PLC在斗輪堆取料機控制系統中的應用

馬俊峰+周靖皓

摘要斗輪堆取料機是現代化工業中廣泛應用的自動化設備，目前主要應用于冶金、發電廠等散料（礦石、煤、焦碳、砂石）存儲料場的堆取作業中。根據斗輪堆取料機的工作過程和主要工藝流程，對它的自動化控制進行了全方位的設計。該控制系統配備功能齊全的監控系統、緊急保護系統等功能。設計了以PLC為控制核心，并配備參數預置人機界面等單元組成的控制系統組件。經過實際現場試驗后，該系統自動化程度高、操控簡便、達到要求。同時，顯著地提高了斗輪機的工作效率，為真正自動化控制的實現奠定了基礎。

關鍵詞PLC；控制系統；斗輪堆取料機

隨著我國經濟的發展及社會的不斷進步，不同領域的自動化水平均在不斷提高，同時，質量也在不斷提高。從工業控制系統的發展來看，控制主要從繼電器控制、單片機控制、PLC控制等發展過程。傳統的繼電器控制和接觸器等控制的大多數是開關量信號，而且是順序控制，這類控制系統只能在一定的限制范圍內應用。除此之外，由于此類控制系統具有大量觸點裝置，所以在使用的過程中具有壽命短，可靠性差等特點，并且不可隨意更改控制功能。

而半導體邏輯電路的出現，可以通過數字式或模擬式輸入輸出的方式對各種類型的機器或生產過程進行控制。盡管這樣的控制系統基本滿足自動控制的要求，但是對于有許多輸入輸出口組成的控制系統就不能進行有效的控制。為了解決這一問題，PLC控制系統橫空出世，并以其成本低、性能穩定、功能強等特點在工業控制領域得到廣泛的應用。

1PLC控制系統

PLC作為離散控制的首選產品，在二十世紀的八九十年代得到了非常廣泛的應用。隨著工廠自動化程度的提高，近年來在我國PLC增長非常迅速，并且在自動化領域占有非常重要的位置，在實際應用的過程中具有更好的穩定性以及較高的可靠性。對于相同I/0點數的系統來說，采用PLC控制系統比DCS系統的成本大約的低40%左右。主要原因在于PLC控制系統沒有專用的操作站，可以實現軟件及硬件的通用，因而其維護成本較低。除此之外，一個PLC控制器，在實際應用的過程中可以接收幾千個I/0點，因而若被控對象為設備連鎖，且回路不多，則適合采用PLC控制系統。在設計企業管理信息系統方面，由于PLC控制系統采用的是通用監控軟件，因而應用PLC更加方便。

PLC控制系統的設計主要是控制器的應用程序設計。要設計好PLC控制系統，最重要的是充分了解被控對象的屬性與它的特性，主要包括生產工藝、工作環境、技術條件及控制的要求等信息。利用PLC控制系統設計主要提高了焊接設備控制系統的可靠性，減少了生產線因受外界干擾而出現的控制失效現象，目前各大企業工廠都使用PLC控制系統。在本研究的斗輪堆取料機的過程中，選擇PLC作為控制核心的原因包括：1）具有較高的可靠性與較強的控制功能；2）編程較為簡單，可在現場修改程序；3）可將數據直接上傳到管理計算機，便于監控系統運行狀態；4）具有非常靈活的擴展能力，能與觸摸屏、變頻器等連接，從而實現實時數據通訊；5）能夠適用于惡劣的工業環境，具備較強的抗干擾能力，是很好的工控器件。

2斗輪堆取料機PLC控制系統的工作原理

PLC的配置中，采用了模塊化和積木式組合構成的斗輪堆取料電氣控制系統。以S7-300CPU為控制核心，并配備觸摸屏、通訊模塊組成整個控制系統。斗輪堆取料機的各機構的控制部分均處于PLC的控制下，順序完成PLC編寫的程序，如遇到緊急情況，PLC利用外部來的中斷進入保護系統。

在斗輪堆取料機PLC控制系統中，PLC軟件和硬件都使用模塊化，有整個系統簡潔、控制性能好等優點。其系統配置見圖1。

上述各個模塊的正常執行關系到整個系統運行的穩定性。機械設備的各個運行狀態、控制儀表指示和控制操作的所有指示在人機界面中可以設定，設定的參數可以經過RS-485傳輸到PLC的核心配置中。此款PLC系統的控制系統采用模塊化和積木式組合構成斗輪堆取料電氣控制系統。它具有PLC控制系統的全部特點和優點，是工業控制系統中具有較強實用性的一套控制系統，可以完成和實現斗輪堆取料機的所有動作過程，進而滿足現場工作的實際需要。

3斗輪堆取料機的PLC控制部分

斗輪堆取料機的PLC控制是完成整個自動化工藝流程的關鍵控制部分，主要包括堆料程序控制、取料程序控制、信號儀表指示監控、位置信號監控以及行走速度控制程序等。現對PLC的關鍵控制部分進行如下分析。

第一，堆料、取料程序控制。在堆料PLC半自動控制程序中，通過可編程終端畫面上的堆料控制參數設定，其設定的參數傳遞給邏輯控制器核心PLC，給系統發出斗輪堆料作業信號，同時編碼器記錄行走距離和旋轉角度。

第二，位置信號檢測程序。信號、儀表指示監控主要是PLC控制西醫與電壓互感器可編程終端之間的通訊實現，并且組成可編程序終端輔助監控的斗輪堆取料機操作系統。最終將其得到的數據信息通過RS-485傳遞到監控界面，時刻監控程序的進行。

第三，驅動控制程序。該控制系統的驅動裝置主要包括電機驅動、電纜卷筒驅動、傳送帶驅動、斗輪上升、下降驅動、回轉驅動等構成。電機驅動主要滿足慢速行走工作、快速行走調車的要求。主回路設有短路保護和過載保護。電纜卷筒驅動，用自動空氣開關作短路保護，熱繼電器作過載保護。當出現緊急情況時，可以利用急停或者程序內部保護，實現雙重保護，提高安全性和穩定性。回轉驅動系統的運動過程主要由操縱臺開關進行控制，利用模擬電壓信號的電位器調速：模擬輸入端上電壓人工給定，可以實時控制回轉的速度。

4結論

本文研究并探討一種基于PLC控制系統為主的控制核心，并結合觸摸屏的堆取料自動成型設備控制系統。采用可視化的人機交互系統，成型工藝參數設置簡單，各個設備的運動過程顯示較為直觀。該控制系統的研制與應用有效地提高了設備的自動化水平，顯著地改善了傳統手動操作的復雜性。在不同成型工藝參數的設置與選擇上，顯著地減輕了工人的操作難度與勞動強度，改善了生產環境和效率，質量也得到保障，自動化意義得到真正的實現。