基于PLC和組態(tài)軟件的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

董德杰

摘要：運(yùn)用PLC和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用PLC運(yùn)行可靠性高及系統(tǒng)通用性強(qiáng)的特點(diǎn)和組態(tài)軟件實(shí)時(shí)人機(jī)通訊功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行在線監(jiān)控和故障報(bào)警，滿足皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求。

關(guān)鍵詞：皮帶運(yùn)輸機(jī)；控制系統(tǒng)；PLC；組態(tài)軟件

中圖分類號(hào)：TP273.5；TH222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2015）04-0048-03

皮帶運(yùn)輸機(jī)具有輸送方便、運(yùn)送距離長(zhǎng)、物料運(yùn)輸量大的優(yōu)點(diǎn)，其作為物料搬運(yùn)機(jī)械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起到十分重要的作用。但皮帶運(yùn)輸機(jī)在長(zhǎng)期工作中，往往存在皮帶滾筒過熱、皮帶打滑、設(shè)備火災(zāi)等常見故障，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。

本文主要通過下位機(jī)PLC和上位機(jī)組態(tài)軟件對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)使用急停開關(guān)保障設(shè)備的緊急停機(jī)，使用紅外溫度傳感器作為溫度檢測(cè)元件，使用煙霧傳感器進(jìn)行系統(tǒng)的火災(zāi)檢測(cè)，使用接近開關(guān)防止皮帶打滑。下位機(jī)主控器件選用西門子S7-200系列PLC，其中CPU單元為CPU-224XP，通信模塊選用CP243-1，擴(kuò)展模塊選用EM221。系統(tǒng)選用兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)和一對(duì)齒輪實(shí)現(xiàn)速度的傳遞。采用西門子PLC S7-200編程軟件STEP7進(jìn)行軟件程序編寫。上位機(jī)選用北京亞控科技有限公司的組態(tài)王軟件完成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、故障報(bào)警等功能。

1 皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路

在皮帶運(yùn)輸機(jī)工作過程中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，需要設(shè)備緊急停車，以確?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員及設(shè)備安全。系統(tǒng)選用上海東升儀表有限公司的SPS-ZD系列急停開關(guān)作為保護(hù)器件，該開關(guān)觸點(diǎn)容量10 A/500 V，法向報(bào)警角度20°，外殼防護(hù)等級(jí)IP65，作用力5～7 kg。

滾筒過熱是皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)中常見的故障，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理，將成為很大的安全隱患。系統(tǒng)選用北京市博達(dá)昌正科技發(fā)展有限公司的IRTP系列紅外線溫度傳感器， 利用紅外線的物理特性進(jìn)行溫度的測(cè)量，該傳感器測(cè)溫范圍廣，環(huán)境溫度-25～85 C°，響應(yīng)時(shí)間150 ms，距離系數(shù)8∶1，工作電源DC 24 V。

系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致防滑膠嚴(yán)重磨損，天氣潮濕時(shí)會(huì)導(dǎo)致滾筒表面摩擦系數(shù)降低，這些都會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)皮帶打滑現(xiàn)象。系統(tǒng)選用上海東升儀表有限公司的E2RF7413系列接近開關(guān)，該開關(guān)利用位移傳感器對(duì)物體正在接近的這種敏感特性控制電路開通或關(guān)斷。在皮帶運(yùn)輸機(jī)的機(jī)架上安裝一個(gè)傳感器，滾筒的軸每轉(zhuǎn)一周，速度傳感器就接收一個(gè)脈沖信號(hào)，根據(jù)每秒內(nèi)傳感器接收到的脈沖信號(hào)數(shù)可以算出從動(dòng)滾筒的速度，因此，根據(jù)滾筒軸端速度傳感器每秒接收到的脈沖信號(hào)數(shù)，即可測(cè)出皮帶的打滑程度。

在皮帶發(fā)生著火的事故中，主要是由于滾筒停轉(zhuǎn)或滾筒在皮帶表面打滑而導(dǎo)致滾筒溫度升高甚至著火。系統(tǒng)采用上海東升儀表有限公司的55-168P系列溫度傳感器檢測(cè)煙霧信號(hào)，該傳感器工作環(huán)境溫度為-10～50 C°，報(bào)警工作電流為10～30 mA。

系統(tǒng)使用兩臺(tái)山西防爆電機(jī)集團(tuán)有限公司的Y160M2-2型三相異步電機(jī)，該電機(jī)額定功率15 kW，額定轉(zhuǎn)速293 r/min。兩臺(tái)電機(jī)分別安裝在兩條皮帶的尾端，在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和皮帶機(jī)架滾軸連接處安裝一對(duì)齒輪，實(shí)現(xiàn)速度的傳遞。

系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC，其CPU模塊為CPU-224XP，集成了2個(gè)輸入、1個(gè)輸出共3個(gè)模擬量輸入、輸出點(diǎn)，14個(gè)輸入、10個(gè)輸出共24個(gè)數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)，最多可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊。通信模塊選用CP243-1，有助于PLC通過因特網(wǎng)進(jìn)行編程、診斷和遠(yuǎn)程組態(tài)。擴(kuò)展模塊選用EM221，其功耗3 W，隔離組4組，最大延時(shí)4.5 ms，光電隔離1 500 VAC。系統(tǒng)控制回路接線圖如圖1所示，PLC內(nèi)部接線圖如圖2所示。

2 皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用西門子PLC S7-200編程軟件STEP 7進(jìn)行軟件程序編寫。其I/O地址分配包括：AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、DI（數(shù)字量輸入）和DO（數(shù)字量輸出）。系統(tǒng)的PLC接線圖如圖3所示，皮帶啟動(dòng)流程如圖4所示。

3 上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)設(shè)計(jì)主要使用北京亞控科技有限公司的組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)有3個(gè)畫面，分別為過程畫面、趨勢(shì)畫面和報(bào)警畫面；其中，過程畫面有3個(gè)窗口，分別為按鈕窗口、指示燈窗口和故障指示窗口。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，點(diǎn)擊過程畫面按鈕窗口按鈕箱上相應(yīng)的按鈕以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的皮帶機(jī)的啟動(dòng)，這時(shí)指示燈窗口實(shí)時(shí)顯示按鈕狀態(tài)，故障窗口在設(shè)備運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的故障報(bào)警；趨勢(shì)畫面可實(shí)時(shí)顯示溫度和速度曲線；當(dāng)溫度和速度超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，報(bào)警畫面發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。

4 結(jié)論

基于PLC和組態(tài)軟件的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)皮帶滾筒過熱、皮帶打滑、設(shè)備火災(zāi)等故障時(shí)，系統(tǒng)相應(yīng)的傳感器發(fā)生動(dòng)作，將故障信號(hào)傳送到PLC中，通過PLC實(shí)現(xiàn)皮帶停機(jī)保護(hù)，同時(shí)上位機(jī)中也會(huì)實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)的故障類型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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Abstract： Using PLC and configuration software to design the control system of belt conveyer. The system makes use of PLC's features of high operating reliability and strong generality and live man-machine communication function of configuration software to fulfill on-line monitoring and fault alarm for the supervision of equipment operating situation， and meet the control request of belt conveyer control system.

Key words： belt conveyer； control system； PLC； configuration software