西门子CPU模块6ES7211-1BE40-0XB0
随着国民经济的发展，原煤耗用量持续增长。近两年来，全国煤炭资源出现了供应紧张的局面，尤其是电力用煤全面告急，部分电厂陷入了停机待煤的尴尬境地；同时，由于电煤供应日趋市场化、多元化，造成煤质波动幅度增大，煤种杂、入炉煤质控制难度加大，使发电厂锅炉燃煤偏离设计煤种，锅炉稳定燃烧受到破坏，引发的设备缺陷明显增多，严重影响了锅炉安全经济稳定运行。火力发电行业的主要原料——煤炭，逐步全面推向市场，价格也随之开放，煤炭的费用在火力发电厂的成本已占70～80%的份额；焦化行业也面临着同样困境。因此，对煤炭质量的检测，已也引起火力发电、焦化行业的高度重视。以前的检测是工作人员到煤厂随机采取一份煤样送往化验室化验，化验室根据此样品的化验结果核算成本。这样的采样方法既浪费时间，工作环境较差，样品的代表性准确性不高，从而使自动化设备采样替代人工采样势在必行。进入90年代，入场煤采制样设备(汽车入场煤，火车入场煤)达到了迅速发展。同时，自动化技术在入场煤采制样设备的广泛运用，极大地把工人从繁杂的体力劳动和不安全的工作环境中解放出来，显著地改善了工人的工作环境和提高了工人的工作效率。针对这种情况，我公司研发出一种新型全自动旋臂采样机，该设备在山西长治地区焦化行业投入应用后，取得了良好的经济效益。
入场煤旋臂采样机是焦化、火电行业的一个重要采样设备。为了保护设备，在采样时必须有效的控制其回转角度在规定的范围之内，因此设置了回转保护装置。传统的保护装置是在回转体的下部安装行程开关，此开关易损坏，使设备的回转保护失效。我公司在对山西屯留焦化厂旋臂采样机的设计过程中，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。下面将从旋转编码器的机械安装、电气接线、plc的组态、计算机自动控制等几个方面进行介绍。
2 旋臂采样机机械组成部分及工作原理
2.1 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。
2.2 控制系统及工作原理
本系统采用pii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visual foxpro6.0，采用视频捕捉卡，图像分割器及闭路监控系统。现场检测仪表对生产中各个参数自动、连续地进行检测，同时将信号反馈给现场plc和上位机，并在上位机显示器上显示出来；plc和上位机比较程序中设定的工艺参数，自动地调节某台设备的工况(启动、停止)及存储煤质数据，从而自动满足生产过程需要。
采用欧姆龙公司欧姆龙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所示。
图1 自动旋臂采样机控制系统原理图
(1)上位机与plc通信
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。组态王6.0是运行于microsoft bbbbbbs nt / xp 中文平台的全中文界面的组态软件，采用了多线程、com组件等新技术，能够实现适时多任务，具有开放的程序接口，可以自由地存取数据，且与各种关系数据库能够完整连接。
(2)系统功能
本系统的操作完全由上位机完成，操作人员运用鼠标点击要操作的对象，上位机通过组态王6.0将指令传递给plc，plc经过运算后决定要进行的工作。系统设置了两种工作方式：手动运行、自动运行。
3 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=ktgβ，其中系数k由减速机的减速比和电机转速确定，β为旋转角度。采用plc控制，其原理是利用与回转机构连接的编码器向plc发出脉冲，plc通过接收的脉冲信号进行高速计数，当与回转角度对应的脉冲超出所规定的范围时， plc根据组态逻辑对回转液压电机进行相应的控制，从而达到保护设备的要求。小车纵向行走直接通过编码器向plc发出脉冲，plc通过接收的脉冲信号进行高速计数，根据上位机所赋值进行调节。
3.1 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。为了使旋转编码器与回转驱动装置相连接，工程实施中的编码器与涡轮输出轴之间增加了连接轴，图2为旋转编码器与回转驱动装置连接示意图。这样当驱动装置带动小齿轮啮合大齿轮圈使回转部分转动的同时，也带动旋转编码器旋转，从而使回转部分的回转与编码器的轴的旋转建立了相对应的关系，也为plc对回转电机的控制奠定了基础。
图2 编码器与回转驱动装置连接示意图
3.2 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0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，即递计数增脉冲和递减计数脉冲。信号接线时，旋转编码器的a向脉冲接在plc的00004输入点，b向脉冲接在plc的00005输入点，复位z信号接在00006输入点。图3为编码器与plc接线图。因编码器e6b2-cwz6c为pnp开集输出，故接线应严格按照图2中所示，不得接反，cpu的com端接+24v否则编码器不工作。
图3 编码器与plc接线图
3.3 旋转编码器在plc中的组态
(1) plc与编程设备的连接
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，极大的缩短了工程人员的编程、调试工作。
(2)保护功能实现方法分析
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**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**值减少，如图4所示。
图4 悬臂回转角及脉冲数值范围
控制方式为：采样开始时，当p1