皮帶運輸機PLC控制系統的設計與實現

＊卓 兵

（山西焦煤集團有限責任公司東曲煤礦 山西 030200）

在煤礦開采過程中，皮帶運輸機有著十分重要的應用價值，不僅操作簡單，而且運輸量大、維修方便，是煤礦開采運輸的重要輔助工具。但是在煤礦的運輸環節，經常會存在皮帶打滑、撒料、跑偏、斷裂、噪聲等問題，這會嚴重影響皮帶運輸機的運行效率。為了進一步提高我國煤炭的開采速度，技術人員對皮帶運輸機的控制系統進行了深入研究，希望可以促進控制系統更加先進、更加完善。PLC控制系統的傳感性更加精準，在PLC控制系統的幫助下，如果皮帶運輸機出現故障，那么對應位置的傳感器就會在第一時間將故障信息傳遞給PLC系統，然后系統發出具體指令進行電路調節，最大程度的保證皮帶機的運行安全。

1.PLC系統與技術特點簡述

(1)PLC系統簡述

PLC系統是一種可編程邏輯控制器，其主要結構如下圖所示：

圖1 PLC系統的典型結構示意圖

PLC技術在應用過程中主要是利用數字輸入（輸出）或模擬式輸入（輸出）來控制各類生產機械。PLC技術主要依托可編程邏輯控制器來實施，此控制器具有非常復雜的組成元件：CPU處理器、通信元件、存儲器、電源、接口電路以及功能模塊等，其工作運行程序為：采樣輸入、執行用戶程序以及刷新輸出，程序每循環一次也就是控制器的一個掃描周期。隨著我國科學技術的不斷進步，市場上有眾多能夠生產可編程邏輯控制器的廠家，這也使得我國的可編程邏輯控制器的生產質量得到了有效提高。

(2)PLC技術的特點簡述

①系統結構可選

電氣控制技術應用在可編程控制器時，對PLC系統的結構也做出了一定要求，系統結構的大小必須要符合實際生產要求。一般來說，由于小型可編程控制器具有較小的體積、重量也相對較輕，所以更加適合移動與安裝，因此有著較為廣泛的應用范圍。與之相比，大型可編程控制器過于笨重、體積龐大，為移動和安裝帶來了一系列不便因素，但是由于具有明顯的應用優勢、功能十分強大，所以更加適合企業進行規模化、產業化發展。

②操作簡單

PLC技術具有較為簡單和直觀的接口，并擁有多種編程表達方式，例如梯形圖語言、圖形符號等，這也就使得PLC技術具有更為強烈的適應性，操作人員無需擁有過深的專業素質亦可對其進行操作，這也在一定程度上降低了技術人員的編程難度，對電氣進行自動化控制只需輸入簡單的編程指令即可。

③抗干擾性強

PLC技術在實施過程中，絕大多數情況都會利用集成電路，這也就要求PLC系統內部必須具備較強的電路抗干擾性，同時在系統內部還會設置監控警報器，這樣在PLC系統運行的過程中，才能及時發現系統內外部出現的干擾問題。相比傳統的繼電技術，PLC技術在設計過程中具有更加明顯的抗干擾性，更能適應在復雜的工業生產環境中作業。

2.皮帶運輸機中PLC系統的硬件設計分析

本文以西門子S7-200型可編程邏輯控制器為例，此控制系統可以單獨組合滿足不同用戶的特定需求，通過與網絡連接，可形成功能完善的控制系統，不僅可以應用于煤礦企業，同時在工業領域也能發揮出重要作用。

由圖2可知，此型號的邏輯編程控制器有兩臺三項異步電動機并聯在三相電源上，1號電機的啟閉由RJ1來控制，2號電機的啟閉由RJ2來控制，兩步電機的三相接線由QF1和QF2分別控制。

圖2 電機主電路接線圖

3.皮帶運輸機中PLC控制系統的軟件設計

技術人員在對PLC控制系統的軟件進行設計之前，首先需要大致了解輸入點與輸出點的位置，確保能夠更加科學的配置PLC型號。在編寫主程序時，也要盡可能的完善程序功能，并使得程序具有一定的人性化特點，同時系統也要兼容手動操作能力，可以用手動方式完成設備的啟停，進一步提高控制系統的靈活性。

(1)分配I/O地址

技術人員一定要結合設備的實際需求，對PLC的FO點數進行準確估算，并計算出確定數據，在此基礎上購買匹配的設備。技術人員也要結合FO地址分配對模塊功能以及電路連接進行確定，最大程度的保證PLC實際程序地址能夠與設備一一對應，最大程度的降低PLC處理故障的反應時間。這也就要求技術人員需要對技術進行不斷優化，確保FO地址分配合理規范，因此在編寫程序時，可以把一些功能相似的程序同時編寫，不僅便于管理，同時也能在一定程度上緩解工作人員的工作壓力。

(2)主程序設計

PLC系統主程序的作用是對電機的運轉進行科學控制，同時對各個子程序之間的職責和功能進行調度，確保整個系統的運行更加高效。全線啟停、自動啟停與手動啟停，是PLC主程序的主要控制方式，全線啟停與自動啟停主要通過傳感器進行信號傳輸，然后系統就可完成對電路的內部邏輯控制。自動啟停主要通過外部繼電器完成對電路的控制，并不需要通過PLC系統的調度。

①皮帶啟動

全線啟動：當操作人員按下相應的操作按鈕后，會伴有5秒鐘左右的蜂鳴警報，位于上位機處的啟動指示燈亮起綠燈，則代表電機已經進入工作狀態。

自動啟動：打開皮帶機自動啟動方式，首先將1號電動機的按鈕開啟，在3秒左右的蜂鳴之后，1號皮帶機會順利進行啟動，同時上位機處指示燈變綠，代表1號電機開始工作；然后開啟2號電機，同樣在3秒左右的蜂鳴后上位機處指示燈變綠，2號皮帶機開始工作，代表2號電機正常運行。

手動啟動：操作人員需要按下1號電動機按鈕，啟動指示燈會閃爍然后亮起，上位機處的啟動指示燈變綠，1號皮帶機順利工作；然后操作人員需要操作2號電動機按鈕，指示燈先閃爍后亮起，上位機處指示燈變綠，2號皮帶機順利工作。

②皮帶停止

全線停止：全線停止按鈕被按下后，1號皮帶機會首先停止工作，故障指示燈亮起紅燈，與1號皮帶機相匹配的1號電機停止運行；3秒之后，2號皮帶機停止運行。

自動停止：在PLC控制系統中，皮帶傳輸裝置通常具有兩個停止按鈕，分別實現對1號機與2號機的控制。操作相應的按鈕，那么對應的皮帶機就會停止工作，同時亮起故障指示紅燈。

手動停止：手動停止的方式與自動停止的方式相類似，區別是停止按鈕被按下后，自動指示燈會熄滅。也就是說如果按下1號機的停止按鈕，那么與1號機相對應的故障指示燈會熄滅，1號皮帶機停止運行。2號電機的操作類似。

(3)故障程序設計

為了在礦井綜采過程中有效提高皮帶機的運輸效率，在PLC控制系統的幫助下，技術人員需要安裝多個傳感器在皮帶易出現故障的部位，那么當皮帶機在運行過程中出現故障時，故障信息就可通過對應的傳感器第一時間傳遞給PLC系統，在PLC控制系統的分析下，會給控制電路傳遞指令，那么相應的故障指示燈會亮起，工作人員就可發現此處位置發生故障，此時對應皮帶機就會停止工作，不會為設備帶來更大損傷。操作人員需要及時將故障排除然后按下復位按鈕，當故障指示燈由紅變綠時，皮帶機就會正常運行。

4.結語

綜上所述，技術人員通過對PLC系統對皮帶的保護功能進行具體測試，得出這樣的結論：無論在哪種控制方式下，皮帶機都可以順利實現啟動和停止，而且當皮帶機出現故障時，故障信息會通過傳感器傳遞給PLC控制系統，系統則會做出相應的警示，方便工作人員及時發現故障位置進而排除故障，這可極大的提高皮帶機的運輸效率與運輸安全性，由此可知在煤礦皮帶運輸機中輸入PLC控制系統，可以進一步提高煤礦的運輸效率，有助于實現安全開采。