员可根据实际睛况进行 自由操作。系统自动状态 下控制软件流程， 如图 3 所示。图中 A 1 wO 一主煤仓传感器料位； A I W2 一仓外旁路装车溜槽传感器料位； A I W4 -皮带机传感器料 位。 这 3 个料位信号均由雷达式料位计获得， 该状态下， 操作人员只 能通过控制柜上的4个按钮对主煤仓液压装车闸门和旁路液压装 车闸门的开关进行手动操作。 根据该系统的工作要求和加 地址编 制， 在计算机上使用 S T E P 7 一 Mi c r o ／ Wi n 软件编写程序即可。 ／ J■ l十 I 目 1 日A I 仓外旁路装车溜槽开l 竺 墨 堕 垦 辇 塑 壁 l 开 关 一 l 落地液压播板开 l 大于 _ ， 1 压插板关 l 皮带泵皮带机电机启动 I 检测 A I W4 实际值是否大于设定值 大于 小于 变角皮 带下降 l 窒 鱼 皇 堡 l 图 3系统 自动状态下控制软件流程 耻 一 O●2 3 4 5 6 7 O 1 2 3 O l 2 3 4 5 6 7 O 1 2 3 4 5 6 7 O l 2 3 地一 m m m 加m m m n n n ￡ ￡ j ￡ j ￡ j ￡ { ￡ j B B B B B B B B H M H H 上 一 O 2 3 4 5 6 7 O●O 2 一 ∞ ∞∞ 第 9期 2 0 1 1 年 9月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i ne r y De s i g nMa n u f a c t ur e 2 5 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 9 0 0 2 5 0 3 重型清障车吊臂结构设计与优化 张 占国 成凯 北华大学 机械工程学院， 吉林 1 3 2 0 2 1 。 吉林大学 机械科学与工程学院， 长春 1 3 0 0 2 5 St r u c t u r a l d e s i g n a n d o p t i mi z a t i o n f o r s u s p e n s i o n ar m o f h e a v y b a r r i e r c l e a r i n g v e h i c l e ZHANG Z ha n g u o ． CHENG Ka i C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， B e i h u a U n i v e r s i t y ， J i l i n 1 3 2 0 2 1 ， C h i n a C o l l e g e o f Me c h a n i c a l S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ， J i l i n Un i v e r s i t y ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 5 ， C h i n a ； 【 摘要】 在对某一托吊分离式重型清障车吊 臂结构设计的基础上， 利用A N S Y S 软件对一定滑块尺 i寸的设计结构进行静力分析 ， 对局部强度不足部位提 出了改进措施。 以滑块的长度尺寸和宽度尺寸为参 数， 以吊臂与滑块接触部位的最大应力满足强- ex -- 求为约束条件 ， 应用 A N S Y S软件 中提供的参数化设计 ；语言 A P D L 对滑块的结构尺寸进行参数化建模与求解。 得到 了滑块两个几何尺寸单独变化和联合变化 ；时对应的应力变化曲线， 找到了如何通过增大滑块尺寸来减少吊臂接触部位应力的最有效办法。 关键词 重型清障车； 吊臂 ； 设计 ； 优化 ； A N S Y S 【 A b s t r a c t 】 O n t h e b a s is of s tr u c t u r a l d e s ig n f o r th e s u s p e n s io n a r m of n b r a c i n g h o is t in g - s e p a r a t e d 中图分 类号 T H1 6 ， U 4 6 9 ． 6 9 2 文献 标识 码 A 1 引言 重型清障车是一种多功能、 大吨位的公路救援清障设备， 能 快速 、 有效地清理高速公路 、 汽 车专用公路和隧道 中的重型肇事 及故障车辆， 确保交通畅通。 此外， 它也能对中、 轻型车辆实施各 种清障作业。吊臂是重型清障车的重要工作装置， 负责将发生侧 翻车辆扶正或将 翻到沟里的车辆 吊到路面上 ， 以便于拖牵。 2吊臂结构设计 吊臂的主要技术参数 为 长度 全缩／ 全伸 3 5 0 0 ／ 5 5 0 0 n 3 m， 变 幅角度 6 ～ 5 1 o ， 额定起重量 1 6 t 。 为提高清障车的起重作业性能 ， ★来稿 日期 2 01 0 1 1 0 6 5结论 应用 P I C实现液压动力系统与电气控制 ， 设计的基于 P L C的 块煤防破碎装车系统主要创新点在于 1 在主煤仓增加螺旋溜槽 ， 实现块煤的连续滑动入仓， 减少块煤破碎； 2 仓外旁路装车溜槽的 设计增加了块煤的储煤量， 实现自动装车； 3 变角皮带液压升降系 统， 以实现仓外防破碎堆存 ； 4 采用先进的 P L C模块和雷达式料 位计， 实现自动控制， 控制精度高、 可靠性强， 而且由于 P L C程序具 有在线修改功能， 在系统设计 、 安装 、 调试和维护等方面均表现了明 显的优越性 。 设计 中要用先进的设计理论设计 出强度 、 刚度大 、 质量轻的吊臂 。 为此， 要拟定最优的运动方案、 选择受力合理的吊臂截面形状 、 采 用高强度的钢材， 同时要考虑制造的工艺性。 2 ． 1起 吊系统方案设计 根据吊臂的长度和起重能力设计指标， 选择由基本臂和伸缩 臂组成的二节伸缩式吊臂， 其运动方案， 如冈 1 所示。 基本臂根部与 安装在副车架上的吊臂座铰接， 伸缩臂装在基本臂内， 二节臂靠其 间的滑块支撑， 并传递力的作用。变幅油缸分别铰连于吊臂座和基 本臂下部的油缸座上 ， 吊臂内部的伸缩油缸分别铰接于基本臂和伸 缩臂的油缸座上。 变幅油缸、 伸缩油缸可实现吊臂的俯仰和伸缩， 以 参考文献 [ 1 ] 何波 ， 于军琪 ， 段 中兴． 电气控制及 P I C应用 [ M] ．杭州 中国电力出版 社出版社 ， 2 0 0 8 ． 1 2 ] 孑 L 德杰 ， 祝学彬 ， 张格强． 防止块煤破碎方法的探讨_ J ] ．煤炭工程 ， 2 0 0 2 6 3 9 4 0 ． 1 3 J D a v i d G J o h n s o n ． P r o g r a m ma b l e C o n t r o l l e r s f o r F a c t 0 r y A u t 0 ma t i o n f D] ． Ne wYo r k a n dBa s e l Ma r c e l De k k e r ， I n c ， 1 9 8 7 4 9 51 ． 1 4 J P ． A ． F r i e d ma n ， S ．G．L u e k e y ． F a i l u r e o f A 1 一 Mg ～ S i a l l o y s i n b e n d i n g[ J ] ． J o u r n a l o f F a i l u r e An a l y s i s a n d Pr e v e n t i o n， 2 0 0 2 5 ． 1 5 J Ha fl k a R T ， A d d l m a n H M．Re c e n t d e v e l o p me n t s i n s t r u c t u r a 1 s e n s i t i v i t v a n a l y s i s L J J ．S t r u c t u r a l O p t i mi z a t i o n ， 1 9 8 9 ． 1 3 1 3 7 1 5 2 ． L 6 J T A Y L O RK， D AL T ON B ．[ n t e me t r o b o t s a n e w r o b o t i e s i e h e [ J ] ．I E E E R o b o t i e s A u t o ma t i o n Ma g a z i n e ， 2 0 0 0 7 ．