机电一体化毕业设计（论文）-装煤仓设备安装与控制系统的设计.doc

装煤仓设备安装与控制系统的设计青岛黄海职业学院毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目：装煤仓设备安装与控制系统的设计姓 名 学 号 系 部 机电工程系专 业 机电一体化年 级 05级七班指导教师 2009 年 03月20日摘 要 本次毕业设计主是关于装煤仓设备的安装与控制系统的设计。装煤仓是矿山生产原煤、存储和外运装车的中间环节，不管产量大小，都必须具有生产原煤的集中地。装煤设备的选用和控制是衡量企业自动化水平的标尺。 本设计课题选自某矿山装煤设备输送系统，是将原有的设备和系统进行改造和设计，将原来的人工操作改造为自动化集中控制。在本系统中三条皮带输送机分别选择了三种不同的机型（槽形、v形、平形），在电机控制和选型上也选择了三种不同规格型号的电动机，采用了三种不同形式的控制方式。但从实际生产角度上看不尽合理。在本系统中我主要做了装煤仓仓门的设计与液压控制系统，同时将整个系统的设备通过plc实现远程集中控制，微机处理。翻车机造型改制一台。本次的毕业设计对以后的落后设备的改造有一定的参考价值。关键词：输送系统；液压控制；自动化控制；plc ；翻车机abstractthis time graduation design lord is concerning pack a coal camalig an equipments of install and control system of design.pack the coal camalig is a mineral mountain production raw coal, saving with outside the luck pack a car of in the center link, ignore yield size, have to have production raw coal concentration.pack the choose of coal equipments use with control is measure a business enterprise automation level of surveyors rod. this design topic choose to pack a coal equipments to transport system from the some mineral mountain, is original of equipments and system carry on reformation and design, will original comer work operation reformation is automation concentration control.three leather belt transported machine respectively a choice in this system three kinds of dissimilarity of model(slot form, v form, even form), in the electrical engineering control and choose a type top also choice three kinds of dissimilarity the electric motor of the specification model number, adoption three kinds of dissimilarity form of control way.but from actual produce angle top see dont exert reasonable.i was main to do to pack the coal camalig door in this system of design press control system with liquid, pass the whole equipments of system plc realization long range concentration control in the meantime, tiny machine processing.turn over car machine a shape to change the system one set.this time of graduation design rightness later of fall behind an equipments of reformation have certain of reference value.keywords: transport system;the liquid press a control;automation control;plc;turn over car machine目 录绪论1第一章 装煤仓仓门的设计21.1装煤仓仓门的设计理念21.2液压控制系统的特点21.3液压系统参数的计算31.4 其它液压构件的计算与选用7第二章 翻车机的选用92.1 翻车机型号及主要技术参数9第三章 输送机托辊的选择与计算103.1 托辊的简介103.2 槽形皮输送机托辊的设计与数据113.3 v形托辊的设计与计算143.4平形托辊的选择与计算16第四章 可编程控制器224.1可编程控制器的特点224.2 可编程控制器的硬件系统234.3 plc与变频器的连接26第五章 电动机的控制335.1电动机的运行方式335.2 翻车机电动机的控制方式345.3交流伺服电动机的控制355.4直流电动机的控制37总结及参考文献40致谢42绪论 装煤仓是矿山生产原煤、存储和外运装车的中间环节，不管产量大小，都必须具有生产原煤的集中地。装煤设备的选用和控制是衡量企业自动化水平的标尺。进入90年代后期，随着我国现代化水平的不断提高，科技的进步。电子技术，信息技术与机械技术的结合，推动了技术革命。工业生产的发展突飞猛进，对生产过程自动化的要求越来越高。为了实现这一目的电气控制技术也从最早的手动发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触点、硬接继电器控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。现代电气的控制技术与设备综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。一些陈旧的控制系统，逐步被淘汰和改进。 本设计课题选自某矿山装煤设备输送系统作为我们毕业设计的课题。为了能更多的涵盖所学知识。三条皮带输送机设计选择了三种不同的机型（槽形、v形、平形、），在电机控制和选型上也选择了三种不同规格型号的电动机，采用了三种不同形式的控制方法。但从实际生产角度上看不尽合理，应尽可能的采用相同的控制方法，便于实际的维护。为了尽可能的扩大同学们的知识面我们还是选择了三种不同的调速方案。在本设计中翻车机由于电机容量相对较大又不需要调速，选择异步电机y启动控制，所有设备实现远程集中控制，微机处理。 通过本次毕业设计培养了我们独立解决系统实际问题的能力，并将自己所学的基础理论和专业知识的进行了一次综合性运用，加深了对各个知识点的理解，也使我们的设计、计算和绘图能力得到了全面的训练。第一章 装煤仓仓门的设计1.1 装煤仓仓门的设计理念 装煤仓仓门是整个装煤仓设备安装系统的重要组成部分。通过控制仓门的开启和关闭，来保证原煤的顺利装车和存储。在这部分的设计过程中，我翻阅了好多关于仓门设计和控制的资料。为我以后的设计理念打下了良好的基础。最终我选择了液压系统来控制仓门。通过活塞杆和连杆机构的相连，在液压力的作用下推动活塞杆的前进和退回来关闭和开启仓门。1.2液压控制系统的特点液压系统有液压传动系统和液压控制系统之分，一般所说液压系统的设计则是泛指液压传动系统的设计。其实从结构组成或工作原理上看，这两类系统并无本质上的差别，仅仅一类以传递动力为主，追求传动特性的完善，其执行元件用来驱动主机的每某个部件；另一类以实施控制为主，追求控制特性的完善，其执行元件用来驱动某个液压件的操纵装置（例如液压泵、液压马达的变量机构、液压阀的阀心等）而已。因此，传动系统的设计内容和方法只需略作调整，即可直接用于控制系统的设计。液压传动系统有液压开关传动系统、液压伺服传动系统、液压比例传动系统等多种类型。从表面上看，它们在设计上存在不少差异，有些区别还是很大的。但是，如果从传递动力这个设计的主导方面来看，它们又相互沟通，掌握了一种就会设计另一种。在这里，液压开关系统的设计不但出现的最早，油路结构亦最复杂，考虑的方方面面也最多，因此也最具有典型性。任何液压系统的设计，除了应满足主机在动作和性能方面规定的种种要求外，还必须符合重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维护方便等一些公认的普遍设计原则。设计液压系统的出发点，可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是着重追求其工作状态的绝对可靠。前者着眼于效能，后者着眼于安全；实际的设计工作则常常是这两种观点不同程度的组合。为此，液压传动系统的设计迄今仍没有一个公认的统一步骤，往往随着系统的繁简，借鉴的多寡，设计人员经验的不同而在做法上呈现出差异来。各类型液压系统的参数如下列各表所示：表1-1 执行元件的选择 运动型式往复直线运动回转运动往复摆动短行程长行程高速低速建议采用的执行元件的形式活塞缸柱塞缸液压马达与齿轮条机构液压马达与丝杠螺母构高速液压马达低速液压高速液压马达与减速构摆动马达表1-2 按负载选择执行工作压力负载f（n）50000工作压力p(mpa)0.811.522.53344557表1-3按主机类型选择执行元件的工作压力主机类型机床农业机械小型工程机械工程辅助机械液压机中、大型挖挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床床拉工作压力p(mpa)2358810101620321.3液压系统参数的计算一、设计要求:1、确定执行元件液压缸的主要结构尺寸2、绘制正式的液压系统图3、选择各种元件和辅助元件的规格4、确定系统的主要参数5、进行必要的性能估算二、设计课题:（一） 确定液压缸的结构和尺寸：1、 液压缸的造型,选定,缸定式单杆活塞液压缸（单边有杆，双向液压驱动，双向推力和速度不等）2、初选液压缸的工作压力：因为煤仓中装有原煤，承受的力比较大，选用高压液压缸1016mpa，查表选p=16010pa,符合一般要求。3、计算煤仓装满煤受的力：f=vg=1000(5-0.8)(3.6-0.4)3.69.8=153664n=153.664kn因两壁承受大部分力，估计仓门受力大约为100kn4、计算液压缸的结构尺寸：单杆式液压缸：a1为无杆液压腔，a2为有杆液压腔。估 a1=2a2（d=0.707d）由于液压缸为差动连接管路中有压力损失，这时液压缸中有杆腔的压力p2必大于无杆腔中压力p1,若估算这部的压力损失为p=510pap2=8010pa杆退回时,油液从液压缸无杆腔流出,有阻力，故也有背压，此时背压亦按510pa估取液压缸的机械效率=0.9由推进时计算液压缸面积： f/=a1p1a2p2=a1p1()p2 故有a1=a1=92.59cm由公式a1=d=10.86cm 取标准值d=11cm活塞杆直径d为，按公式：d=0.707d=7.68cm 取标准值d=8cm当按gbt234893将这些直径圆整成就近标准值时得：d=11cmd=8cm.由此求得液压缸两腔的实际有效面积：无杆腔面积： a1=94.99cm有杆腔的面积： a2=44.75cm(二)拟定液压回路1、采用开式调速系统出口节流调速回路泵的出口执行元件油箱泵的入口为增加运动的平稳性,防止工件钻通时,工件部件突然前冲,故采用调速阀的出口节流调整回路，出口调速。控制排油量q2控制调速进入液压缸的流量q1受排油量q2的控制，用节油阀来调整排油量也就实现对进油量q1的控制，多余部分的油量经溢流阀流回油箱。出口节流调速回路特点：（1）适用于低压小流量负载变化不大的液压系统。（2）由于回路上有背压，因此能承受量值负载在工作过程中运动较平稳。2、换向回路 本系统由于工作压力不变，流量不大，利用电磁阀挠向。3、压力控制回路 在出口调速回路中，由溢阀和定量泵组合在一起便构成了单级调压回路，如上图由溢流阀调定出口压力。4、行程终点控制 本系统用于开启仓门的打开角度，因此要求位置定位极高。在行程终点利用死挡铁停留控制方式（由压力继电器发出信号）操纵电磁动作（用电磁换向阀切换） 三、多缸控制回路 本系统有一个液泵与压动五个油压缸工作，为多缸控制回路，此系统为多缸顺序动作回路。采用行程控制式顺序动作回路，这种顺序由电器元控制，灵活多变。组成液压系统图如下：四、计算和选择液压元件1. 确定液压泵的规格和电机功率这种顺序由电气元件控制灵活多变，动作的可靠性决定电器元件的质量。(1)液压泵工作压力的计算,选用工作压力16010pa,采用出口节流调速回路,故进油路压力损失取p=510pa则压力为p1=16010+510=16510pa(2)液压泵流量的计算液压缸需要最大流量,选最大流量40l/min泄漏折算系数k=1.2 , q=401.2=58l/min, 选取pv2r12型双联叶片泵(3)电动机功率的确定估进油腔压力e=3.103mp查工作图p=4kw根据此数值查阅电机产品目录，最后选定y132s-4型电动机，其额定功率为5.5kw.1.4 其它液压构件的计算与选用一、油管各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算，由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已于原定数值不同，所以要重新计算如下表所示。液压缸的进出流量快进工进快退输入流量（l/min）= =109.65输出流量（l/min）=51.65 = =0.24 = =123.13运动速度（l/min）= = =11.54v= = =0.053 = =12.96 根据这些数值，当油液在压力管中流速取3mmin时，算得和液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为d=2=2=27.86mmd=2=2=20.26mm d 油管内径q 管内流量 v 管中油液的流速这两根油管选用外径30mm、内径27.2mm和外径22mm、内径20.2mm的普通无缝钢管。二、油箱 油箱容积按式v=q估算，当取为10时，求得其容积为v=1058l=580l；按gb287681规定，取最靠近的标准值v=600l 第二章 翻车机的选用2.1 翻车机型号及主要技术参数翻车机主要用来翻卸铁路敞车装载的各种散装物料，是一种连续高效的散装物料卸载设备。目前已广泛应用于国内外电厂、港口、铁路、水泥、化工等企业。 通过矿车不断的从原煤集中地将原煤转运出来，到达翻车机。在翻车机的工作下把原煤放到输送带上进行外运装车。在本系统中的翻车机我只做了型号的选择，工作能力符合本系统的要求即可。翻车机主要技术参数：产品名称型号轨距每次翻车数翻车次数生产能力滚筒直径电机功率机器重mm辆次/mint/hmmkwkg1.5吨单车摘钩翻车机fdzzy/1.5/96001327027007.512434第三章 输送机托辊的选择与计算3.1 托辊的简介一、托辊 托辊是决定带式输送机的使用效果，特别是输送带使用寿命的最重要部件之一。托辊组的结构在很大程度上决定了输送带和托辊所受承载的大小与性质。对托辊的基本要求是：结构合理，经久耐用，密封装置防尘性能和防水性能好，使用可靠。轴承保证良好的润滑，自重较轻，回转阻力系数小，制造成本低，托辊表面必须光滑等。支承托辊的作用是支承输送带及带上的物料，减小带条的垂度，保证带条平稳运行，在有载分支形成槽形断面，可以增大运输量和防止物料的两侧撒漏。一台输送机的托辊数量很多，托辊质量的好坏，对输送机的运行阻力、输送带的寿命、能量消耗及维修、运行费用等影响很大。安装在刚性托辊架上的三个等长托辊组是最常见的，三个托辊一般布置在同一个平面内，两个侧托辊向前倾；亦可将中间托辊和侧托辊错开布置。后一种形式托辊组的优点是能接触到每一个托辊，便于润滑；缺点是托辊组支架结构复杂、重量大，并且输送带运行阻力大约增加10。因此实际上主要采用三个托辊布置在同一平面内的托辊组。托辊通常用无缝钢管制成外壳，其壁厚为0.1mm，轴为2045钢制成，但也使用pvc管材、玻璃钢、橡胶、陶瓷管做外壳，后几种好处是耐腐蚀，不生锈，密度小，除玻璃钢外承载负荷比钢管低。还有用铸石、木材做托辊外壳的，运转效果也好。轴套和密封零件用高精度的冲压件制作。托辊轴承注入长效润滑油，保证修理前的使用期达到3年或18000h，与轴承的寿命相当。 轴承部件采取不同的密封级别。直径为89mm和108mm的托辊一般采用单列迷宫式密封；直径为133mm的托辊有两种密封形式，一种是单列迷宫式密封，适用于严重污染和含尘量很高的作业条件；直径为159mm的托辊具有双列冲制密封件，适用于带宽为800mm、1000mm及1200mm的重型输送机，以及带宽为1400mm、1600mm、1800mm和2000mm的标准型输送机。影响托辊寿命的主要因素是托辊承受的载荷及输送带速度。托辊的设计就是，要保证在工作条件下托辊的寿命在3年以上。二、托辊的作用支承托辊的作用是支承输送带及带上的物料，减小带条的垂度，保证带条平稳运行，托辊是决定带式输送机的使用效果，特别是输送带使用寿命的最重要部件之一。托辊组的结构在很大程度上决定了输送带和托辊所受承载的大小与性质。对托辊的基本要求是：结构合理，经久耐用，密封装置防尘性能和防水性能好，使用可靠。轴承保证良好的润滑，自重较轻，回转阻力系数小，制造成本低，托辊表面必须光滑等。三、托辊的种类（1） 托辊的种类如下：a，槽形托辊：用于承载分支输送散装物料。b，平形托辊：平形上托辊用于承载分支输送成件物品，平形下托辊用于回程分支支撑输送带。c，调心托辊：用于调整输送带跑偏，防止蛇形，保证输送带稳定运行；前倾式槽形托辊也起调心、对中作用。 d,缓冲托辊：安装在输送机受料断的上方，减小输送带所受的冲击，延长输送带的寿命。e，回程托辊：用于下分支支撑输送带。f，过度托辊：安装在滚筒和第一组托辊之间。3.2槽形皮输送机托辊的设计与数据一、槽形托辊1、托辊的间距托辊间距的选择应考虑物料性质，输送带的重度及运行阻力等条件的影响，承载分支托辊间距可参考下表选取，缓冲托辊间距为承载托辊间距的0.30.5倍，约为0.30.6mm,回程托辊间距可控制在23m之间，或取承载托辊的2倍。 承载托辊间距参考表松散物堆积密度t/m带宽m400500650800100012001400160020000.81.51.41.31.30.811.61.41.31.21.21.6121.41.31.21.22.12.51.31.21.11.02.51.21.21.11.11.0头部滚筒或尾部滚筒距第一组槽型托辊的距离s按下列计算： s2.67b 式中 s 滚筒与第一组托辊之间的距离，m b 输送带的宽度，m s2.67b=2.673523.14/360=1.63m 辊径与带速的关系辊径mm89108133159194219带速m/s0.52.50.53.151.04.01.05.01.255.03.156.5所以，头部滚筒和尾部滚筒均距第一组托辊之间的距离为1.63m.根据本设计的要求，取上托辊间距为1.2m，下托辊间距为3m，上下托辊均选直径为108mm.2、托辊的校核 (1)上托辊的校核。选用的上托辊为槽形托辊，其结构简图如下：槽型托辊35结构简图 承载分支的校核：p=e a(+q)g=0.81.2(138/1.5+4.8) 9.81 =911.6n 式中：p为承载分支托辊静载荷n。 e辊子的载荷系数见下表 q每米长输送带质量kg/m a承载分支托辊间 m 辊子的载荷系数表 托辊形式 e一节辊 1二节辊 0.63三节辊 0.8 可查得s=0.111m倾斜系数k为0.96为1000kg=0.1111.50.961000=159n由运输机械手册可查，上托辊直径为108mm,长度为380mm,轴承型号为4g205,承载能力2550n,大于所计算的159n,因此可以满足要求。（2）动载计算承载分支托辊的动载荷：式中：运行系数，查表2-36，取1.2；冲击系数，查表2-37，取1.04；工况系数，查表2-38，取1.00。p= p0fff=911.61.111.1=1103n小于2550n故也能够满足要求。3.3 v形托辊的设计与计算托辊是用于支承输送带及输送带上所承载的物料，保证输送带稳定运行的装置。带式输送机承载分支，回程分支托辊的选择取决于带宽、带速、托辊间距及辊子的静载荷、动载荷等各种参数，计算后按辊子承载能力进行校核。托辊寿命取决于轴承的失效寿命。由此，托辊的承载能力与轴承寿命有关，选用时应按带速、输送机的生产能力确定载荷，然后按辊子的承载能力表，选择轴承。考虑到煤的输送量较大，本机选择承载托辊为dt型v型托辊，回程托辊为dt型平行托辊。具体参数如下：带宽（mm）直径（mm）辊长(mm)重量kg轴承图号v型承载托辊100010860036.94g205dt04c2122平行回程托辊1000108115019.24g205dt04c2622辊子载荷计算如下：1. 静载计算承载分支托辊：po=eao(im/v+q)g=0.630.7500/(3.62)+15.71 9.81=368.40n 式中po承载分支托辊静载荷，n; ao承载分支托辊间距，m; e辊子载荷系数； v 带速，m/s; q 每米长输送带质量，kg/m; im输送能力，kg/s回程分支托辊：pu=eauqbg=0.63215.719.81=194.2n式中pu回程分支托辊静载荷n; au回程分支托辊间距，m。（2）动载计算承载分支托辊：po=p0fsfdfa=368.41.11.061.10=472.5n回程分支托辊：pu=pufsfa=194.21.11.10=234.98n式中po-承载分支托辊动载荷，n;pu-回城分支托辊动载荷，n;fs运行系数；fd冲击系数；fa工况系数。由表2-36查的fs=1.1由表2-37查的fd=1.06由表2-38 查的fa=1.10查表2-74，上托辊承载能力2550n,所选承载托辊=108，l=600.轴承4g205能满足要求；下托辊承载能力1230n,所选回程托辊=108，l=1150,轴承4g205能满足要求。3.4平形托辊的选择与计算托辊直径的大小与带宽及被运送物料的松散比重和块度有关。被运物料的松散比重和块度越大，托辊的直径亦应越大。托辊直径增大，其重量也相应增大，但同时使胶带的运转条件改善，促使胶带的运行阻力系数减小。高速输送机用托辊的直径应适当增大，使托辊的转速和振动减小，以避免轴承过早地损坏。 一般来讲要把托辊的转速限制在450r/min500r/min以内。为了达到此目的现将各种标准带速下最小托辊直径列在表中： 带速/ms-12.02.53.154.05.0托辊最小直径/mm89108133159159根据运输机械设计选用手册可查得平行上托辊的数据如下表：带宽b辊子图号dl轴承1200 mm13314004g305dt05c1433aehpq5260200m16根据运输机械设计选用手册可查得平行下托辊的数据如下表：带宽b辊子图号dl轴承1200 mm13314004g305dt05c2133aehpq515090m161、托辊的间距的选取 当选择托辊间距时，需要考虑的因素是输送带质量、托辊额定负荷、垂度、托辊寿命、输送带额定负荷和输送带拉力等。如果在两个托辊之间载料，槽形输送带的垂度太大，物料就可能从输送带边上溢出。对于要求较高的设计，特别是长距离槽形带式输送机的设计，托辊之间的垂度应予以限制。在稳定工况下必须限制在3以下，带速越高，物料块度越大，则垂度应越小。上托辊间距数据 物料密度/（t/m3）带宽b/mm5006508001000120014001.61200120012001.6120011001100 上托辊间距可由上表选取。下托辊间距一般可取为2m，对于强力带芯和带宽为1200mm或更大的输送带的托辊间距，应根据采用的下托辊额定负荷和垂度条件来确定。头部滚筒到第一组槽型托辊的间距可取为上托辊间距的11.3倍，尾部滚筒到第一组托辊间距不小于上托辊间距。这个过渡距离由于槽形角度、输送带拉力和输送带形式以及端部滚筒顶面同槽型托辊槽底的相对位置不同而各有不同的数值。2、 装料点的缓冲 受料处托辊间距视物料容量和块度而定，一般取为上托辊间距的1/21/3。生产经验证明，在确定加料段下面的托辊间距时，应力求使物料负荷的主要部分位于两个托辊之间的输送带上。带式输送机装卸块状特别是比重大的矿石时，输送带受很大的冲击力作用。在这种情况下，输送带面层可能被划破，甚至击穿，引起输送带早期报废。理论分析证明，输送带受冲击载荷的大小主要与下列因素有关。即装载点的高度、矿石块的质量及其棱角的形状、托辊的质量、输送带的横向弹性模量以及托辊衬垫的弹性模量，等等。在装料点采用缓冲悬挂托辊组，能大大减轻输送带的动载荷，减少输送带损坏的几率。提出以下几点建议供设计、运输大块物料的输送带输送机装料点时参考：(1)输送带所受的动载荷随着相互冲击物体质量的减小而减小。在矿石块质量给定的情况下，只要减轻参与冲击作用的托辊组的质量，就可使动载荷减小。借助缓冲装置使托辊组与输送机机架隔离，亦即采用悬挂托辊组，是减轻动载荷的一种有效方法。将悬挂托辊组各托辊之间做成弹性连接，可进一步减轻输送带的动载荷。(2)当采用动托辊组时，借增多托辊数量和改变几何形状以减少托辊组的折算质量，以及降低给料高度，同样能减轻输送带的动载荷。(3)给缓冲托辊加衬，是减轻输送带动载荷的及其有效的方法。同时托辊衬垫的弹性模量应大大低于输送带的弹性模量，而且衬垫应具有足够大的厚度（3cm5cm）。(4)在不显著增大托辊组重量的条件下，应尽量增大托辊的直径，运输大块坚硬物料的输送带应比普通输送带具有更厚的上、下覆盖胶。(5)装料点的托辊组间距应在0.4m0.6m范围内。给料漏斗的安装位置必须保证物料块落到两组托辊之间，而不是落在某一托辊上。本设计为解决装料点的缓冲的问题，装料点的托辊组间距为0.6m。3、校核辊子载荷 （1）静载计算 承载分支 p=e(+ q) g 式中 查表235，取e0.8 在本设计中，带速v=2.5 m/s ，q=16.322 kg/m，=1.2m;i=138.8 kg/m则p= e(+ q) g=11.2(+16.332 kg/m)9.81 m/s=845.83n查棍子的承载能力，上托辊的承载能力为850n则p850n, 上托辊的静承载能力满足要求。回程分支： p=eqg p=eqg=11.5 m 16.332 kg/m 9.81 m/s=240.33n本设计中平行下托辊的间距为1.5m。查棍子的承载能力，下托辊的承载能力为850n则p850n, 下托辊的静承载能力满足要求。 （2）动载计算 承载分支 式中 查表得， =0.8；表237得， =845.83n0.81.061.1=788.99n 则850n, 上托辊的动承载能力满足要求。回程分支 式中=240.33n0.81.1=211.49n 则850n， 下托辊的动承载能力满足要求。 经过校核辊子载荷，选择的托辊均满足要求。第四章 可编程控制器4.1可编程控制器的特点可编程控制器是以自动控制及技术，为计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前他被广泛应用与各个领域。早期的可编程控制器（programmable logic controller）,简称plc。后来，可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已经远远超过逻辑控制的范畴，于是人们有将其称为programmable controller，简称pc。但个人计算机也简称pc，为了避免混淆，可编程控制器仍称为plc。可编程控制器是在继电器控制的基础上以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术、和通讯技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前plc已基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。plc内部存储器被看作各类软组件，采用类似继电器控制线路的形式进行编程的梯形图程序就存储在其间。只需改变用户梯形图程序，就可以根据生产需要灵活变换控制规律。plc的特点优越的性能表现在以下几个方面：（1） 灵活性和通用性强。（2）抗干扰能力强，可靠性高。（3）编程语言简单易学。（4）plc与外部设备的连接简单、使用方便。（5）plc的功能强、功能的扩展能力强。（6）plc控制系统的设计、调试周期短。（7）plc体积小、重量轻、易于实现机电一体化。4.2 可编程控制器的硬件系统一、plc的硬件系统plc的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。plc的主机系统由微处理器单元、储存器、输入单元、i/o扩展借口，外设i/o接口以及电源等部件组成。各部分之间通过内部系统总线进行连接。微处理单元cpu是plc的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是plc的运算控制中心，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。cpu的具体作用如下： 接受、储存用户程序。 按扫描方式接入来自输入单元的数据和各种状态信息，并存入相应的数据存储区。 执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。 响应外部设备的要求。plc常用的微处理器主要有通用微处理器，单片机或双极型位片式微处理器。通用微处理器按其处理数据的位数可分为4位、8位、16位和32位等。plc大多用8位和16位微处理器。单片机是将微处理器、部分存储器、部分输入/输出接口以及连接它们的控制接口电路等集成在一块芯片上的处理器，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低成本等优点。控制接口电路是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。微处理器通过它来实现与各个单元之间的可靠的信息交换和最佳的能够序配合。（1） 存储器。包括只读存储器（rom）和随机存储器（ram）。（2） 输入/输出模块单元。plc的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线，实现对工业设备和生产过程的检测与控制。（3） i/o扩展接口。i/o扩展接口是plc主机为了扩展输入输出点数和类型的部件，输入输出扩展单元、远程输入输出扩展单元、智能输入输出单元等都通过它与主机相连。i/o扩展接口有并行接口、串行接口等多种形式。（4） 外设i/o接口。外设i/o接口是plc主机实现人机对话、机机对话的通道。（5） 电源。电源单元是plc的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变成系统内部所需的电源，有的电源单元还向外提供直流电源，给与开关量输入单元连接的现场电源开关使用。二、 微型机基本系统及内部接口1、cpu 8086微型机由cpu、存储器、输入/输出（i/o）接口电路和系统总线构成。cpu好比微型机的心脏，它的性能决定了整个微型机的各项关键指标。8086/8088cpu的主要结构特点：（1）8086/8088的内部体系结构。其内部的运算器、寄存器及内部数据总线都为16位，其外部数据总线则不同：8086为16位，8088为8位。因此8086可以一次从存储器中读一个字，而8088一次只能从存储器中读一个字节。（2） 指令系统功能强。8086有100多条指令，能完成数据传送、算术运算（包括乘法除法）、循环移位、字符串操作、控制传送和处理器管理等工作。（3） 多种寻址方式适用于高级语言中的数据和记录等数据结构。（4） 20位地址线，寻址范围可达1048576字节（即1m字节）的存储空间。（5） 16位i/o端口地址线，可寻址64k端口地址。（6） 中断功能强。可处理内部软件中断和外部中断请求，中断允许可达256个。（7） 具有管理dma操作和多处理器工作的能力。2、地址锁存器 74ls373图示出了8086系统最小工作模式下的典型配置之一。因为8086的地址和数据（状态）线为复位线，系统先输出地址，再切换为数据或状态线，因此，必须把地址信号锁存起来，才能从选中的单元中读（写）数据。3、时钟发生/驱动器 8284 图中8284为时钟发生/驱动器。外接晶体的基本振荡频率为15mhz，经8284三分频后，送给cpu作系统时钟4、数据锁存器 74ls138 将cpu与存储器连接时，首先要根据系统要求，确定存储器芯片地址范围，将所有数据锁存起来。5、键盘显示控制芯片 82798279芯片为专用键盘显示控制芯片。它与8086芯片接口方便，应用广泛。8279键盘配置最大为88。扫描线由sl0sl2通过3-8译码器提供，接入键盘列线（设扫描线为列线），查询线由反馈输入线rl0rl7提供，接入键盘行线（设定查询线为行线）。 8279显示器最大配置为16位显示，位选线由扫描线sl0sl2经4-16为译码器、驱动器提供；段选线由b0b3、b7b4通过驱动器提供。时钟由ale提供，a0选择线也可由地址线选择。8279的按上图连接，为上电复位方式。cntl、shift接地，这是读取的键号不需要屏蔽高2位（d6、d7）。8279的中断请求线须经反相器与8086的相连。ale可直接与8279的clk相连，由8279设置适当的分频数，分频至100khz。6、按键 （1） 键盘的工作原理 行列式键盘电路原理如上图所示，按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5v时，被钳位在高电平状态。键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。其方法是：给列线的所有i/o线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器中。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入不全为1. 键盘中哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输入状态。其方法是依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下之键不在此列。如果不全为1，则所按下的键必在此列。（2）键盘工作方式 键盘的工作方式有编程扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式三种。 编程扫描方式是利用cpu在完成其他工作的空闲，调用键盘扫描字程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，cpu不再响应键输入要求。计算机网络的发展使计算机的应用又推向了新的里程碑，使全球信息化成为可能。使得社会生活的各个方面都发生了深刻的变化，这是真正地进入了数字化、信息化的时代。网络的发展和应用前景鼓舞着人们更加努力的学习计算机，提高应用计算机的能力和水平。4.3 plc与变频器的连接一、变频调速控制（1） 交流感应电动机的特性由电动机学可知，交流感应电动机的转速n与下列因素有关n=60f（1-s）/p式中n-电动机的转速 f-电源频率p-电动机磁极对数s-转差率要改变交流电动机的转速，则可根据实际需要采用改变极对数p、转差率s或电动机频率f来平滑的改变电动机转速。为了保持在调速时电动机的最大转矩不变，需要维持磁通恒定，这时就需要定子供电电压做相应调节。因此对交流电动机供电的变频器（vfd）一般都要求兼有调压调频两种功能。根据改变定子电压u及定子供电频率的不同比例关系，采用不同的变频调速方法，从而研制出各种类型的大容量、高性能变频器，使交流电动机调速系统在工业上得到推广应用。（2） 变频调速的方法实现变频调速的方法很多可分为交-直-交变频、交-交变频、脉宽调制变频（spwm）二、变频器的工作原理它将直流电变换成交流电的过程称为逆变，完成逆变的装置叫逆变器。它是变频器的重要组成部分。当开关s1、s2与s3、s4轮流闭合和断开时，在负载上即可得到波形如图(1)b所示的交流电压，完成直流到交流的逆变过程。用功能与机械开关类似的逆变器开关元件取代机械开关，即得到单相逆变电路，电路结构和输出电压波形图如图（2）所示，改变逆变器的开关元件的导通与截止时间，就可以改变输出电压的频率，即完成变频。在生产常用的变频器采用三相逆变电路，电路结构如图（a）所示。在每个生产周期中，个逆变器开关元件的工作情况如图（b）所示，图中阴影部分表示各逆变管的导通时间。下面以u、v之间的电压比例，分析逆变电路的输出线电压。1） 在t1t2时间内，v1v4同时，u为“+”，v”-”,uuv为“+”，且um=ud2） 在t3时间内，v2v4均截止，uuv=0.3） 在t4t5时间内，v2v3同时导通，u为“-”，v“+”， uuv为“-”，且um=ud/4） 在t6时间内，v1v3均截止，uuv=0。根据以上分析，可画出uv间电压的波形。同理可画出vw之间，wu之间电压的波形，如图(c)所示。从图中可看出，三相电压的幅值相等，相位相差120. 可见，只要按照一定的规律来控制6个逆变器开关元件的导通和截止，就可把直流电逆变成三相交流电，而逆变后的交流电的频率，则可以在上述导通规律不变的前提下，通过改变控制信号的频率来进行调节。三、v/f控制v/f控制是在改变变频器输出电压频率的同时改变输出电压的幅值，以维持电动机磁通的基本恒定，从而在较宽的调速范围内，使电动机的效率、功率因数不下降。v/f控制是目前通用变频器中采用的控制方式。三相交流异步电动机在工作过程中铁心磁通处于接近饱和状态，从而使铁心材料得到充分利用，在变频调速的过程中，当电动机电源频率变化时，电动机的阻抗将随之变化，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强，在励磁不足时，电动机的输出转矩将降低，而励磁过强时，又会是铁心中的的磁通处于饱和状态，使电动机中流过