基于PLC的管、皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：從管、皮帶運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，PLC系統(tǒng)，控制邏輯，保護(hù)元件動(dòng)作要求和數(shù)據(jù)監(jiān)控等方面；介紹基于PLC的管、皮帶運(yùn)輸機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：管、皮帶運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)控制；PLC控制系統(tǒng)；保護(hù)裝置

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，生產(chǎn)過程中人們更加注重環(huán)保、效率。管、皮帶運(yùn)輸機(jī)作為一種高效、環(huán)保的大宗物料運(yùn)載工具，順應(yīng)和符合時(shí)代發(fā)展的要求，在礦山、碼頭、化工、冶煉、電站等眾多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用；促使管、皮帶運(yùn)輸行業(yè)得到飛速的發(fā)展。針對(duì)建設(shè)單位的實(shí)際控制要求和需要出發(fā)，本著構(gòu)建一套精簡(jiǎn)、安全、可靠的控制系統(tǒng)為原則；分別對(duì)管、皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用做了詳細(xì)介紹，對(duì)控制邏輯做了較多說明；確保設(shè)計(jì)出的電氣控制系統(tǒng)安全、可靠、適用；為用戶長(zhǎng)期、高效、安全生產(chǎn)提供可靠保障。

2 管、皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 管、皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)用戶的具體要求和實(shí)際情況，由工藝專業(yè)確定管、皮帶運(yùn)輸機(jī)的具體控制工藝架構(gòu)，電氣專業(yè)依據(jù)工藝專業(yè)制定的工藝控制目標(biāo)設(shè)計(jì)出滿足要求的控制系統(tǒng)。一般管、皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)如下圖所示的幾部分組成：

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶的工藝狀況和要求，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上一般分為單臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、雙臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和機(jī)頭、機(jī)尾多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)幾種形式。根據(jù)用戶對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)控制要求的不同，控制模式有：

2.2.1 用戶恒速使用且對(duì)啟動(dòng)電流不作要求的場(chǎng)合采用電機(jī)直接啟動(dòng)開環(huán)控制的驅(qū)動(dòng)控制方式。

2.2.2 用戶恒速使用，僅對(duì)啟動(dòng)電流有要求的場(chǎng)合使用軟啟動(dòng)器開環(huán)控制的驅(qū)動(dòng)控制方式。

2.2.3 用戶需要調(diào)速控制或閉環(huán)控制的場(chǎng)合采用變頻器控制的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。

3 管、皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)

3.1 PLC控制系統(tǒng)介紹

管、皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制是以PLC為中心，將管、皮帶運(yùn)輸機(jī)的所有保護(hù)裝置信號(hào)和外部聯(lián)鎖、控制信號(hào)接入PLC，經(jīng)過程序甄別判斷確認(rèn)控制系統(tǒng)是否正常以及將執(zhí)行何種控制操作，同時(shí)對(duì)故障情況依據(jù)故障的等級(jí)發(fā)出告警或停車等操作。PLC自成獨(dú)立的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)上可以構(gòu)成多級(jí)操作模式；一般設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)操作、PLC操作、上位機(jī)（DCS）控制三級(jí)操作模式。現(xiàn)場(chǎng)操作是由現(xiàn)場(chǎng)操作箱控制機(jī)器的啟、停（方便機(jī)器調(diào)試），操作箱設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)、PLC控制轉(zhuǎn)換開關(guān)和啟動(dòng)、停止等按鈕及狀態(tài)指示燈。當(dāng)開關(guān)置于現(xiàn)場(chǎng)位置時(shí)，機(jī)器的正常啟、停由現(xiàn)場(chǎng)操作箱控制；當(dāng)開關(guān)置于PLC位置時(shí)機(jī)器由PLC柜控制啟、停；同樣道理，PLC柜也設(shè)有一個(gè)控制選擇開關(guān)，分別設(shè)置本地（PLC操作）或遠(yuǎn)控（DCS）操作。需要指出無(wú)論處于什么操作模式，只要機(jī)器保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)PLC都會(huì)檢測(cè)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停車指令。PLC可實(shí)時(shí)將機(jī)器的狀態(tài)和參數(shù)傳送給上位機(jī)，便于上位機(jī)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。PLC還負(fù)責(zé)電磁除鐵器、梨式卸料器、卸料小車等管、皮帶機(jī)附屬裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制。

3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

管、皮帶運(yùn)輸機(jī)PLC除用戶指定品牌、型號(hào)外，我們一般選用西門子S7-200、S7-1200、S7-300的PLC。輸入、輸出作隔離保護(hù)設(shè)計(jì)，根據(jù)控制的管、皮帶運(yùn)輸機(jī)數(shù)量和控制點(diǎn)多少來(lái)確定PLC型號(hào)及擴(kuò)展模塊數(shù)量，設(shè)計(jì)時(shí)需要留有10-20%的端口余量。根據(jù)用戶是否需要作上位機(jī)控制確定是否設(shè)計(jì)通訊功能及確定通訊方式。PLC柜面板設(shè)計(jì)用于控制的操作按鈕和顯示運(yùn)行狀態(tài)的各類指示燈；可根據(jù)控制點(diǎn)位多少確定報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示方式：指示燈+儀表、文字面板、觸摸屏。PLC柜和現(xiàn)場(chǎng)操作箱都設(shè)計(jì)有帶自鎖功能的緊急停機(jī)按鈕，當(dāng)任意一個(gè)緊急停機(jī)按鈕按下后，不對(duì)開關(guān)進(jìn)行復(fù)位操作，管、皮帶運(yùn)輸機(jī)不能啟動(dòng)。

3.3 管、皮帶運(yùn)輸機(jī)控制邏輯

當(dāng)管、皮帶運(yùn)輸機(jī)除打滑保護(hù)信號(hào)外的所有保護(hù)裝置信號(hào)為正常狀態(tài)時(shí)，表明機(jī)器自身系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒（并對(duì)上位機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號(hào)）；等待后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行信號(hào)達(dá)到后機(jī)器就可以啟動(dòng)。機(jī)器啟動(dòng)時(shí)首先發(fā)出預(yù)警信號(hào)，通過管帶機(jī)沿途設(shè)置的報(bào)警器告知現(xiàn)場(chǎng)人員機(jī)器即將啟動(dòng)，請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)人員注意，預(yù)警時(shí)間結(jié)束機(jī)器啟動(dòng)運(yùn)行。機(jī)器完成啟動(dòng)過程后接入打滑保護(hù)信號(hào)并發(fā)出機(jī)器已運(yùn)行信號(hào)至前端設(shè)備，通知允許其運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)如遇故障情況，機(jī)器將報(bào)警或發(fā)出故障停機(jī)信號(hào)，并聯(lián)鎖前端設(shè)備停機(jī)。多條皮帶級(jí)聯(lián)運(yùn)行時(shí)，開機(jī)順序?yàn)椋合乳_末端設(shè)備，逐級(jí)向前啟動(dòng)設(shè)備。停機(jī)順序?yàn)椋合韧Ｇ岸嗽O(shè)備，逐級(jí)向后停機(jī)。對(duì)于需要正、反雙向輸送控制的管、皮帶運(yùn)輸機(jī)，因?yàn)檎⒎崔D(zhuǎn)時(shí)控制流程倒置，要分清正、反向時(shí)前后端設(shè)備的控制邏輯。

3.4 管、皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及上位機(jī)數(shù)據(jù)通訊

管、皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將機(jī)器的電機(jī)三相電流、電機(jī)溫度、減速箱溫度及變頻器輸出功率等參數(shù)采集到PLC，作為對(duì)機(jī)器運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)依據(jù)。如果機(jī)器配備有文字面板或觸摸屏，這些參數(shù)可以實(shí)時(shí)顯示在文字面板上，或在觸摸屏設(shè)備的模擬畫面上監(jiān)視；也可以和機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和保護(hù)裝置狀態(tài)開關(guān)量參數(shù)一起，打包成符合上位機(jī)通訊格式的數(shù)據(jù)包傳送給上位機(jī)。與上位機(jī)通訊一般采用：PROFIBUS DP、以太網(wǎng)、MODBUS等方式，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和用戶要求確定。

3.5 管、皮帶運(yùn)輸機(jī)保護(hù)元件及信號(hào)要求

3.5.1 管、皮帶運(yùn)輸機(jī)相隔一段距離設(shè)置有拉繩保護(hù)開關(guān)，用于緊急情況停機(jī)保護(hù)。如果不帶地址碼，拉繩開關(guān)信號(hào)采用常閉觸點(diǎn)接入方式保護(hù)最可靠。

3.5.2 管、皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾及皮帶機(jī)沿途設(shè)置有兩級(jí)跑偏開關(guān)，檢測(cè)皮帶運(yùn)行狀況，輕跑偏用于報(bào)警，重跑偏聯(lián)鎖停機(jī)。信號(hào)以常開觸點(diǎn)接入。

3.5.3 機(jī)尾進(jìn)料口皮帶下面，設(shè)置有幾組用于檢測(cè)皮帶是否受到損傷的撕裂檢測(cè)器，皮帶被割裂馬上聯(lián)鎖停機(jī)。

3.5.4 機(jī)尾距進(jìn)料口幾米的地方，皮帶上部設(shè)置有檢測(cè)皮帶上物料堆積量的料流檢測(cè)開關(guān)，防止物料過多導(dǎo)致爆管故障及物料流失。

3.5.5 機(jī)頭設(shè)置有用于速度檢測(cè)的打滑開關(guān)，用于檢測(cè)皮帶是否存在打滑。一般在變頻器控制的調(diào)速系統(tǒng)中，該開關(guān)可以設(shè)置兩組設(shè)定值，輕打滑用于高速控制，重打滑用于低速控制，由PLC根據(jù)輸出到變頻器的頻率來(lái)鑒別。

3.5.6 機(jī)頭下料處溜槽上，設(shè)置有檢測(cè)物料堆積的開關(guān)，用于防止發(fā)生后續(xù)設(shè)備故障引起的堵料事故。

3.5.7 對(duì)于前后級(jí)之間的聯(lián)鎖信號(hào)最好采用無(wú)源干觸點(diǎn)信號(hào)，正常狀態(tài)信號(hào)為常閉。這樣保護(hù)更可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)情況，做好信號(hào)干擾預(yù)防和信號(hào)的處理，程序設(shè)計(jì)時(shí)做到邏輯清晰、嚴(yán)密。這樣就能設(shè)計(jì)出穩(wěn)定、可靠的控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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