基于PLC和MCGS的帶式輸送機監控系統設計

胡瑞玲

摘 要：目前傳統帶式輸送機已不能滿足煤礦自動化生產的要求，本系統選擇西門子公司S7-200系列PLC控制，利用組態軟件MCGS組建監控系統，實時監測數據，及時處理故障，大大提高了生產效率。

關鍵詞：PLC 帶式輸送機 MCGS 監控系統

1 前言

帶式輸送機是煤礦的主要生產設備之一，特別是大型現代化煤礦，從工作面到裝車站，幾乎全由帶式輸送機完成煤炭的輸送任務?，F代社會對煤礦安全和設備的自動化程度要求越來越高，傳統的運輸機已不能滿足煤礦自動化的要求，因此如何設計性能完善、質量可靠、技術先進的皮帶運輸機監控系統，已成為重要的研究方向。

針對河南某礦目前使用的DTL型帶式輸送機，使用傳統的繼電器-接觸器線路控制，以微機單片機及集成電路組成的監控系統，由于煤礦工作環境惡劣，不能夠快速、準確的、可靠的進行遠距離信息交流，存在操作分散、安全性差的特點。本文設計出以PLC為控制核心，MCGS監控軟件的自動化系統，管理人員不用進入現場就可獲得實時數據，大大提高工作效率。

2 總體設計方案

系統以PLC為控制核心，利用MCGS組態軟件組建觸摸屏監控畫面實現對帶式輸送機的實時監控。在PLC控制方式下，設計出硬件電路、繪出順序功能圖、編制PLC梯形圖相應的程序，實現多種控制方式，如手動，自動等，具有煙霧、灑水、跑偏、撕裂、急停、堆煤、溫度、速度等多種保護，實現帶式輸送機的自動化運行可以有效地提高運行效率。利用組態軟件MCGS組建監控畫面實現觸摸屏的有效監控利用，能夠進行現場調試，實現對輸送機的實時監控，大大提高了生產效率和從事煤礦生產人員的安全程度。

3 PLC控制系統設計

由于煤礦工作環境復雜，對設備安全的要求性較高，在選擇硬件時，以保證系統的安全性，穩定行為原則，在綜合在調研、分析現場監控和報警需求的基礎上，確定了系統硬件設計方案提出了適應現場需求的控制方式，制定了合理的保護功能。

帶式輸送機必須實現初始狀態所有設備均處于停止狀態，在工作過程中應該能夠及時處理如跑偏、撕裂、堆煤等各種各樣的故障。

本系統的控制過程采用每一條輸送帶有一個可編程控制器控制，由于每條輸送帶除了啟動、停車及復位按鈕之外，還有煙霧保護、灑水保護、跑偏保護、撕裂保護、急停保護、堆煤保護、溫度保護、速度保護等故障處理措施，本系統采用S7-200系列中的CPU226，有24個輸入口及16個輸出口，以及2個RS-485通信接口.每條輸送帶由2個電機拖動，1臺小電機進行電機啟動和停止時的松閘和夾緊保護，以及各個故障信號，

控制系統實現以下要求：

（1）啟動后響鈴，松閘，延時，主電機啟動延時從電機啟動延時，無故障如無按下停止輸送機一直運行;如按下停止則輸送機停止

（2）輸送機運行起來后，如出現相應故障要一一進行處理

（3）故障處理結束后按復位按鈕，夾緊，復位，沒按停止，繼續進行，按下停止則停止。

3.1 PLCI/O分配

為滿足控制要求，設定輸入對象共13個，與PLC的地址一一對應，地址分配為I0.0-I0.3，I1.0-I1.7，I2.0。輸入按鈕共4個分別為啟動按鈕I0.0、停止按鈕I0.1，復位按鈕I2.0，急停按鈕I1.4;模式選擇為自動模式I0.2、手動模式I0.3;故障信號7個為煙霧信號I1.0，灑水信號I1.1，跑偏信號I1.2，撕裂信號I1.3，堆煤信號I1.5，溫度信號I1.6，速度信號I1.7。輸出對象是12個，PLC的地址安排從Q0.0-Q0.7;Q1.1-Q1.4.輸出對象與地址一一對應關系為：松閘Q0.0，響鈴Q0.1，M2電機Q0.2， M3電機Q0.3，煙霧處理Q0.4，灑水處理Q0.5，跑偏處理Q0.6，撕裂處理Q0.7，急停處理Q1.0，堆煤處理Q1.1，溫度處理Q1.2，速度處理Q1.3，夾緊處理Q1.4。PLC輸入、輸出口分配地址如表1所示。

3.2 程序控制

為實現控制要求采用順序控制功能圖編制程序，初始狀態S0.0步靜止狀態，按下啟動按鈕I0.0轉化到S0.1狀態，松閘Q0.0，響鈴Q0.1動作;T37延時到，轉換到狀態S0.2步，M2電動機Q0.2運行并開始計時;T38延時到執行狀態S0.3步，M2電動機Q0.2，M3電動機Q0.3啟動運行并開始計時;如有T39延時到無故障，就執行S0.4步輸送機繼續運行，此時如果還沒故障返回至步S0.1;如果超速了I1.7有信號，則執行S2.0步進行超速處理，直至處理完速故障，按下復位I2.0轉換至S1.7步，Q1.4得電夾緊，T40延時到回到初始狀態S0.0。如果輸送機運行中出現故障煙霧信號I1.0報警，則執行S1.0步，煙霧處理Q0.4執行處理故障;如果輸送機運行中需要灑水，灑水信號I1.1報警，則執行S1.1步，灑水處理Q0.5執行處理故障;如果輸送機運行中嚴重跑偏，跑偏信號I1.2報警，則執行S1.2步，跑偏處理Q0.6執行處理故障;如果輸送機運行中出現撕裂，撕裂信號I1.3報警，則執行S1.3步，撕裂處理Q0.7執行處理故障;如果輸送機運行中出現堆煤，堆煤信號I1.5報警，則執行S1.5步，堆煤處理Q1.1執行處理故障;如果輸送機運行中出現溫度過高，溫度信號I1.6報警，則執行S1.6步，溫度處理Q1.2執行處理故障。故障處理完畢后，按下復位按鈕后執行夾緊返回。如果按下停止則返回初始態。順序功能圖如圖2所示。

4 監控系統設計

監控系統采用MCGS組態軟件設計，在監控畫面中，煙霧處理、灑水保護等用指示燈表示，正常為綠色，出現故障或處理為紅色，單獨設置報警畫面。本系統在實時數據庫中至少需要設置24個變量，分別為開關量啟動，停止，自動，手動，急停，復位，煙霧信號，灑水信號，跑偏信號，撕裂信號，堆煤信號，溫度信號，速度信號，電動機1，電動機2，煙霧處理，灑水處理，跑偏處理，撕裂處理，堆煤處理，溫度處理，速度處理，變量中出煤堆為數值，故障組為組對象外，其他均為開關型，初值均為0，輸出1有效。監控畫面如圖3所示，可實時監控輸送機的運行情況。

設備窗口中，需添加串口通信，并設置西門子PLC相關參數，通道連接，目的是告訴MCGS：啟動按鈕等變量是通過PLC哪個通道送進來的，報警燈等信號又是通過哪個通道送出去的。把實時數據庫的變量與PLC的變量一一連接起來，建立通道連接，這一步直接關系到MCGS與PLC的通信，能夠實現觸摸屏上的顯示狀態與PLC狀態一致。在設置時一定要注意，PLC中I寄存器在與MCGS通信中是只讀數據，要想實現雙向通信，可以使用M寄存器讀寫數據保證雙向。Q本身就是讀寫數據，不用更改。

為了模擬仿真輸送帶的動畫效果，運行策略窗口腳本程序中編寫程序如下：

IF電動機1AND電動機2=1THEN

煤堆=煤堆+1

ELSE

煤堆=0

ENDIF

在本設計中單獨設置報警畫面，當輸送帶運行過程中出現煙霧、灑水、跑偏、撕裂、堆煤、溫度、速度等故障要進行處理，等處理結束后報警解除，記錄報警數據，可方便隨時查看，及時了解帶式輸送機的情況。

5 結語

經過實驗，在帶式輸送機的工作過程中可實時監控工作狀態，對偶然出現的各種各樣的故障，例如跑偏、撕裂、堆煤等情況，能根據不同的情況進行相應的處理，系統設計完全可以實現控制要求。本設計應用到實際中，實時監控帶式輸送機運行狀態，實現智能化控制，提高設備可靠性和安全性，大大提高生產效率，節省人工和成本。

參考文獻：

[1]廖常初.PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]袁秀英，石梅香.計算機監控系統的設計與調試[M].北京：電子工業出版社，2010.

[3]陳志文.組態控制實用技術[M].北京：機械工業出版社.

[4]杜功儒，劉凱深，李建華.基于PLC的帶式輸送機控制系統設計[J].煤礦機械，2009，30（11）：125-126.