淺析PLC在皮帶輸送系統節能控制中的應用

國能珠海港務有限公司 馬林英

在相關工業生產中皮帶運輸系統是其重要的組成部分，能夠對煤炭以及礦石等散貨進行有效輸送。但在實際運行過程中，該系統很容易受到外界環境的干擾和影響，如皮帶工作負荷增加，加大電力消耗和機械磨損等。因此為提高資源利用效率，應注重實施節能控制。而PLC 作為當前比較先進的控制技術，合理進行設計應用有利于構建完整、高效的皮帶輸送節能控制系統，優化設備產能，降低總成本。

在礦產開發、金屬冶煉以及電力、港口等產業中，皮帶輸送系統的利用效率相對較高，通過多個皮帶輸送裝置相互配合實現對物料的有效傳送。不過在實踐運用環節，皮帶輸送系統經常會受到工況變化的影響，出現電機效率降低、能源浪費等問題。

1 PLC 工作原理

PLC 是指可編程邏輯控制器，相比于傳統的順序控制器能夠進行數字運算操作，在工業環境下可實現對內部存儲執行邏輯運算、順序控制、計算操作等，對各種機械及生產過程起到控制管理作用。所以PLC 的實質是一種柔性控制系統的新型工控裝置，具有通用性、可靠性、功能完整性、能耗低、體積小、編程簡單等優勢。

PLC 一般是采用循環掃描的工作方法，原理是在操作系統的控制下反復循環、連續的執行某一程序，可在任一時刻執行一條指令。當應用PLC 時如圖1所示。該結構是比較典型的PLC 控制系統，先為PLC 的輸入端子接入相應的設備，如按鈕、觸點或行程開關等，然后對輸出端子接入指示燈、電磁線圈、電磁閥等輸出設備。將已編程好的程序利用通訊接口傳輸到PLC 內部的存儲器中，如需進一步增強PLC 的功能，可借助擴展接口與相應的擴展設備相連接[1]。

圖1 PLC 控制系統結構框圖

2 PLC 在皮帶輸送系統節能控制中的設計應用

2.1 調速控制系統運行設計

當前PLC 在工業自動化領域具有廣泛的應用，具有良好的節能提效作用。因此在皮帶輸送系統的節能控制中應用PLC，能有效實現資源利用效率提高，優化皮帶輸送性能。在此基礎上，結合現代技術發展趨勢以及皮帶輸送功能要求，可利用PLC 設計調速控制系統，即是將PLC 與皮帶輸送系統的變頻器相連接，有利于增強系統通信能力，提高可擴展性，基于高效的數據互換實現對系統的遠程監控。且PLC 能取代中間存在的大量繼電器設施，利用較少的端口開展可靠接入，在一定程度上簡化了系統電路，促使電控柜的尺寸縮小，便于后期管理維護。在皮帶輸送系統節能控制設計環節，應將PLC 設置在電控柜中，與上位機形成良好配合，構建調速控制系統，對設備運行情況開展實時監控[2]。

另外，基于PLC 的皮帶輸送機調速控制系統在運行時通常采用自動或工頻兩種方式。如實施自動運行，則是在連接電源后該系統對電機進行自動化變速調頻，流程包括系統程序初始化、傳感器收集模擬信號，并轉換為PLC 的數字信號、按照既定邏輯和CPU 計算處理，將信號傳輸到變頻器，對皮帶輸送機進行有效調節。如采用工頻工作方式，則是利用電氣柜中的開關對設備進行控制，這一過程電機調速控制不發揮作用。而當系統出現失效狀況后，可切換到工頻方式，保證生產工藝正常運行。

2.2 調速控制系統硬件設計

PLC 應用在皮帶輸送系統節能控制中，應注重以下要點：

合理設計主電路。為保障輸送電機具有穩定動力，一般采用380V 電路等級。在設計中避免變頻器輸出端直接與交流電源連接，并保證變頻器與電機的I/O 端接線的連接順序正確。對變頻器的啟停應當采用面板操作，從而有效防范變頻器發生故障。對接地端子與電機應做好接地處理，預防發生觸電事故。

優化電氣控制電路。在皮帶輸送系統節能控制中運用PLC，要盡量避免出現過電壓的現象，防止對設備產生損害。在實際設計環節嚴禁PLC 輸出端與交流接觸器的直接相連，必須通過繼電器來控制接觸器，以便于有效隔離強弱電。同時考慮驅動電機無法同步連接工頻和變頻電源的情況，應注重優化接觸器的硬件互鎖設計，與軟件形成配合，提高互鎖可靠性。并設置手動切換控制電路的方式，保證節能控制系統整體具有穩定性。

科學選擇變頻器型號。為保障PLC 能發揮良好的節能控制效果，需保障變頻器信號能夠高效轉化為PLC 可識別的數字信號。因此要科學選擇變頻器類型，基于具體需求選用性價比更好的變頻器。保證其具有較為廣泛的適用范圍、穩定的可靠性、組合功能較強、力矩特性良好等優勢，并考慮電機的實際功率等級。另外為確保系統運行狀態得到有效監控，還需合理選擇上位機類型，如工控機、工作站、觸摸屏等。將上位機與監控系統軟件組合形成人機界面有利于實現多種功能互動，如系統運行狀態顯示、操控和響應設備、記錄運行數據、檢查和診斷故障等[3]。

2.3 調速控制系統軟件設計

控制系統軟件是基于PLC 的皮帶輸送節能控制的重要組成部分，為充分提高資源利用效率，需重視利用PLC 優化調速控制系統程序。

首先，針對主程序開展設計。明確其是整個系統的管理者，也是系統軟件運行的首要環節，當系統執行PLC 指令進行循環時應先對主程序開展掃描。其中第一次掃描可促使主程序通過復位子程序實現初始化，為后續執行PLC 命令提供良好條件。同時PLC 在使用循環掃描方式對電表、計時、變頻速度選擇、平均值等子程序進行調用時，可對設備動作實施控制。

其次，對子程序進行設計。一般情況下只有通過主程序才能實現對子程序的調用。在皮帶輸送系統節能控制中應用PLC，能對平均值、電表、選擇變頻速度、保護、復位、計時等子程序實施調用，并在系統運行中發揮相應的功能。如平均值子程序可計算變量均值，電表子程序用于計算機與電能表之間的通信，計時子程序可記錄系統的運行時間，保護子程序的功能是對故障、異常運行等發生報警，復位子程序的功能是對系統進行初始化設置，有效為皮帶輸送系統節能控制應用PLC 提供服務。

最后，基于PLC 的皮帶輸送系統節能控制，應合理設計調速控制上位機監控軟件。技術人員可借助組態軟件設計對其進行優化，并設置具有靈活性的組合模塊，以構建完善的上位機監控系統，便于軟件和硬件聯通，提高數據采集以及控制效率。另外，對于上位機監控系統軟件組態中應用PLC，主要利用PM 綜合管理器對管理畫面進行集中開發，形成模擬化的現場控制畫面，便于開展人機交互，提高節能控制成效。在設計應用過程中，應在初始化設置的基礎上采用組態軟件對監控畫面進行編輯，顯示完整的系統運行參數，再將畫面下載到觸摸屏，經調試后可實現節能控制管理。

綜上，在環保理念不斷深入的背景下，對皮帶輸送電機應當采取節能控制措施，應用PLC 技術可優化其調速控制系統，按照節能需求進行運行設計、硬件設計和軟件設計，構建自動化的變頻調速控制系統，通過實施監控皮帶負荷對電機頻率實施調節，有效提升電機運行效率，降低資源浪費程度，實現節能目標。