采用PLC改造皮帶運(yùn)輸繼電系統(tǒng)控制線路設(shè)計(jì)

【摘 要】對(duì)中小型皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制系統(tǒng)采用繼電器控制，存在可靠性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低的問題。本控制系統(tǒng)選用FX系列PLC作為控制器，是一種基于PLC的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制裝置。在硬件電路設(shè)計(jì)中，完成PLC選型及外部低壓電器的選用，設(shè)計(jì)了硬件接線圖，提出了接線要求，使之具有控制和保護(hù)的作用。在軟件設(shè)計(jì)中，給出程序流程圖，并設(shè)計(jì)出梯形圖程序。將硬件和軟件有機(jī)結(jié)合，使控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器 皮帶運(yùn)輸機(jī) PLC控制

【中圖分類號(hào)】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2013）16-0165-03

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦、冶金、鋼鐵、電廠等方面對(duì)于皮帶機(jī)的運(yùn)用有了新的要求。皮帶運(yùn)輸機(jī)又稱帶式輸送機(jī)，是一種連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，也是一種通用機(jī)械。既可以運(yùn)送散狀物料，也可以運(yùn)送成件物品。工作過程中噪音較小，結(jié)構(gòu)簡單。皮帶運(yùn)輸機(jī)可用于水平或傾斜運(yùn)輸。皮帶運(yùn)輸機(jī)還應(yīng)用于裝船機(jī)、卸船機(jī)、堆取料機(jī)等連續(xù)運(yùn)輸移動(dòng)機(jī)械上。以前的皮帶運(yùn)輸機(jī)的電氣控制大多采用繼電器、接觸器控制，采用手工操作方式，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗大、維護(hù)量大、可靠性低等缺點(diǎn)。隨著工業(yè)的發(fā)展，繼電器控制系統(tǒng)無法達(dá)到相應(yīng)的要求，因此根據(jù)不同行業(yè)、不同用戶的要求開發(fā)專用的皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制系統(tǒng)，為此采用PLC控制皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)十分必要。

采用可編程控制器（PLC）控制的系統(tǒng)優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：（1）可靠性高。皮帶機(jī)綜保裝置以PLC控制器為核心，系統(tǒng)具備高可靠性和強(qiáng)抗干擾性等特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境要求不高，適合在惡劣環(huán)境中工作。（2）配置靈活。PLC在組態(tài)系統(tǒng)時(shí)具有極大的靈活性，具有極強(qiáng)的處理能力，以及大的I/O容量。當(dāng)現(xiàn)場控制要求發(fā)生變化時(shí)，只需改變程序即可，因此能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)，既可控制一臺(tái)單機(jī)，又可控制一條生產(chǎn)線；既可現(xiàn)場控制，又可遠(yuǎn)程控制。（3）設(shè)備擴(kuò)展性強(qiáng)。PLC有很強(qiáng)的組網(wǎng)和擴(kuò)展能力，今后可以很方便添加新設(shè)備和皮帶控制。從而避免了上一套設(shè)備需更換一套控制設(shè)備的弊端，節(jié)省了大量的人力和財(cái)力。（4）維護(hù)方便。模塊連接采用插拔式接線端子排，更換、維護(hù)都非常方便。

一 皮帶傳輸機(jī)集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程

1.皮帶傳輸機(jī)的結(jié)構(gòu)

皮帶運(yùn)輸機(jī)由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成。原材料運(yùn)輸機(jī)輸送示意圖，見圖1。

2.皮帶運(yùn)輸機(jī)的電氣控制要求

第一，設(shè)計(jì)目的和技術(shù)要求：（1）啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)M1皮帶機(jī)，然后每隔15s，依次從后向前啟動(dòng)各臺(tái)皮帶機(jī)。最后打開YB電磁閥進(jìn)料。（2）停車時(shí)先關(guān)閉電磁閥YB，再停止M4后面的一臺(tái)皮帶機(jī)，待料運(yùn)送完畢后，每隔25s依次從后向前停止各臺(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)立即停止，而該皮帶機(jī)以后的皮帶機(jī)待料運(yùn)送完后停止。如，電機(jī)M3發(fā)生故障，M3，M4立即停止，經(jīng)過25s延時(shí)后 M2停止，再過25s，M1停止。

第二，皮帶運(yùn)輸機(jī)的總體方案確定皮帶運(yùn)輸機(jī)控制可采用PLC控制與傳統(tǒng)采用繼電器控制兩種控制方法，兩種控制方法的比較如下：（1）方式。繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可。（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，工作頻率低、毫秒級(jí)，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象；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、微秒級(jí)、嚴(yán)格同步，無抖動(dòng)現(xiàn)象。（3）控制。繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，而時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難；PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生、精度高、調(diào)整時(shí)間方便，不受環(huán)境影響。

通過對(duì)兩種控制方式的比較可知，PLC控制方式控制效果較好，可實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(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，效果不明顯。

而PLC控制方式又分集中控制和分散控制兩塊。集中控制就是一臺(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)來說較少，實(shí)現(xiàn)的是多對(duì)多的控制方式。兩者的優(yōu)缺點(diǎn)比較，見表1：

考慮到控制成本、占地等綜合因數(shù)還是采用PLC集中控制方式較為合理。結(jié)合PLC控制與集中控制，本文對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)就采用PLC集中控制方案。

二 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

1.PLC選型及I/O表的分配

經(jīng)分析需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%的備用點(diǎn)，共需10個(gè)輸入點(diǎn)、需13個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)。所以我們選用日本三菱公司FX2N系列48點(diǎn)I/O（輸入為24，點(diǎn)輸出為24點(diǎn)）可編程控制器，在價(jià)格方面PLC比較便宜，因?yàn)?個(gè)PLC就可以控制整個(gè)控制系統(tǒng)。

2.PLC 外圍硬件電路的設(shè)計(jì)與硬件電路圖在硬件電路圖的基礎(chǔ)上（見圖2），對(duì)一些相關(guān)的控制接線做出一定要求：（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)線上各個(gè)設(shè)備。（2）電動(dòng)機(jī)容量小于10KW或其容量不超過電源變壓器容量的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)。

三 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1.軟件設(shè)計(jì)思路

根據(jù)加工工藝要求和用戶需要，同時(shí)考慮各設(shè)備的安全性，故障保護(hù)與報(bào)警運(yùn)行狀態(tài)顯示的要求，以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各設(shè)備協(xié)調(diào)工作功能，用梯形圖語言編制整個(gè)控制程序。在考慮皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，每臺(tái)皮帶機(jī)運(yùn)行相隔的時(shí)間用定時(shí)器控制，在集控方式下，系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過定時(shí)器控制，依次啟動(dòng)各臺(tái)電機(jī)。

2.程序流程圖說明

首先 PLC 上電初始化，然后按下啟動(dòng)按鈕（X0），M1 電機(jī)先啟動(dòng)，然后每隔25s啟動(dòng)M2、M3、M4電機(jī)，最后啟動(dòng)電磁閥。當(dāng)需要電機(jī)停止工作時(shí)，只需要按下按鈕（X1），電磁閥立即停止進(jìn)料工作，以免繼續(xù)送料，接著通過每隔 25s停止M4、M3、M2、M1電機(jī)。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，按下故障按鈕（每臺(tái)電機(jī)都有故障按鈕），這臺(tái)電機(jī)以及此電機(jī)之前的電機(jī)馬上停止工作，在通過25s定時(shí)器停止后面的電機(jī)。

3.物料運(yùn)輸原理

第一，這個(gè)系統(tǒng)有兩種工作方式：（1）可自己循環(huán)控制。如，通電后，按下啟動(dòng)按鈕X0，運(yùn)輸帶待命啟動(dòng)，當(dāng)送料車到位碰到行程開關(guān)時(shí)，一號(hào)電機(jī)M1啟動(dòng)；25s后，二號(hào)電機(jī)M2啟動(dòng)；25s后，三號(hào)電機(jī)M3啟動(dòng)；25s后，四號(hào)電機(jī)M4啟動(dòng)；25s后，電磁閥YB打開。停止時(shí)，按下停止按鈕X1，電磁閥YB關(guān)閉；25s后，四號(hào)電機(jī)M4停止；25s后，三號(hào)電機(jī)M3停止；25s后，二號(hào)電機(jī)M2停止；25s后，一號(hào)電機(jī)M1停止。送料車離開，當(dāng)送料車再次回來碰到行程開關(guān)時(shí)，會(huì)自動(dòng)一號(hào)電機(jī)M1啟動(dòng)，動(dòng)作與上相同。（2）可一次循環(huán)控制，如，通電后，先打推動(dòng)選擇開關(guān)，再按下啟動(dòng)按鈕X0，運(yùn)輸帶待命啟動(dòng)，當(dāng)送料車到位碰到行程開關(guān)時(shí)，一號(hào)電機(jī)M1啟動(dòng)；25s后，二號(hào)電機(jī)M2啟動(dòng)；25s后，三號(hào)電機(jī)M3啟動(dòng)；25s后，四號(hào)電機(jī)M4啟動(dòng)；25s后，電磁閥YB打開。停止時(shí)，按下停止按鈕X1，電磁閥YB關(guān)閉；25s后，四號(hào)電機(jī)M4停止；25s后，三號(hào)電機(jī)M3停止；25s后，二號(hào)電機(jī)M2停止；25s后，一號(hào)電機(jī)M1停止。送料車離開，當(dāng)送料車再次回來碰到行程開關(guān)時(shí)，運(yùn)輸機(jī)不會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。若要啟動(dòng)只能再一次按下啟動(dòng)按鈕X0一號(hào)電機(jī)才能啟動(dòng)。

第二，每臺(tái)電機(jī)都用一按鈕為假設(shè)故障，當(dāng)某一臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，按下停止按鈕后，在它后面的電機(jī)會(huì)立即停止，前面的電機(jī)按25s的順序停止。如，三號(hào)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，按下停止按鈕，三、四號(hào)電機(jī)和電磁閥立即停止，25s后，二號(hào)電機(jī)停止，25s后，一號(hào)電機(jī)停止。

四 總結(jié)

筆者六年的工作時(shí)間，對(duì)PLC從認(rèn)識(shí)到了解，再從了解到掌握應(yīng)用，花了很多時(shí)間也得到了領(lǐng)導(dǎo)和同事的支持，所以成長比較快，但是知識(shí)在不斷更新，我不能就此止步，在設(shè)計(jì)過程中，系里其他老師豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)給我提供好編程方面的幫助，使我在本次設(shè)計(jì)中受益匪淺，在這里，感謝所有關(guān)心我、支持我、幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)和同事。

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〔責(zé)任編輯：高照〕