山东大学自学考试毕业设计（本科）
5定重装载控制系统系统软件设计
5.1 PLC控制软件设计
采用STEP7软件进行编程，该软件功能强大，可实现测试、在线编程、运行诊断等多种功能，并且具有友好的用户界面，支持梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、语句表（STL）等多种编程语言。本文选用梯形图进行编程，编程时将该定重装载系统分为自动和手动两种执行方式。另外，为了保证系统的安全运行，在编程时设置了一些必要的联锁，自动状态下控制流程如图5-1所示。
图5-1 自动系统软件流程图
5.2上位机监控功能的设计
5.2.1井下与井上的通讯
采用西门子S7-200可编程控制器及EM231数据采集通讯模块，对定重装载系统进行主控制和称重数据采集。井下与井上通讯原理如图5-2所示。
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图5-2井下与井上通讯原理图
井下防爆控制箱和井上数据采集控制箱之间采用RS485通讯方式进行数据交换，井下防爆控制柜根据所采集到的箕斗工作状态信号、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和溜煤嘴闸门的打开和关闭，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到井上数据采集控制箱，并自动发出信号通知提升机司机。
5.2.2井上监控界面设计
MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的，用于快 速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等操作系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、 动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能[22][23]。
本课题利用MCGS组态软件构造了定重装载上位机监控界面，并配备了运行状态监测、报表打印等功能，所设计的上位机监测界面如图5-3所示。
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图5-3上位机监测界面
5.2.3监控系统的功能
当箕斗下降到位后，主画面窗口溜煤槽下的箕斗画面就会显示出来，同时指示灯的“到位”灯点亮，之后指示灯“装载中”点亮。当称重完毕后、箕斗装满时，“已装满”灯点亮，且输入框中显示当前箕斗的重量。同时，还可以对窗口按钮控件的操作完成前一日产量、当日产量、前一月产量、当月产量、全部产量、年产量、日产量查询和月产量查询的数据显示。上位机监控系统具有的功能有：
(1)井上数据采集控制箱通过RS485现场总线传输箕斗工作位置信号、工作状态信号，同时采集井下数据采集控制箱装载重量数据，并具有报表打印等功能。
(2)使称重液压缸及闸门液压缸运行。可根据“手动/自动”运行按钮、“手动”调试按钮选择系统的运行方式，并且可在触摸屏界面上显示系统的运行状态。
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6定重装载系统实验
6.1实验目的
在前几章节中，本课题对定重装载监测与控制系统进行了设计，并对定重装载液压系统作了详细的理论推导、仿真研究以及动态特性分析，得出了管路的材料、长度和内径等参数对整个定重装载液压系统动态性能影响的一些理论分析结果。但是，定重装载液压系统的动态特性分析、监控系统的设计在实际使用过程中可能与理论分析存在一定的差异，因此，对定重装载系统进行部分实验研究是非常必要的。
本课题采用虚拟仪器LabVIEW对定重装载系统的启动、运行以及各种受力状况进行实验数据采集，采用MCGS组态软件对定重装载现场称重数据进行实时采集，并绘制称重实时曲线。利用测试得到的数据来分析本定重装载系统设计的合理性，通过这些手段得到定重装载系统的稳态和动态特性，并为该系统在现场的安装、调试积累经验，同时为以后设计类似系统提供可靠的理论依据。 6.2实验设备
(1)液压试验台
电动机为YB132S-4型三相异步防爆电动机，功率为5.5kW，电压380V，电动机转速为1440r/min，防爆型式ExdⅠ；液压泵型号为ACB-F 25C-FL(C)，额定压力10MPa，公称排量25.36ml/r；称重液压缸公称压力16MPa，直径为150mm，行程80mm；闸门液压缸公称压力16MPa，直径为50mm，行程500mm；电磁换向阀型号为GDFW-03-3C2-DC24-90，公称压力31.5MPa，公称流量100L/min，电源电压DC24V。
(2)研华IPC—610—H工控机。
(3)西门子S7-200可编程控制器（PLC）及继电器。
PLC型号为西门子S7-200的CPU226，此外还包括一个8个点的扩展模块以及一个模拟量输入输出模块EM231。中间继电器采用OMRON的产品。
(4)ZQ-502-CE型防爆压力变送器。
量程为0～16MPa，供电电压为DC24V（9～40VDC），输出电压为0～5V，精度为0.5%FS，安装接口M20×1.5螺纹，防爆标志ExdⅡCT6。
(5)RIGOL DS-5062C数字示波器。 (6)NI-PCI-6014数据采集卡。 (7)WYJ-201晶体管稳压电源。 6.3实验内容
1称重液压缸举升过程实验
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实验方法：操作液压泵站，使液压缸活塞从液压缸底部由静止开始举升，直至液压缸活塞举升至液压缸满行程，使用虚拟仪器LabVIEW测量此过程中密封在液压缸下腔的液压油压力数据，测得压力曲线如图6-1所示，横坐标时间的单位为毫秒（ms）。
图6-1液压油压力曲线图
操作液压泵站，使液压缸活塞完全伸出，用手举起质量为5kg的一球体铁块，高度为1.5m，使该铁块在初始速度为零的状况下自由下落到液压缸活塞正上方，同时使用LabVIEW测试软件测量连接液压缸下腔管路的密封液压油压力数据。连续测量三次，测得压力曲线如图6-2、6-3和6-4所示。
图6-2第一次测试结果
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