緒論一、本**研究的目的和意義
隨著計算機技術的飛速發展，計算機在工業自動化領域中的應用越來越廣泛。可程式設計控制器就是其中的佼佼者，它以其卓越的效能，高可靠性、能在惡劣環境下工作、維修使用方便、通訊、組網功能強和具有較高的價效比等特點，被廣泛的應用於工業控制中。
火力發電廠、港口和煤礦等部門都要對出入煤的質量進行分析,分析檢驗結果作為生產成本核算、控制鍋爐工況或作為商品煤結算的依據。煤的質量分析包括採集樣品(取樣) 、製備試樣、分析。用少量的樣品的分析結果代表一批煤的質量必然會有偏差。
此偏差由取樣偏差、製樣偏差和分析偏差構成,其中取樣偏差最大。因此,分析結果的精確度,很大程度上取決於所採樣品的代表性。以前靠人工取樣,很難保證樣品的代表性。
分析偏差太大時還可以重新分析,而樣品無代表性時,則往往由於煤已運走或已入鍋爐燒掉而無法重新取樣。如果煤樣品無代表性,則無論分析結果多麼精確也毫無意義。國家標準gb474 規定了各種情況下煤的取樣方法。
在流動的煤(煤流) 中取樣時,應將取樣處煤流橫截面上的煤全部採出。
汽車入廠煤取樣機是針對運煤汽車取樣而設計的機械化取樣裝置。該裝置集取樣、破碎、縮分、集樣於一體、結構合理、執行可靠、操作方便。取樣製樣工藝過程符合gb474，gb475國家標準。
適用於電廠、煤礦、煤碼頭等進行煤質檢驗取樣的場合。
汽車入廠煤取樣機主要由取樣頭、給料機、破碎機、縮分集樣器、餘煤處理系統組成。首先由鑽取式螺旋取樣頭提取煤樣，通過密閉式給料機送放破碎機、破碎後進入縮分集樣器，通過縮分的煤樣進入集樣器，多餘的煤樣由餘煤處理系統反排回汽車或直接排回煤場。
採用本取樣系統的優點有：
(1).可實現全斷面取樣，保證煤樣代表性；
(2).採用專利破碎機，水份適用範圍廣，減少堵煤可能性；
(3).一體化設計，結構緊湊，取樣時間短；
(4).半封閉結構，減少人為與環境因素的影響；
(5).裝置自動化程度高，維護簡單。
通過本設計可以使整個系統不易堵煤、監測系統更加趨於完善，程式控制特性更好，且易於安裝和維護。
二、**研究的主要內容
設計對汽車所運原煤進行取樣的自動小車控制系統，實現小車的橫向、大車的縱向移動以及取樣螺旋探頭的上公升、下降過程。系統採用可程式設計控制器進行控制。
具體內容如下：
1 車運原煤自動取樣系統總體方案設計；
2 車運原煤自動取樣控制系統設計；
3 設計控制系統硬體，包括控制器選型設計和控制接線圖；
4 控制系統軟體設計，包括程式流程圖和系統控制軟體。
第一章車運原煤自動取樣系統總體方案設計
車運原煤自動取樣系統總體方案的設計應包括以下內容：採製樣裝置結構型式的確定，採製樣裝置基本組成、採製樣裝置工作原理、採製樣裝置主要裝置的技術引數及機構的選擇等內容。
一般應根據設計任務和要求提出數個總體方案，進行綜合分析、比較和論證，最後確定乙個可行的總體方案。
一、總體方案確定
（一）概述
煤的計量及其機械自動採製樣是火力發電廠實現計算煤耗的前提，電力部頒布的《火力發電廠按入爐煤量正平衡計算發電煤耗（試行）》中指出 「機械自動取樣裝置是目前唯一能夠採到具有代表性樣品的手段」。
入廠煤機械自動採製樣裝置中機械結構設計新型實用，整體結構布局通暢，選取的技術引數合理，工藝調節方便，適應範圍廣。適用於火力發電廠的入廠煤取樣及其它類似場合。機械可長期穩定運轉，不堵煤，取樣後的子樣代表性強，滿足現場實際需要。
該裝置作為現代化採製樣裝置，可為電廠，煤礦等有關單位提供煤質檢測和監督的可靠依據，並且有助於燃煤管理的科學化和規範化。
電氣控制部分採用目前國際上流行的可程式設計控制器作為主控元件，在設計思想上力求與國際接軌。因此，可靠性顯著增強，控制效能大為提高，而且具有智慧型化的優點。
該裝置取樣技術及工藝過程完全符合《gb475-96商品煤樣採取方法》的規定，製樣方案完全符合《gb474-96煤樣的製備方法》
圖1-1 入廠煤機械自動取樣裝置示意圖
（二）取樣裝置結構型式
入廠煤機械自動取樣裝置依靠來煤運輸方式可分為汽車取樣裝置和火車取樣裝置。而根據具體結構不同分為懸臂式，行車式；火車採製樣裝置根據跨車軌道數分為跨雙軌龍門式，跨單軌懸單軌龍門式，懸雙軌龍門式及其它派生結構。
懸臂式汽車採製樣裝置為人工選點自動採製樣，其它型式採製樣裝置均為全自動採製樣。可選用工控機控制並進行軟操作。
本設計採用的是行車式汽車取樣裝置。
（三）取樣裝置基本組成
不論汽車採製樣裝置還是火車採製樣裝置，都由取樣系統，製樣系統，餘煤返回系統和控制操作四大部分組成。取樣系統主要由螺旋取樣頭，螺旋取樣頭公升降機構，取樣選點機構等組成；控制作業系統主要由控制系統，作業系統，檢測系統等組成。
1． 大車行走機構
它主要由大車、車輪及導軌等構成。
2． 小車行走機構
它主要由小車、車輪及導軌等構成。
3． 螺旋取樣頭
該機構主要由液壓驅動馬達，軸承座，取樣管，取樣螺旋葉片軸，料倉，破碎刀頭組成。
4． 限位開關等
如：大車限位開關，小車限位開關，螺旋取樣頭公升降限位開關等。
5． 驅動電機
大車行走機構的驅動電機，小車行走機構的驅動電機，螺旋取樣頭正反轉的驅動電機，螺旋取樣頭公升降的驅動電機等。
6． plc控制系統
採用可程式設計器和工控機進行聯合控制，可實現自動和手動兩種工作方式。
圖1-2 入廠煤機械自動取樣裝置示意圖
汽車取樣系統分懸臂式、橋式、龍門式取樣系統。該系統是按有關標準規定選點採取煤樣，並製成一定粒度要求供理化分析煤樣的專用裝置。在預先設定的程式的控制下，實現自動執行。
圖1-3 入廠煤機械自動取樣裝置示意圖
（四）取樣裝置工作原理
取樣裝置到達預定取樣點後，選點機構自動鎖緊，啟動採製樣系統，並由螺旋取樣頭降機構驅動至預設煤層深處開始取樣，集料倉關閉。到達取樣深度後，螺旋取樣頭回至上部極限位置，選點機構行至放料點，集料倉自動開啟，煤樣經過給料機構送到製樣系統內，經過破碎縮分，所需煤樣進入集樣瓶，餘煤經過餘煤返回系統排出。同時取樣頭放完煤樣後，又返回到所設點，準備下一煤車取樣。
取樣裝置工作流程圖見後。
圖1-4 取樣裝置工作流程圖
二、設計取樣裝置及其主要裝置
（一） 取樣裝置重要技術引數
表1-1 汽車採製樣裝置主要技術效能引數
本設計選用的是行車式汽車採製樣裝置。
（二）取樣裝置主要裝置的技術引數及機構特點
1.螺旋取樣頭
（1）液壓傳動式螺旋取樣頭
取樣頭根據螺旋垂直輸送物料的原理設計而成，結構為液壓螺旋鑽取式，能用於煤面下較大深度的全面斷面取樣。取樣頭頭部裝有破碎刀刃能適應冬季凍煤，對大煤塊有破碎作用。採用液壓馬達驅動螺旋取樣頭旋轉，轉速可調。
當有異物進入螺旋取樣頭使其實際扭矩超過額定扭矩時，螺旋取樣頭能自動停止轉動，達到自我保護的目的，並能反轉排除異物。
該機構主要由液壓驅動馬達，軸承座，取樣管，取樣螺旋葉片軸，料倉，破碎刀頭組成。取樣頭轉速在一定範圍內無級可調。
（2）電力傳動式取樣頭
取樣頭根據螺旋垂直輸送物料的原理設計而成，結構為電力螺旋鑽取式，能用於煤面下較大深度的全斷面取樣。取樣頭頭部裝有破碎刀刃能適應冬季凍煤，對大煤塊有破碎作用。
該機構主要由sew帶電機減速機、軸承座、取樣管、取樣螺旋葉片軸、料倉、破碎刀頭等組成。
本設計選用的是液壓傳動式螺旋取樣頭。
2.螺旋取樣頭公升降機構
（1）電液推桿推動式螺旋取樣頭公升降機構
電液推桿是一種機電液一體化的新型柔性傳動機構，它由執行機構（油缸），控制機構（液壓控制閥組），和壓力源（油幫浦，電機等）組成。接通電動機電源，通過控制電動機正反轉，使雙向油幫浦輸出壓力油，經液壓控制閥送至油缸，實現油缸的往復。從而帶動螺旋取樣頭沿導軌公升降，實現全煤層取樣。
其公升降速度一般為固定值。
（2）液壓油缸推動式
壓油站輸出壓力油，經液壓控制閥送至油缸，實現油缸的往復運動。從而帶動螺旋取樣頭沿導軌公升降，實現全煤層取樣。其公升降速度在一定範圍內無級可調。
（3）電動絞車驅動式
通過控制電動機絞車正反轉，帶動絞車鋼絲繩上下運動，從而帶動螺旋取樣頭沿導規公升降，實現全煤層取樣。其公升降速度一般為固定值。
電液推桿推動式和電動絞車驅動式結構簡單、可靠、控制方便；而液壓油缸推動式需要配置液壓站，控制較複雜，現場除錯周期長。
本設計選用的是電液推桿推動式螺旋取樣頭公升降機構。
3.選點機構
（1）橋式取樣選點機構
採用橋式行車梁箱式結構，此種方式能實現全自動隨機選點。
（2）迴轉式
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