基于PLC的管、皮帶運輸機電氣控制系統設計

摘 要：從管、皮帶運輸機驅動控制，PLC系統，控制邏輯，保護元件動作要求和數據監控等方面；介紹基于PLC的管、皮帶運輸機的電氣控制系統設計。

關鍵詞：管、皮帶運輸機驅動控制；PLC控制系統；保護裝置

1 前言

隨著經濟的飛速發展和社會進步，生產過程中人們更加注重環保、效率。管、皮帶運輸機作為一種高效、環保的大宗物料運載工具，順應和符合時代發展的要求，在礦山、碼頭、化工、冶煉、電站等眾多行業得到廣泛應用；促使管、皮帶運輸行業得到飛速的發展。針對建設單位的實際控制要求和需要出發，本著構建一套精簡、安全、可靠的控制系統為原則；分別對管、皮帶運輸機電氣控制系統各個環節的設計、應用做了詳細介紹，對控制邏輯做了較多說明；確保設計出的電氣控制系統安全、可靠、適用；為用戶長期、高效、安全生產提供可靠保障。

2 管、皮帶運輸機系統構成及電機驅動系統設計

2.1 管、皮帶運輸機系統構成

根據用戶的具體要求和實際情況，由工藝專業確定管、皮帶運輸機的具體控制工藝架構，電氣專業依據工藝專業制定的工藝控制目標設計出滿足要求的控制系統。一般管、皮帶運輸機控制系統如下圖所示的幾部分組成：

2.2 電機驅動系統設計

根據用戶的工藝狀況和要求，電機驅動系統結構上一般分為單臺電機驅動、雙臺電機驅動和機頭、機尾多臺電機驅動幾種形式。根據用戶對生產系統控制要求的不同，控制模式有：

2.2.1 用戶恒速使用且對啟動電流不作要求的場合采用電機直接啟動開環控制的驅動控制方式。

2.2.2 用戶恒速使用，僅對啟動電流有要求的場合使用軟啟動器開環控制的驅動控制方式。

2.2.3 用戶需要調速控制或閉環控制的場合采用變頻器控制的驅動控制系統。

3 管、皮帶運輸機電氣控制系統

3.1 PLC控制系統介紹

管、皮帶運輸機電氣控制是以PLC為中心，將管、皮帶運輸機的所有保護裝置信號和外部聯鎖、控制信號接入PLC，經過程序甄別判斷確認控制系統是否正常以及將執行何種控制操作，同時對故障情況依據故障的等級發出告警或停車等操作。PLC自成獨立的控制系統，結構上可以構成多級操作模式；一般設計為現場操作、PLC操作、上位機（DCS）控制三級操作模式。現場操作是由現場操作箱控制機器的啟、停（方便機器調試），操作箱設有現場、PLC控制轉換開關和啟動、停止等按鈕及狀態指示燈。當開關置于現場位置時，機器的正常啟、停由現場操作箱控制；當開關置于PLC位置時機器由PLC柜控制啟、停；同樣道理，PLC柜也設有一個控制選擇開關，分別設置本地（PLC操作）或遠控（DCS）操作。需要指出無論處于什么操作模式，只要機器保護裝置動作時PLC都會檢測并發出報警信號或停車指令。PLC可實時將機器的狀態和參數傳送給上位機，便于上位機監控設備的運行狀態。PLC還負責電磁除鐵器、梨式卸料器、卸料小車等管、皮帶機附屬裝置的狀態監測和控制。

3.2 PLC控制系統硬件設計

管、皮帶運輸機PLC除用戶指定品牌、型號外，我們一般選用西門子S7-200、S7-1200、S7-300的PLC。輸入、輸出作隔離保護設計，根據控制的管、皮帶運輸機數量和控制點多少來確定PLC型號及擴展模塊數量，設計時需要留有10-20%的端口余量。根據用戶是否需要作上位機控制確定是否設計通訊功能及確定通訊方式。PLC柜面板設計用于控制的操作按鈕和顯示運行狀態的各類指示燈；可根據控制點位多少確定報警及數據顯示方式：指示燈+儀表、文字面板、觸摸屏。PLC柜和現場操作箱都設計有帶自鎖功能的緊急停機按鈕，當任意一個緊急停機按鈕按下后，不對開關進行復位操作，管、皮帶運輸機不能啟動。

3.3 管、皮帶運輸機控制邏輯

當管、皮帶運輸機除打滑保護信號外的所有保護裝置信號為正常狀態時，表明機器自身系統已經準備就緒（并對上位機發出準備就緒信號）；等待后續系統運行信號達到后機器就可以啟動。機器啟動時首先發出預警信號，通過管帶機沿途設置的報警器告知現場人員機器即將啟動，請現場人員注意，預警時間結束機器啟動運行。機器完成啟動過程后接入打滑保護信號并發出機器已運行信號至前端設備，通知允許其運行。運行時如遇故障情況，機器將報警或發出故障停機信號，并聯鎖前端設備停機。多條皮帶級聯運行時，開機順序為：先開末端設備，逐級向前啟動設備。停機順序為：先停前端設備，逐級向后停機。對于需要正、反雙向輸送控制的管、皮帶運輸機，因為正、反轉時控制流程倒置，要分清正、反向時前后端設備的控制邏輯。

3.4 管、皮帶運輸機監控數據及上位機數據通訊

管、皮帶運輸機控制系統設計時將機器的電機三相電流、電機溫度、減速箱溫度及變頻器輸出功率等參數采集到PLC，作為對機器運行狀況進行監測和保護依據。如果機器配備有文字面板或觸摸屏，這些參數可以實時顯示在文字面板上，或在觸摸屏設備的模擬畫面上監視；也可以和機器運行狀態和保護裝置狀態開關量參數一起，打包成符合上位機通訊格式的數據包傳送給上位機。與上位機通訊一般采用：PROFIBUS DP、以太網、MODBUS等方式，應根據現場情況和用戶要求確定。

3.5 管、皮帶運輸機保護元件及信號要求

3.5.1 管、皮帶運輸機相隔一段距離設置有拉繩保護開關，用于緊急情況停機保護。如果不帶地址碼，拉繩開關信號采用常閉觸點接入方式保護最可靠。

3.5.2 管、皮帶運輸機機頭、機尾及皮帶機沿途設置有兩級跑偏開關，檢測皮帶運行狀況，輕跑偏用于報警，重跑偏聯鎖停機。信號以常開觸點接入。

3.5.3 機尾進料口皮帶下面，設置有幾組用于檢測皮帶是否受到損傷的撕裂檢測器，皮帶被割裂馬上聯鎖停機。

3.5.4 機尾距進料口幾米的地方，皮帶上部設置有檢測皮帶上物料堆積量的料流檢測開關，防止物料過多導致爆管故障及物料流失。

3.5.5 機頭設置有用于速度檢測的打滑開關，用于檢測皮帶是否存在打滑。一般在變頻器控制的調速系統中，該開關可以設置兩組設定值，輕打滑用于高速控制，重打滑用于低速控制，由PLC根據輸出到變頻器的頻率來鑒別。

3.5.6 機頭下料處溜槽上，設置有檢測物料堆積的開關，用于防止發生后續設備故障引起的堵料事故。

3.5.7 對于前后級之間的聯鎖信號最好采用無源干觸點信號，正常狀態信號為常閉。這樣保護更可靠。

4 結束語

在設計時要充分考慮現場情況，做好信號干擾預防和信號的處理，程序設計時做到邏輯清晰、嚴密。這樣就能設計出穩定、可靠的控制系統。

參考文獻

[1]皮壯行.可編程序控制器的系統設計與應用實例[M].機械工業出版社，2000.10.

[2]龔欣榮.管狀帶式輸送機簡介.礦山機械，2000（8）.