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选取25齿轮泵,额定压力为10 MPa。
该液压泵流量：Qt=251 000n=251 000×1 450=36 L/min 电动机功率：Nt=peQt60=10×3660=6 kW 式中 pe———液压泵额定压力,MPa。 所以电动机选取7.5 kW,转速为1 440 r/min。 根据以上参数计算称重液压缸举升速度、时间及举升力: 举升速度v=tS； 举升时间t=lv； 举升力F=pS。
闸门液压缸计算方法与称重液压缸相同，计算结果见表3-1:
表3-1 称重和闸门液压缸各参数的计算值 举升时间/s 举升速度/mm·s-1 举升力/kN 称重液压缸 4.7 17.0 353 闸门液压缸 1.6 305.5 20 13
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4定重装载控制系统的硬件设计
定重装载控制系统主要由井下防爆控制柜、井上数据采集控制箱和计算机监测软组成。井下防爆控制箱和井上数据采集控制箱间采用RS485现场总线进行数据交换，井下防爆控制柜根据所采集到的箕斗工作状态号、称重的重量状态信号来自动控制液压泵站电磁阀动作，使称重液压缸升、降箕斗开、关溜煤嘴闸门，同时通过RS485通讯方式将采集到的箕斗装煤重量信号自动发送井上数据采集控制箱，并自动发出提升信号通知提升机司机。 4.1主井箕斗定重装载PLC控制系统的工作原理:
主井井底煤仓下安装2台给煤机，一左一右，2台给煤机分别给左右2个溜煤斗里装煤，安装在左右2个溜煤斗下面的箕斗定重称重装置进行定重计量，当达到设定值时，系统控制器发出溜煤斗装满信号，自动关闭给煤机，并且检测提升箕斗到位信号是否到位。若提升箕斗没有到位，等待提升箕斗到位；若提升箕斗到位，系统控制器发出打开气缸控制溜煤斗闸门向提升箕斗装煤指令，延时一段时间后,关闭气缸控制溜煤斗闸门，并且发出计量重新开始信号，向给煤机发出给煤信号,并向提升机发出允许提升信号。2台给煤机及2个提升箕斗交替重复以上控制过程，从而实现主井箕斗定重装载PLC控制系统的闭锁运行。 4.2系统硬件组成
主井箕斗定重装载PLC控制系统由监控器、控制器、箕斗定重称重装置和执行机构4个部分构成，如图4-1所示：
4-1 定重装载硬件结构图
监控器(绞车房)由FX2N-48MR、FX2N-485,-BD、显示面板、专用继电器组和供电电源5个部分组成，主要用来显示井底装载设备的运行状态、信号状态、定量斗装煤重量以及参数设置，并且完成数据的远程传输任务。FX2N-48MR是监控器的核心部分，完成监控器的主要功能。显示面板与专用继电器组完成PLC输出信号的转换，从而实现人机对话功能。FX2N-485-BD负责完成数据的远程传输。供电电源为显示面板提供DC +5 V电源。控制器由
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控制箱、显示操作台和隔爆兼本安电源组成，其中控制箱由FX2N-48MR、FXON-16EYT、FX2N-2AD、FX2N-485-BD和专用继电器组组成。
箕斗定重称重装置输出的4-20 mA电流信号通过控制器的FX2N-2AD转换为重量信号、输出显示井底装载设备的运行信号、状态信号、箕斗装煤重量以及设备控制的输入信号，并完成数据的远程传输。显示操作台主要用来显示井底装载设备的运行状态、信号状态、定量斗装煤重量以及设备、信号控制按钮。该控制器可设置3种工作状态自动、停止、手动。
自动工作状态为系统全自动闭锁控制运行，不需要人工干预运行过程；停止状态为系统停止运行；手动状态为系统手动控制运行，需要人工操作各个设备按钮，控制相应设备的运行。生产期间最好不要使用手动工作状态，检修期间使用手动工作状态，用来检查各个设备的状况。隔爆兼本安电源为显示面板、专用继电器组提供DC 5 V与24 V电源。 4.3 PLC的选型及I/O点数分配
应用PLC控制定重装载系统实现各种预定动作，可以简化控制线路，节省成本根据定重装载的动作要求以及液压控制原理，其电气执行元件(各电磁阀)均采用直24V以便安全可靠[18]。
(1)确定PLC所需的I/O点数
定重装载系统需要有自动和手动两种操作方式，当系统在正常状态下工作时，按自动状态按钮，此时需要2个限位开关发出的信号，分别用来控制两对称重液压缸的缩距离。当系统出现异常不能正常工作时，按下手动状态按钮，此时由手动操作定重载系统的工作，共需8个按钮操作各个液压缸的伸缩。
(2)模拟量输入模块的选择
模拟量输入模块用来接收由压力传感器发生的电信号，并进行A/D转换。本课题用西门子公司的EM231模拟量输入模块，它具有4个模拟量输入点，电压输入范围0-5V或0-10V、电流输入范围为4-20mA、数据字格式为0-32760、分辨率为12位A转换器，供电电压DC24V或者AC220V。
(3)PLC型号的选择
在PLC选型时，主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，件的通用性，是否易于扩展、有无特殊功能要求等。
(4)I/O点数的分配
根据以上分析，要选择输入点的个数大于16、输出点的个数大于18，对PLC的描速度及其它方面无特殊要求。为确保定重装载系统高可靠性运行，控制系统采用西子公司S7-200系列PLC的CPU226为控制核心。它共有24个输入、16个输出点，机存储器为4KB，计数器256
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个，定时器256个。其结构紧凑、处理数据能力强、功9指令丰富并且具有PROFIBUS-DP和MPI通信接口，易于构成现场总线和实现多级网控制
[19-21]
。另外，还需要一个至少有2个点数
的扩展模块。选用CPU226和其扩展模主要是考虑节省制作成本。
该称重控制系统有7个开关量的输入，18个开关量输出，两个模拟量输入，两个拟量输出，综合需求和可靠性分析，选用SIMENS公司S7-200系列PLC，中央处理选用CPU226—AC/DC/RLY，其数字量I/O为24/16，电源供电85-264VAC（47-63Hz内置高速计数器6个，“1”的信号为15-35V，“0”的信号为0-5V。模拟量模块采EM231(8路输入)。量程采用0-5V，转换均设定为单级性，对应数字量为0-32760。具有强大指令、运算能力和多方式中断能力，完全满足控制各种需求。
表4-1定重装载控制系统I/O点数的分配
地址号 外接器件 名称 地址号 I0.0 “自动/手动” I0.1 “接通备用” 按钮 I0.2 I0.4 I0.6 I0.7 I1.1 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3
(5)压力传感器的主要技术参数 工作电源：9～40VDC 输出信号：0～5VDC 量程：0~16MPa
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外接器件 名称 按钮自动/手动切换 备用系统接通 Q0.5 3DT 2号箕斗备举升 Q0.6 4DT 2号箕斗下降 “初始化” 按钮状态接通 1DT 1DT 2DT 2DT 1号箕斗降到位 1号箕斗降到位 总电源状态 输出电源状态 1号箕斗举升 1号箕斗备举升 1号箕斗下降 1号箕斗备下降 Q0.7 4DT 2号箕斗备下降 1号闸门上升 1号闸门备上升 1号闸门下降 1号闸门备下降 2号闸门上升 2号闸门备上升 2号闸门下降 2号闸门备下降 Q1.0 6DT Q1.1 6DT Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 5DT 5DT 7DT 7DT 8DT 8DT 山东大学自学考试毕业设计（本科）
根据该定重装载系统工作的特殊环境，为了保证系统工作的稳定性，设立了两套立的控制系统，当PLC控制系统出现故障时，通过自动/手动按钮切换成手动状态，手动按钮控制各电磁阀完成装载任务。考虑到该系统在井下工作，安装限位开关极不便，所以除箕斗下降到位需有磁性开关控制外，其余均由时间继电器来控制。另外，重装载系统的控制采用“一用一备”的冗余设计方法进行设计，提高了控制的可靠性定重装载控制系统的I/O分配如表2.1所示。
依据现场实际生产条件，为了保证定重装载系统按流程完成箕斗的定重装载，建了PLC与元器件的逻辑接线图，如图4-2所示。
图4-2 PLC与元器件的逻辑接线图
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