【文章內容簡介】 C62 1750 8700 10450 13442 2992 16434 C65 1750 9200 10950 13942 2992 16943 N16 1750 9300 11050 13942 2892 16834 N60 1750 9300 11050 13908 2858 16766 轉向架計量秤臺長度應滿足 : m inLcLLdmas ?? () 為了得到盡可能長的動態(tài)稱重時間，可以依照下式來選定秤臺長度 : m in)( LBLAL ?? () 我國轉向架計量通常選秤臺為 米。 課題采用的技術方案 動態(tài)軌道衡系統(tǒng)的結構 系統(tǒng)控制與操作單元由 PLC 系統(tǒng)完成，各稱重傳感器輸出信號作為獨立信號直接送入信號采集單元 — 接線盒。在接線盒內合并為一路模擬信號進入 A/D 轉換單元。該單元將這路模擬信號上傳入 PLC 系統(tǒng)處理， PLC 一方面實時采集稱重傳感器和車輛的判別信號，配合工業(yè)控制計算機（ IPC）進行監(jiān)視和控制 ,PLC 為此 北華大學畢業(yè)設計（論文） 13 系統(tǒng)硬件的核心，信號的處理和基本操作上由它完成。車號識別單元將收集到的信息通過接口傳給 PLC。 PLC 通過總線將信息上傳工控機， IPC 將所有信號處理后通過 CRT 顯示，并自動打印該列車的重量、牽引方式、列 車節(jié)數(shù)、總重量等信息。打印節(jié)、結束后自動將文件上傳上位機。由 plc 將數(shù)據(jù)遠傳給 ERP 系統(tǒng)，形成報表。如圖 系統(tǒng)硬件結構示意圖： 圖 系統(tǒng)硬件結構示意圖 一套動態(tài)電子衡器系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分。硬件部分包括： 1）壓力 — 電信號轉換單元 2）模擬量變送單元 3） plc 與操作單元 4）車號識別單元 5）系統(tǒng)監(jiān)控單元信息顯示 6）打印與上傳單元 稱重通道的設計 軌道衡稱重系統(tǒng)一般沒有專門化的專用儀表，通常采用稱重通道或模數(shù)轉換的專用插板來完成放大、模數(shù)轉換、提供供橋電源等功能，再通過接口電路由計算機進行數(shù)據(jù)處理。 稱重通道的采樣速度快慢、模擬量轉換精度高低、供橋電源穩(wěn)定性、抗干擾性能的好壞，都影響動態(tài)軌道衡的計量性能、計量速度等。本系統(tǒng)采用北京YAMATO 公司生產的 HDC100 型稱重通道。該通道是集信號放大，濾波，模擬量轉換和數(shù)字采集為一體的稱重通道。 濾波電路 動態(tài)電子軌道衡的應用環(huán)境一般比較惡劣，存在多種干擾源，因此必須進行信號濾波，為提高抗干擾性，削弱現(xiàn)場高次諧波或高頻干擾和噪聲，在硬件方面我們選用二階有源低通濾波器使二級放大兼有放大和對 20Hz 以上干擾信號的濾 北華大學畢業(yè)設計（論文） 14 波作用。此濾波電路由集成運放和 RC 網(wǎng)絡組成，其優(yōu)點是輸入阻抗高、輸出阻抗低，輸入與輸出間有很好的隔離。濾波電路組成如圖 所示 : 圖 濾波電路構成示意圖 本章小結 本章著重介紹了系統(tǒng)的工作原理，系統(tǒng)硬件部分總體結構，動態(tài)軌道衡稱重系統(tǒng)稱重臺面尺寸的設計，濾波的應用，最終實現(xiàn)貨車重量的基本算法。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 15 3 稱重系統(tǒng)的硬件設計 硬件系統(tǒng)的組成 動態(tài)軌道衡稱重系統(tǒng)硬件主要由 PLC 系統(tǒng)、工控機、稱重傳感器及低壓電器。下面將對每部分加以詳細的說明。 關于 PLC的綜述 可編程序控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P的外圍設備都應該按照易于與控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 總之，可編程控制器也是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產品并不針對某一具體工業(yè)應用，在 實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。隨著微電子技術、大規(guī)模集成電路技術、計算機技術和通信技術等的發(fā)展， PLC 在技術和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運算的基礎上，增加了模擬量和 PID 調節(jié)等功能模塊，形成了數(shù)值運算、閉環(huán)調節(jié)。尤其是 PLC 把專用的數(shù)據(jù)高速公路 (HIGHWAY)改成通用的網(wǎng)絡，并逐步將 PLC之間的通信規(guī)約靠攏，使得 PLC 有條件和其它各種計算機系統(tǒng)和設備實現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)，這使得 PLC 系統(tǒng)具備了 DCS 的形態(tài)，使得 PLC 的應用拓展到連續(xù)過程控制領域 ，基于 PLC的 DCS系統(tǒng)目前在國內外都得到了廣泛的應用。 PLC 的特點 ① .高可靠性 (1)所有的 I/0 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。 (2)各輸入端均采用 RC濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 1020ms. (3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 (4)采用性能優(yōu)良的開關電源。 (5)對采用的器件進行嚴格的篩選。 (6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采取有效措施，以防止故障擴大。 (7)大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構成表決系統(tǒng)，使可靠性更進一步提高。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 16 ② .豐富的 1/0 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如 :交流或直流 :開關量或模擬量 。電壓或電流 。脈沖或電位 。強電或弱電等。有相應的 1/0 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如 :按鈕 。行程開關 。接近開關 。傳感器及變送器 。電磁線圈 :控制閥等直接連接。另外，為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊 。為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等。 ③ .采用模塊化結 構 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC均采用模塊化結構。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源， 1/0 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 ④ .編程簡單易學 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。 ⑤ .安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I/0 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。 PLC 的工作原理 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段 : 。即檢查各輸入的開關狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲起來為下一階段使用。 。然后 PLC 按用戶程序中的指令逐條執(zhí)行，但是把執(zhí)行結果暫時存儲起來。 。按 第 1 階段的輸入狀態(tài)在第 2 階段執(zhí)行程序中確定的結果 ， 在本階段中對輸出予以刷新。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 PLC 對信號的輸入、數(shù)據(jù)的處理和控制信號的輸出分別在一個掃描周期的不同時間進行的方式有助于排除系統(tǒng)中受到的干擾。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 17 PLC 的主要功能和應用 可編程控制器的設計思想是盡可能地利用當前先進的計算機技術去滿足用戶的需要， PLC 與繼電器接觸器控制電路的一個本質區(qū)別就是除了必要的與外部物理世界的接口 (即 1/0 點 )外，其它的邏輯功 能均在其內部實現(xiàn)。這些邏輯功能不僅可以取代，而且遠遠超過諸如中間繼電器、時間繼電器等硬件邏輯所能達到的功能，從而為 PLC 在可靠性和便利性上形成特色奠定了基礎。 PLC 的功能可分類如下 : ①邏輯控制 ②定時控制 ③計數(shù)控制 ④步進 (順序 )控制 ⑤ PID 控制 ⑥數(shù)據(jù)控制 :PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力。 ⑦通信和聯(lián)網(wǎng) ⑧其它 :PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如 :定位控制模塊， CRT 模塊。 PLC 的選型及其模塊配置 在進行這項工作之前，需要對控制對象和控制任務進行統(tǒng)計和分析。本系統(tǒng)需要配置如下的不同性質的 I/0 點 : 一15 個模擬量輸入 。 一145 個開關量輸入 。 一103 個開關量的輸出。 根據(jù)對上述控制任務的分析，本系統(tǒng)選擇了西門子的模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)S7300，它能滿足中等性能要求的應用，應用領域相當廣泛。其模塊化、無排風扇結構、和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得 S7300 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務的方便又經濟的方案。 S7300 系列所具有的多種性能遞增的 CPU 和豐富的且 帶有許多方便功能的 I/0 擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用附加的模塊對 PLC 進行擴展。 Siemens S7300 所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應性。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 18 PLC SM331 內部選型表如圖 表 PLC 內部選型表 PLC 的 I/O 接線圖 ① FC105 接線圖 圖 接線圖 北華大學畢業(yè)設計（論文） 19 ② FC106 接線圖 圖 接線圖 S7300 編程簡介 S7300 系列 系列 PLC 的編程語言是的編程語言是 STEP7。用文件塊的形式管理系列的編程語言是。用戶編寫的程序及程序運行所需的數(shù)據(jù)，組成結構化的用戶程序。用戶編寫的程序及程序運行所需的數(shù)據(jù)，組成結構化的用戶程序。這樣的程序組織明確，這樣 PLC 的程序組織明確，結構清晰，易于修改。程序組織明確結構清晰，易于修改。為支持結構化程序設計，用戶程序通常由組織塊(OB)、為支持結構化程序設計， STEP7 用戶程序通常由組織塊用戶程序通常由組織塊 、 功能塊 (FB)或功能塊或功能塊 (FC)等三種類 型的邏輯塊和數(shù)據(jù)塊等三種類型的邏輯塊和數(shù)據(jù)塊 (DB)組成。 S7300 模塊化微型 PLC 系統(tǒng)，滿足中 、 小規(guī)模的性能要求，各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務，簡單實用的分布式結構和多界面網(wǎng)絡能力，使得應用十分靈活，方便用戶和簡易的無風扇設計，當控制任務增加時，可自由擴展，大量的集成功能使它功能非常強勁 ， SIPLUS S7300 用于惡劣環(huán)境條件下的 PLC 擴展溫度范圍從 25176。C 到 +70176。C 適用于特殊的環(huán)境允許短時 冷 凝以及短時機械負載的增加 。 S7300 采用經過認證的 PLC 技術，易于操作、編程、維護和服務，特別適用于汽車工業(yè)、環(huán)境技術、采礦、化工廠、生產技術以及食品加工等領域 ， 低成本的解決方案。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 20 上位機硬件配置選擇 本系統(tǒng)上位機選用西門子工控機 427C，它是一款功能強大的 ,無風扇嵌入式工業(yè) PC，可進行導軌安裝、墻面安裝或立式安裝。當環(huán)境溫度低于 55 176。 C 時，它可以 24 小時連續(xù)運行，無需維護且具有高性能，其配備了： ? Intel174。 處理器，最高為 Core?2 Duo ? DDR3 內存，最大為 4 GB ? 集成 Intel GMAX4500 圖形介質加速器 ? 高性能串行 ATA 固態(tài)驅動 SSD “最大 32 GB” 并且 CF 比硬盤更加可靠，耐用，采用了三個 PCI104 擴展槽和眾多接口，因此小型箱式 IPC427C 通用型很強，兩個千兆以太網(wǎng)接口可用于與控制級和現(xiàn)場級進行靈活通訊。四個 USB 接口和一個 PROFIBUS 連接（可選）或者一個帶 3 端口的 PROFINET 接口具有很強的適應性和靈活性，可用于完成測量及開環(huán)和閉環(huán)控制任務。 稱重傳感器 被測負荷作用在彈性體上，使彈性體產生相應的彈性變形；通過粘貼在彈性體上的電阻應變計，被彈性體的彈性變形轉換為電阻應變 計電阻的變化（電阻增大或減少），再通過測量電路將電阻應變計電阻的變化，轉換為電信號（電壓或電流）輸出。 稱重傳感器的選用 稱重傳感器的選用首光要考慮使用場合的實際需要，在測力精度和主要技術