董德杰

摘要：運用PLC和組態(tài)軟件設(shè)計皮帶運輸機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用PLC運行可靠性高及系統(tǒng)通用性強的特點和組態(tài)軟件實時人機通訊功能，實現(xiàn)了對設(shè)備運行情況進行在線監(jiān)控和故障報警，滿足皮帶運輸機控制系統(tǒng)的控制要求。

關(guān)鍵詞：皮帶運輸機；控制系統(tǒng)；PLC；組態(tài)軟件

中圖分類號：TP273.5；TH222 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）04-0048-03

皮帶運輸機具有輸送方便、運送距離長、物料運輸量大的優(yōu)點，其作為物料搬運機械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起到十分重要的作用。但皮帶運輸機在長期工作中，往往存在皮帶滾筒過熱、皮帶打滑、設(shè)備火災(zāi)等常見故障，對工業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。

本文主要通過下位機PLC和上位機組態(tài)軟件對皮帶運輸機控制系統(tǒng)進行設(shè)計。系統(tǒng)使用急停開關(guān)保障設(shè)備的緊急停機，使用紅外溫度傳感器作為溫度檢測元件，使用煙霧傳感器進行系統(tǒng)的火災(zāi)檢測，使用接近開關(guān)防止皮帶打滑。下位機主控器件選用西門子S7-200系列PLC，其中CPU單元為CPU-224XP，通信模塊選用CP243-1，擴展模塊選用EM221。系統(tǒng)選用兩臺三相異步電動機和一對齒輪實現(xiàn)速度的傳遞。采用西門子PLC S7-200編程軟件STEP7進行軟件程序編寫。上位機選用北京亞控科技有限公司的組態(tài)王軟件完成系統(tǒng)的實時在線監(jiān)控、故障報警等功能。

1 皮帶運輸機控制系統(tǒng)硬件電路

在皮帶運輸機工作過程中，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)突發(fā)狀況時，需要設(shè)備緊急停車，以確?，F(xiàn)場工作人員及設(shè)備安全。系統(tǒng)選用上海東升儀表有限公司的SPS-ZD系列急停開關(guān)作為保護器件，該開關(guān)觸點容量10 A/500 V，法向報警角度20°，外殼防護等級IP65，作用力5～7 kg。

滾筒過熱是皮帶運輸機控制系統(tǒng)中常見的故障，如不能及時發(fā)現(xiàn)及處理，將成為很大的安全隱患。系統(tǒng)選用北京市博達昌正科技發(fā)展有限公司的IRTP系列紅外線溫度傳感器， 利用紅外線的物理特性進行溫度的測量，該傳感器測溫范圍廣，環(huán)境溫度-25～85 C°，響應(yīng)時間150 ms，距離系數(shù)8∶1，工作電源DC 24 V。

系統(tǒng)長時間工作會導(dǎo)致防滑膠嚴(yán)重磨損，天氣潮濕時會導(dǎo)致滾筒表面摩擦系數(shù)降低，這些都會使系統(tǒng)出現(xiàn)皮帶打滑現(xiàn)象。系統(tǒng)選用上海東升儀表有限公司的E2RF7413系列接近開關(guān)，該開關(guān)利用位移傳感器對物體正在接近的這種敏感特性控制電路開通或關(guān)斷。在皮帶運輸機的機架上安裝一個傳感器，滾筒的軸每轉(zhuǎn)一周，速度傳感器就接收一個脈沖信號，根據(jù)每秒內(nèi)傳感器接收到的脈沖信號數(shù)可以算出從動滾筒的速度，因此，根據(jù)滾筒軸端速度傳感器每秒接收到的脈沖信號數(shù)，即可測出皮帶的打滑程度。

在皮帶發(fā)生著火的事故中，主要是由于滾筒停轉(zhuǎn)或滾筒在皮帶表面打滑而導(dǎo)致滾筒溫度升高甚至著火。系統(tǒng)采用上海東升儀表有限公司的55-168P系列溫度傳感器檢測煙霧信號，該傳感器工作環(huán)境溫度為-10～50 C°，報警工作電流為10～30 mA。

系統(tǒng)使用兩臺山西防爆電機集團有限公司的Y160M2-2型三相異步電機，該電機額定功率15 kW，額定轉(zhuǎn)速293 r/min。兩臺電機分別安裝在兩條皮帶的尾端，在電機的轉(zhuǎn)軸和皮帶機架滾軸連接處安裝一對齒輪，實現(xiàn)速度的傳遞。

系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC，其CPU模塊為CPU-224XP，集成了2個輸入、1個輸出共3個模擬量輸入、輸出點，14個輸入、10個輸出共24個數(shù)字量輸入、輸出點，最多可連接7個擴展模塊。通信模塊選用CP243-1，有助于PLC通過因特網(wǎng)進行編程、診斷和遠程組態(tài)。擴展模塊選用EM221，其功耗3 W，隔離組4組，最大延時4.5 ms，光電隔離1 500 VAC。系統(tǒng)控制回路接線圖如圖1所示，PLC內(nèi)部接線圖如圖2所示。

2 皮帶運輸機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用西門子PLC S7-200編程軟件STEP 7進行軟件程序編寫。其I/O地址分配包括：AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、DI（數(shù)字量輸入）和DO（數(shù)字量輸出）。系統(tǒng)的PLC接線圖如圖3所示，皮帶啟動流程如圖4所示。

3 上位機設(shè)計

上位機設(shè)計主要使用北京亞控科技有限公司的組態(tài)王軟件實現(xiàn)。系統(tǒng)有3個畫面，分別為過程畫面、趨勢畫面和報警畫面；其中，過程畫面有3個窗口，分別為按鈕窗口、指示燈窗口和故障指示窗口。系統(tǒng)運行時，點擊過程畫面按鈕窗口按鈕箱上相應(yīng)的按鈕以實現(xiàn)相應(yīng)的皮帶機的啟動，這時指示燈窗口實時顯示按鈕狀態(tài)，故障窗口在設(shè)備運行發(fā)生故障時進行相應(yīng)的故障報警；趨勢畫面可實時顯示溫度和速度曲線；當(dāng)溫度和速度超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時，報警畫面發(fā)出相應(yīng)的報警信息。

4 結(jié)論

基于PLC和組態(tài)軟件的皮帶運輸機控制系統(tǒng)運行過程中，當(dāng)出現(xiàn)皮帶滾筒過熱、皮帶打滑、設(shè)備火災(zāi)等故障時，系統(tǒng)相應(yīng)的傳感器發(fā)生動作，將故障信號傳送到PLC中，通過PLC實現(xiàn)皮帶停機保護，同時上位機中也會實時顯示相應(yīng)的故障類型，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護。

參考文獻

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Abstract： Using PLC and configuration software to design the control system of belt conveyer. The system makes use of PLC's features of high operating reliability and strong generality and live man-machine communication function of configuration software to fulfill on-line monitoring and fault alarm for the supervision of equipment operating situation， and meet the control request of belt conveyer control system.

Key words： belt conveyer； control system； PLC； configuration software