接觸器輔觸點在送料系統(tǒng)中的應用

鄧純柳

【摘? 要】在皮帶送料自動控制系統(tǒng)中，工程電氣人員通過將傳統(tǒng)接觸器輔助觸點接入自動控制系統(tǒng)，并配合其他外部線路和內(nèi)部程序?qū)ο到y(tǒng)進行優(yōu)化，能夠使傳統(tǒng)接觸器輔助觸點信號達到“一點多用”“多向擴展”的目的。對此類信號的研究與應用，有利于企業(yè)挖潛降耗、節(jié)約成本，其線路簡化、維護方便，優(yōu)化后的控制方式更能保障企業(yè)的安全生產(chǎn)。論文從送料系統(tǒng)中三相交流接觸器的控制方法、信號定義，接觸器控制的可靠性及改進措施，及其配套電器元件和相應程序等方面論述了接觸器輔助點在送料系統(tǒng)中的綜合應用效果。

【關鍵詞】接觸器;輔助觸點;自動控制;程序優(yōu)化

【中圖分類號】TP273【文獻標志碼】A【文章編號】1673-1069（2022）05-0126-03

1 引言

當前，現(xiàn)代企業(yè)的自動化程度不斷提高，數(shù)控、變頻器、伺服機等精細化程控設備比比皆是。但是，使用接觸器控制電動機三相動力源的設備依然占絕大多。接觸器的控制結構簡單、價格低廉、維護方便，適合控制要求不高、生產(chǎn)工藝較為粗放的工廠設備，以及受一定條件制約，暫時無法技改的老舊設備。特別是交流接觸器配合異步電動機應用廣泛，在各類送料系統(tǒng)的皮帶機控制中，更是以三相交流接觸器控制為主。本文主要以接觸器輔助觸點在皮帶送料系統(tǒng)中的應用為例，研究接觸器輔助觸點在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)中應用的重要意義。

本文程序?qū)嵗貓D通過西門子TIA Portal V15.1結合仿真軟件進行調(diào)試和說明，程序編寫方式僅供參考。

2 控制方法及信號定義

2.1 控制接觸器的接線方法

在送料系統(tǒng)中，控制皮帶機三相交流接觸器一般僅需使用一個PLC數(shù)字量輸出點，該輸出點為“1”時，接觸器吸合;輸出點為“0”時，接觸器釋放（見圖1）。

圖1的兩套原理圖分別針對兩種最具代表性的數(shù)字量輸出模塊的接線方法。方法1適合數(shù)字量輸出點不帶電源的模塊;方法2適合數(shù)字量輸出點自帶電源的模塊。

同時，可以使用兩個PLC數(shù)字量輸出點，分別控制交流接觸器的吸合與釋放，每次控制時輸出點和所在隔離繼電器只需要短時間得電。如果通過軟啟動器控制，一般使用兩個輸出點分別控制的方法[1]。

這兩種方法都需要配合隔離繼電器實現(xiàn)，圖1中的KA1、KA2就是隔離繼電器，其不但可以發(fā)揮保護和隔離兩路電氣元件（主要是PLC模塊）的作用，更重要的是它可以利用PLC輸出的小功率信號控制三相交流主接觸器的大功率線圈（見圖2）。

2.2 接觸器輔助觸點反饋到PLC的接線方法

除了控制交流接觸器的吸合與釋放，還需要在交流接觸器的輔助觸點上接一個反饋信號到自動控制系統(tǒng)（PLC）的數(shù)字量輸入模塊，該輔助觸點一般使用常開觸點，具體如圖2所示（兩種接線方法的區(qū)別同圖1）。將接觸器輔助觸點接入控制系統(tǒng)的意義是控制程序檢測到該設備接觸器反饋信號為“1”時，表示該設備接觸器處于吸合狀態(tài)，若主回路三相電源已送電，該設備在線路完整且功能正常的情況下，電動機已經(jīng)工作;自動控制系統(tǒng)檢測到該反饋信號為“0”時，表示該設備接觸器處于釋放狀態(tài)，電動機停止工作。通常，人們將交流接觸器輔助常開觸點接到自控系統(tǒng)數(shù)字量輸入點的信號稱為“接觸器反饋”或“皮帶運行信號”。

3 信號的可靠性及改進措施

在自動控制系統(tǒng)中，皮帶機運行的反饋信號是皮帶三相交流主接觸器吸合后的反饋，它比PLC輸出的令主接觸器動作的信號，更能反映出皮帶機啟動后的電氣線路的狀態(tài)。雖然從這個反饋信號并不能直接確定皮帶機已經(jīng)啟動，并正常運行，但可以通過控制回路的一些接線技巧、附加觸點和判斷程序，增強接觸器反饋信號的可靠性，以獲得更為肯定、準確的信號[2]。

①在條件允許的情況下，同一個主接觸器上并聯(lián)兩個或兩個以上的常開觸點作為接觸器反饋信號，再接入PLC數(shù)字量輸入模塊，減少因常開觸點接觸不良產(chǎn)生的誤判，以獲得更為準確的信號。

②將控制回路的電源進線從三相主回路斷路器（空氣開關）的前端改到后端，可以避免因主回路三相斷路器沒有合閘，或因故障產(chǎn)生分斷后，接觸器依然可以正常吸合動作的缺陷。

③使用帶有輔助觸點的三相主回路斷路器，將其輔助點接入PLC數(shù)字量輸入模塊作為三相主回路已上電的聯(lián)鎖保護信號，或?qū)⑵漭o助常開點接入主接觸器的控制回路，在斷路器分斷的同時，斷開控制回路。

④通過將電機保護控制器或熱繼電器等保護器動作的信號（常開）接到PLC數(shù)字量輸入模塊，在保護設備動作時，及時切斷該皮帶的輸出信號。

4 實際生產(chǎn)中的應用

4.1 輸出指示信號

在自動控制系統(tǒng)中，采集的接觸器反饋信號最常用于人機界面（HMI）的顯示，這在人機界面（HMI）軟件或觸摸屏軟件上均容易實現(xiàn)，同時，可以利用這個反饋信號，直接或間接讓PLC的數(shù)字量輸出模塊控制電控箱、操作箱等設備上的指示燈、報警器或其他裝置，用于指示或報警[3]。輸出指示信號的通道應采取就近原則。在最終輸出的邏輯關系前，可以加入其他條件，對指示信號的輸出進行過濾和判斷。

4.2 上下聯(lián)鎖關系

在料場控制系統(tǒng)中，最終物料流送達的目標設備應最先啟動，然后依次啟動物料流的源頭控制設備，最后完成整個系統(tǒng)全部設備的聯(lián)鎖啟動。在送料自動控制系統(tǒng)中，皮帶的上下級聯(lián)鎖可以使用PLC輸出信號，也可以使用PLC輸入信號，但基于安全和設備的總體規(guī)律而言，建議只使用皮帶運行的反饋信號，即PLC輸入信號。因生產(chǎn)和環(huán)保的需要，在料場中，可能引入一些除塵環(huán)保設備，這些設備需要隨皮帶的啟動而開啟，在皮帶停機后延時一段時間關閉，這些都需要依靠皮帶接觸器反饋信號實現(xiàn)自動控制。

4.3 接觸器故障

由PLC數(shù)字量輸出模塊的對應點到皮帶主接觸器的動作，是一個較為單純的控制回路，但是PLC發(fā)出輸出信號后，接觸器能否正常吸合，為皮帶電動機三相供電，是自動控制程序需要明確的。如果PLC發(fā)出輸出信號后，并沒有在很短的時間內(nèi)（一般為毫秒級）收到接觸器反饋信號，我們就能判斷接觸器控制回路出現(xiàn)了“故障”[4]。

①接觸器故障在程序中的判定。接觸器故障全稱為接觸器無反饋故障，是接觸器在應該吸合時，PLC沒有收到吸合反饋信號而判定的故障。該故障可以根據(jù)圖3所示的程序判斷。

②根據(jù)圖3可知，程序斷定的邏輯思路是：PLC輸出1號皮帶啟動指令Q0.0后，一般在1 s內(nèi)，接觸器控制回路正常時，接觸器應該迅速、可靠吸合，如果在1 s時間內(nèi)PLC沒有接收到1號皮帶接觸器的運行反饋信號，即接觸器輔助常開觸點吸合的信號，程序通過SR觸發(fā)器使M10.0標志置“1”。

③在M10.0標志，即1號皮帶接觸器故障被置“1”后，需要該標志觸發(fā)皮帶綜合故障（中間標志），用以斷開皮帶啟動的輸出程序，也可直接使用該點斷開皮帶啟動的輸出程序。該方法在實際應用中是非常重要的，對于其他由接觸器控制的設備來說也是通用的。但對于皮帶自動控制系統(tǒng)聯(lián)機順序啟動或停機，該故障反映的不只是斷開本身的輸出信號，同時斷開了上游皮帶（源頭設備），這是該項應用在送料系統(tǒng)聯(lián)鎖關系中的重要體現(xiàn)。

④自動控制程序在接通皮帶接觸器故障后，應第一時間通過HMI以醒目的方式反饋給主控人員，讓主控人員確實了解當前故障，并具備報警記錄。主控通知檢修人員對控制系統(tǒng)的相關設備進行檢查、維護。需要再次投入運行之前，通過HMI上的“故障復位”按鈕，對皮帶接觸器故障進行復位，該復位按鈕在HMI上應有操作記錄。

⑤故障復位后，可進行試機。在試機時，若沒有聽到接觸吸合的聲音，可檢查相應的PLC數(shù)字量輸出通道到接觸器線圈的回路，以及接觸器元件本體。若聽到接觸器吸合，1 s后又斷開，可檢查接觸器反饋觸點，及反饋信號到PLC數(shù)字量輸入通道的回路是否正常。整個故障的檢查、判斷和處理是比較方便、簡易的。

4.4 配合其他設備的使用

在送料自動控制系統(tǒng)中，對設備特別是對皮帶機的保護非常重要，因為皮帶機普遍存在體積大，隱患多，維護成本高、難度大等問題，所以其保護開關種類繁多，例如，縱向撕裂開關、皮帶速度打滑檢測器等，需要在皮帶正常運轉(zhuǎn)后發(fā)出信號，所以我們需要使用皮帶接觸器運行反饋信號，聯(lián)合該皮帶的打滑開關判斷皮帶是否打滑，或者是否存在異常（見圖4）。

①圖4所示的程序中提及的2號皮帶打滑開關（I4.0）的現(xiàn)場裝置，安裝在皮帶尾輪表面的下方，通過直接與皮帶表面產(chǎn)生滾動摩擦，帶動打滑開關滾輪旋轉(zhuǎn)，在達到一定轉(zhuǎn)速后，打滑開關內(nèi)部觸點動作，常開觸點閉合。

②在圖4程序中，2號皮帶啟動后，運行反饋I0.1置“1”，啟動開始的幾秒內(nèi)2號皮帶打滑開關即I4.0，因打滑開關滾輪未達到設定轉(zhuǎn)速，所以并不能立即分斷。通過10 s延時，2號皮帶結束啟動過程，達到額定轉(zhuǎn)速，打滑開關應正常動作，程序中的I4.0由“1”變?yōu)椤?”，所以并不會產(chǎn)生2號皮帶打滑（M10.3）的故障報警。反之，在皮帶運行過程中，膠帶面無法達到一定的傳送速度，在持續(xù)10 s后，將發(fā)出“打滑報警”。相關人員可以根據(jù)現(xiàn)場皮帶輸送機的大小、工況及傳送的物料等，修改延時時間，以達到最佳的控制和保護效果。

③圖5中的程序是上文提到的皮帶運行反饋聯(lián)鎖除塵設備的示例。在1號皮帶現(xiàn)場安裝1號除塵設備，根據(jù)環(huán)保工藝要求，在除塵設備自動控制時，與1號皮帶同時啟動;在1號皮帶停機后，由于粉塵不會立即沉降，所以需要延時0.5 min再關閉除塵設備。在程序中除塵設備也可以由上位機的HMI遠程手動控制，靈活方便。

5 結語

皮帶輸送機使用三相異步電動機的接觸器控制，線路簡明、成本低廉、故障率低、維護方便、應用廣泛，所以充分利用接觸器控制中的運行反饋信號，結合可編程控制器的優(yōu)點，研究、應用和完善皮帶等設備的聯(lián)鎖控制、故障預警和設備保護具有重要意義，這也是企業(yè)中利用現(xiàn)有技術設備優(yōu)化控制系統(tǒng)、提升安全生產(chǎn)管理水平的典范。

【參考文獻】

【1】武鵬飛.基于PLC的物料機械手送料控制系統(tǒng)設計與應用[J].機械管理開發(fā)，2018，33（1）：88-89.

【2】劉滿祿，汪雙，張靜，等.無力傳感器的機械手爪力控制研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2019，38（10）：36-39+43.

【3】劉樹鑫，宋健，劉洋，等.交流接觸器觸頭系統(tǒng)運動分析及故障診斷研究[J].電工技術學報，2021，36（S2）：477-486.

【4】楊云鵬.流水線自動抓送料機械手控制系統(tǒng)設計[J].自動化技術與應用，2021，40（7）：33-36.