1、概述
膠帶
輸送機(jī)是一種連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，既可以運(yùn)送散狀物料，也可以運(yùn)送成件物品。它具有結(jié)構(gòu)簡單、輸送量大、噪音小等特點(diǎn)。早期的膠帶輸送機(jī)的電氣控制大多采用繼電器、接觸器控制、手工操作的方式，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗嚴(yán)重、維護(hù)量大、可靠性低等缺點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電器自動(dòng)控制提出了更高的要求，繼電器控制系統(tǒng)已難以適應(yīng)生產(chǎn)過程的需求。為此，采用PLC技術(shù)控制膠帶輸送機(jī)是十分必要的。
可編程邏輯控制器(PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)發(fā)展起來的通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置，與其他工業(yè)控制裝置相比較，PLC有以下特點(diǎn)：①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。②使用方便、通用性強(qiáng)、配置靈活、能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)工藝改變，控制要求發(fā)生變化時(shí)，只需改變控制程序。既：可以控制1臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械，又可以控制一個(gè)生產(chǎn)過程。③容易掌握，編程較簡單。④體積小，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。⑤維修方便，PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，使維修也極為方便。
金能公司原14井地面輸煤裝車自控系統(tǒng)中，要求在遠(yuǎn)離輸煤走廊的主廠房控制室里對(duì)輸煤線的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)時(shí)使用的是繼電控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，維修難度大，事故率高。輸煤系統(tǒng)中有4臺(tái)輸送機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著極為重要的作用，若其中1臺(tái)輸送機(jī)出現(xiàn)故障，后面輸送機(jī)就會(huì)出現(xiàn)堆煤壓車事故，影響煤炭外運(yùn)。后來，在技改過程中，根據(jù)膠帶運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，選用PLC對(duì)原有的電控系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)輸煤設(shè)備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性，并針對(duì)此問題進(jìn)行了硬件及軟件設(shè)計(jì)。其功能特點(diǎn)如下：系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)／手動(dòng)兩種控制方式。微機(jī)控制箱上有正常起車、正常停車、緊急停車、故障復(fù)位等按鈕。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只有排除故障后按下復(fù)位按鈕才能重新起車。本系統(tǒng)在投入運(yùn)行后，整個(gè)系統(tǒng)安全可靠、穩(wěn)定性高，能夠準(zhǔn)確地完成控制操作，并且能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種突發(fā)事件及時(shí)做出響應(yīng)。減少了維修量，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，提高了工效，取得了良好的效果。本文將主要介紹PLC的控制應(yīng)用。
2、膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程
2.1膠帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)
膠帶輸送機(jī)由膠帶、驅(qū)動(dòng)裝置、托輥、機(jī)架、張緊裝置、制動(dòng)裝置、清掃器等零部件組成。原材料輸送機(jī)輸送示意圖如圖1所示。
2.2膠帶輸送機(jī)的電氣控制要求
設(shè)計(jì)目的和技術(shù)要求：
(1)輸送系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)最后1臺(tái)皮帶機(jī)PD4，然后間隔15s，從后向前依次啟動(dòng)各臺(tái)皮帶機(jī)。
（2）輸送系統(tǒng)停車時(shí)先停止最前面1臺(tái)皮帶機(jī)PD1，物料運(yùn)送完畢后，以30s時(shí)間間隔依次從前向后停止各臺(tái)皮帶機(jī)。
(3)當(dāng)某臺(tái)皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該皮帶機(jī)和前面的皮帶機(jī)立即停車，而該皮帶機(jī)以后的皮帶機(jī)待物料運(yùn)送完后停車。例如，當(dāng)膠帶輸送機(jī)PD2發(fā)生故障，PD1、PD2立即停車，延時(shí)30s后PD3停車，再經(jīng)過30s后，PD4停車。
2.3膠帶輸送機(jī)的總體方案確定
膠帶輸送機(jī)控制可采用PLC控制與繼電器控制兩種控制方法，兩種控制方法的特點(diǎn)如下：
(1)方式。繼電器的控制是采用硬件接線完成，采用的是“觸點(diǎn)控制”形式，利用繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的動(dòng)作等組合完成控制邏輯，只能完成固定的邏輯控制。繼電器長時(shí)間使用觸點(diǎn)易損壞和產(chǎn)生接觸不良。因此，其可靠性與繼電器、接觸器觸點(diǎn)有關(guān)。而PLC組成的控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)芯片完成邏輯處理和數(shù)據(jù)處理功能，由專用軟件實(shí)現(xiàn)控制功能。其邏輯控制在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，壽命長、可靠性高。
(2)速度。繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，觸點(diǎn)的動(dòng)作一般在幾十毫秒。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題。PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度快、嚴(yán)格同步、無抖動(dòng)現(xiàn)象。
(3)限時(shí)控制。繼電器控制系統(tǒng)里的時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，易受環(huán)境影響，而PLC定時(shí)器時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高、調(diào)整方便、定時(shí)范圍大、定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境影響。
通過對(duì)兩種控制方式的比較，PLC控制方式控制效果比較好，可實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)的自動(dòng)化；而采用繼電器控制方式，這種控制方式還停留在人工操作，效果也不明顯。為此采用PLC控制膠帶輸送機(jī)是一個(gè)很好的選擇。PLC控制方式又分集中控制和分散控制兩塊。集中控制就是1臺(tái)多個(gè)I/O點(diǎn)PLC控制多臺(tái)設(shè)備，實(shí)行的是一對(duì)多的控制方式；分散控制是多臺(tái)PLC，而每臺(tái)的PLC的I/O點(diǎn)相對(duì)來說就比較少，實(shí)現(xiàn)的是多對(duì)多的控制方式。在PLC出現(xiàn)以前，硬接線電路的RLC是邏輯、順序控制的唯一執(zhí)行者，它結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，一直被廣泛應(yīng)用，而PLC出現(xiàn)后，幾乎在所有方面都超過了RLC。
3、控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 PLC選型及I/O表的分配
輸入信號(hào)：
啟動(dòng)開關(guān) 需要1個(gè)輸入端
停車開關(guān) 需要1個(gè)輸入端
故障開關(guān) 需要4個(gè)輸入端
故障復(fù)位 需要1個(gè)輸入端
檢修控制 需要1個(gè)輸入端
現(xiàn)場(chǎng)控制 需要4個(gè)輸入端
以上共需12個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)，考慮到以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充，需要留有備用點(diǎn)，確定共需14個(gè)輸入點(diǎn)。
輸出信號(hào)：
電動(dòng)機(jī) 需要4個(gè)輸出端
故障報(bào)警燈 需要4個(gè)輸出端
以上共需8個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)，考慮到以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充，留有15%~20%的備用點(diǎn)，共需要要10個(gè)輸出點(diǎn)。
根據(jù)膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)的控制需求，在PLC的選型上，選用了德國SIEMENS公司的S7-200型PLC．S7-200PLC是一體化整體式PLC，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單、擴(kuò)展方便的特點(diǎn)。
基本CPU單元選用的是CPU224，主機(jī)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出；可擴(kuò)展到168點(diǎn)數(shù)字量。
根據(jù)控制要求將輸入點(diǎn)與輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)與輸出控制進(jìn)行分配。I/O分配表如表l所示。
3.2PLC外圍電路的設(shè)計(jì)與電路圖
3.2.1 PLC外圍電路圖
SBl:啟動(dòng)按扭(10.0)。SB2:停止按扭(10.1)。SB3-SB6:4臺(tái)輸送機(jī)相對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)。經(jīng)SB3-SB6(10.2~ 10.5)輸入PLC處理輸出。當(dāng)其中任何1臺(tái)輸送機(jī)發(fā)生故障，故障指示燈HL便開始報(bào)警。各種故障信號(hào)（過流、斷相、短路、過載）均可由這4個(gè)輸入端輸入。SB7:復(fù)位按鈕，SA-1:檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)，SB8-SB11:現(xiàn)場(chǎng)控制按鈕。
3.2.2硬件電路主電路圖及說明
在圖3所示中，接觸器KM1控制電機(jī)Ml、接觸器KM2控制電機(jī)M2、接觸器KM3控制M3、接觸器KM4控制M4。在主電路中，每1臺(tái)輸送機(jī)，都可由對(duì)
應(yīng)的低壓電器來切斷電路，進(jìn)行保護(hù)。刀開關(guān)QF起電源隔離作用。熔斷器FU作為電路短路保護(hù)。熱繼電器FR對(duì)電機(jī)提供過載保護(hù)。
3.3 電路的接線要求
在硬件電路圖的基礎(chǔ)上（見圖2、圖3），對(duì)相關(guān)的控制接線做具體要求：
(1)采用“遠(yuǎn)程集中”控制，完全由PLC按照工藝要求來啟動(dòng)生產(chǎn)線上各臺(tái)設(shè)備。
(2)電動(dòng)機(jī)容量小于lOkW或其容量不超過電源變壓器容量15%。20%，可實(shí)行直接啟動(dòng)。
(3)交流接觸器的容量根據(jù)電機(jī)功率來選取，所有接觸器線圈電壓均為AC220V。
(4)所有電機(jī)都配有相應(yīng)的低壓電器保護(hù)；具有短路、過載、過電流、斷相等保護(hù)功能。
(5)電控系統(tǒng)采用三相四線制供電系統(tǒng)。
4、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
4.1軟件設(shè)計(jì)
在繼電器控制線路中，為達(dá)到某種控制功能，又要安全可靠，還要節(jié)約使用繼電器觸點(diǎn)，設(shè)置了許多制約關(guān)系的互鎖電路，而PLC是采用串行掃描工作方式不存在幾個(gè)支路并列工作的因素，互鎖條件也可在軟件編程中編制進(jìn)去，根據(jù)加工工藝要求和工序需要，同時(shí)考慮設(shè)備的可靠性、故障保護(hù)與報(bào)警狀態(tài)顯示的要求，以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各設(shè)備協(xié)調(diào)工作，用梯形圖語言編制整個(gè)控制程序。此PLC控制系統(tǒng)在集控方式下，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停車，并能顯示相對(duì)應(yīng)的故障設(shè)備。在設(shè)備檢修狀態(tài)時(shí)，可由現(xiàn)場(chǎng)的操控箱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)就地控制。
4.2程序流程圖與梯形圖及說明
上電后PLC初始化，當(dāng)按下啟動(dòng)按扭，膠帶輸送機(jī)PD4先啟動(dòng)，然后每隔15s啟動(dòng)膠帶輸送機(jī)PD3、PD2、PD1。物料運(yùn)送完畢需要停車時(shí)，只需按下停車按扭SB2(10.1)，第一臺(tái)輸送機(jī)PD1立即停止工作，以免繼續(xù)送料，然后以每間隔30s時(shí)間停止PD2、PD3、PD4輸送機(jī)。當(dāng)某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)或在設(shè)備巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，按下故障按扭，這臺(tái)輸送機(jī)以及之前的輸送機(jī)馬上停止工作，再通過30s定時(shí)器停止后面的輸送機(jī)。系統(tǒng)動(dòng)作過程的流程圖如圖4所示。
根據(jù)控制要求及流程圖，做出梯形圖并編寫出語句指令表，梯形圖如圖5所示，在程序中，QO.O、QO.1、Q0.2、Q0.3控制電機(jī)M4、M3、M2、Ml;Ql.0、Ql.l、Q1.2、Q1.3為故障報(bào)警輸出。每個(gè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間用定時(shí)器控制。當(dāng)按下啟動(dòng)按扭SBl(10.0)時(shí)，使線圈KM4通電，使KM4主電路通電，接觸器閉合，PD4電機(jī)M4啟動(dòng)，以15s間隔依次控制（由定時(shí)器T37、T38、T39控制）KM3、KM2、KM1線圈通電，主電路閉合，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)開始工作。接下來是停車過程，按下停車按扭SB2(IO．1)，使PD1電機(jī)Ml電機(jī)停止，然后每隔30s按M2、M3、M4順序停止。通過低壓電器的保護(hù)（短路、過載，過電流等）切斷電路，保證安全。在出現(xiàn)故障時(shí)是用手動(dòng)來控制的。當(dāng)M2電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可按下SB3(10.3)按扭，M2與Ml電機(jī)立即停止，然后通過T41的定時(shí)30s，切斷M3；通過T403定時(shí)30s，切斷M4。
在按下啟動(dòng)按鈕SB1，最后1臺(tái)輸送機(jī)PD4開始起動(dòng)，在通過定時(shí)15s后，依次起動(dòng)PD3、PD2、PD1膠帶輸送機(jī)。停車時(shí)應(yīng)先停止最前面的皮帶機(jī)PD1，停車按鈕為SB2，按下此按鈕PD1電機(jī)停止，在通過程序的控制依次使PD2、PD3、PD4皮帶機(jī)停止，這就是在正常情況的啟動(dòng)與停止控制。在有故障的情況下，按下對(duì)應(yīng)的皮帶機(jī)的故障按鈕就能使電機(jī)停止并及時(shí)報(bào)警，同時(shí)定時(shí)器開始定時(shí)，一段時(shí)間后全部的電機(jī)停止工作。另外還有故障報(bào)警，提醒有關(guān)人員注意。
當(dāng)設(shè)備需要檢修時(shí)，將檢修開關(guān)置于檢修位置，此時(shí)開關(guān)將啟動(dòng)按鈕與PLC的輸入端IO.O斷開，通過內(nèi)部繼電器將檢修按鈕接通，這時(shí)，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)將由現(xiàn)場(chǎng)的控制按鈕進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制。
5、系統(tǒng)調(diào)試
盡管PLC的程序經(jīng)過人工檢查和模擬調(diào)試，但是很多現(xiàn)場(chǎng)因素?zé)o法預(yù)料。必須通過PLC和現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)控制電機(jī)的啟動(dòng)、切換和停止，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后立即停止調(diào)試進(jìn)行修正。調(diào)試的目的就是使電機(jī)能夠按照設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行，并且能夠?qū)Ω鞣N意外情況進(jìn)行處理。
系統(tǒng)調(diào)試將手動(dòng)與自動(dòng)操作控制獨(dú)立分開，自動(dòng)操作控制首先保證單機(jī)程序調(diào)試成功后，再轉(zhuǎn)入連續(xù)控制，最后連接整個(gè)系統(tǒng)試運(yùn)行。由于PLC可靈活、方便的通過變成來控制過程，使調(diào)試變得更簡單。該系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行表明，系統(tǒng)陛能可靠，自動(dòng)化程度高，完全能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，它不僅提高了生產(chǎn)效率，而且減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。
通過對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，對(duì)于邏輯控制，如果采用常規(guī)的儀表和繼電控制，不僅系統(tǒng)繁瑣、調(diào)試?yán)щy，故障概率大，而對(duì)以后的維護(hù)也帶來困難。用PLC控制不僅能解決以上問題，還具有幾大特點(diǎn)：①控制條理清楚，接線簡單明了。②用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制，減少了設(shè)計(jì)困難，減少了系統(tǒng)故障。③模塊化程序設(shè)計(jì)，便于調(diào)試，便于功能的改進(jìn)。④編程圖形化，使之一目了然。
6、結(jié)論
現(xiàn)代化礦井對(duì)設(shè)備的要求越來越高，設(shè)備需要不斷更新、不斷進(jìn)步，可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護(hù)等特性是對(duì)設(shè)備最基本的要求。用繼電器搭成的控制電路具有可靠性差、不易維護(hù)、不易監(jiān)視，已不能適應(yīng)當(dāng)前的要求�，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護(hù)、易操作、可監(jiān)視并且價(jià)格不高的控制器來代替繼電器搭成的電路。目前，電子技術(shù)、軟件技術(shù)、控制技術(shù)飛速發(fā)展．可編程控制器(PLC)發(fā)展迅猛，性能牢靠，價(jià)格較為合理，與繼電器控制電路比具有非常大的優(yōu)勢(shì)。因此，選用PLC來代替繼電器、接觸器控制是礦井發(fā)展的必然趨勢(shì)。
相關(guān)輸送機(jī)產(chǎn)品：
1、
皮帶輸送機(jī)
2、
刮板輸送機(jī)
3、
斗式提升機(jī)
