基于PLC和組態軟件的皮帶運輸機控制系統設計

董德杰

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

關鍵詞：皮帶運輸機；控制系統；PLC；組態軟件

中圖分類號：TP273.5；TH222 文獻標識碼：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、物料運輸量大的優點，其作為物料搬運機械在現代工業生產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、設備火災等常見故障，對工業生產造成嚴重危害。

本文主要通過下位機PLC和上位機組態軟件對皮帶運輸機控制系統進行設計。系統使用急停開關保障設備的緊急停機，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的火災檢測，使用接近開關防止皮帶打滑。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。系統選用兩臺三相異步電動機和一對齒輪實現速度的傳遞。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王軟件完成系統的實時在線監控、故障報警等功能。

1 皮帶運輸機控制系統硬件電路

在皮帶運輸機工作過程中，當現場出現突發狀況時，需要設備緊急停車，以確保現場工作人員及設備安全。系統選用上海東升儀表有限公司的SPS-ZD系列急停開關作為保護器件，該開關觸點容量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中常見的故障，如不能及時發現及處理，將成為很大的安全隱患。系統選用北京市博達昌正科技發展有限公司的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，環境溫度-25～85 C°，響應時間150 ms，距離系數8∶1，工作電源DC 24 V。

系統長時間工作會導致防滑膠嚴重磨損，天氣潮濕時會導致滾筒表面摩擦系數降低，這些都會使系統出現皮帶打滑現象。系統選用上海東升儀表有限公司的E2RF7413系列接近開關，該開關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斷。在皮帶運輸機的機架上安裝一個傳感器，滾筒的軸每轉一周，速度傳感器就接收一個脈沖信號，根據每秒內傳感器接收到的脈沖信號數可以算出從動滾筒的速度，因此，根據滾筒軸端速度傳感器每秒接收到的脈沖信號數，即可測出皮帶的打滑程度。

在皮帶發生著火的事故中，主要是由于滾筒停轉或滾筒在皮帶表面打滑而導致滾筒溫度升高甚至著火。系統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，該傳感器工作環境溫度為-10～50 C°，報警工作電流為10～30 mA。

系統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，在電機的轉軸和皮帶機架滾軸連接處安裝一對齒輪，實現速度的傳遞。

系統選用西門子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通過因特網進行編程、診斷和遠程組態。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。系統控制回路接線圖如圖1所示，PLC內部接線圖如圖2所示。

2 皮帶運輸機控制系統軟件設計

系統軟件采用西門子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（數字量輸入）和DO（數字量輸出）。系統的PLC接線圖如圖3所示，皮帶啟動流程如圖4所示。

3 上位機設計

上位機設計主要使用北京亞控科技有限公司的組態王軟件實現。系統有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。系統運行時，點擊過程畫面按鈕窗口按鈕箱上相應的按鈕以實現相應的皮帶機的啟動，這時指示燈窗口實時顯示按鈕狀態，故障窗口在設備運行發生故障時進行相應的故障報警；趨勢畫面可實時顯示溫度和速度曲線；當溫度和速度超過系統預設值時，報警畫面發出相應的報警信息。

4 結論

基于PLC和組態軟件的皮帶運輸機控制系統運行過程中，當出現皮帶滾筒過熱、皮帶打滑、設備火災等故障時，系統相應的傳感器發生動作，將故障信號傳送到PLC中，通過PLC實現皮帶停機保護，同時上位機中也會實時顯示相應的故障類型，從而實現對系統的保護。

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