基于PLC和MCGS的帶式輸送機監控系統模型的設計

梁波，田亞立

（寧夏工業職業學院，寧夏銀川，750021）

0 引言

帶式輸送機是煤礦最主要的高效連接運輸設備，具有長距離、大運量、連續輸送且運行可靠，易于實現自動化、集中化控制等優點[1]。本文結合工程實際，設計了一套基于PLC 和MCGS 的帶式輸送機控制系統，以由S7-200PLC和MM420控制兩條皮帶，現場配備跑偏、撕裂、煤位等八大保護裝置，由觸摸屏作為上位機，設計出監控系統。該系統模型運行穩定可靠，應用到教學中，節約成本，占地少，小投資高回報，使用靈活，利于學生自主學習，提高實驗安全。

1 系統結構和控制過程

1.1 系統結構

系統的總體構成框圖如圖1所示,該系統采用西門子S7-200 PLC 作為主控制器。通過PLC輸出的數字信號控制兩臺西門子MM420變頻器，再由這兩臺變頻器分別驅動1號機和2號機帶式輸送機的電機。PLC同時接收來自現場的跑偏傳感器、速度傳感器、煤位傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、撕裂傳感器、張力傳感器等傳送來的信號，分析并處理。采用觸摸屏可觀測到帶式輸送機的運行狀況，并可實現對帶式輸送機的啟停和參數設置。

1.2 控制過程

該系統控制要求有輸送帶聯鎖啟動時，2號帶式輸送機、1號帶式輸送機的順序啟動，啟動前有1min的聲光報警，1min后，2號帶式輸送機先啟動，10s后1號帶式輸送機啟動，系統啟動期間要有聲光報警，起到警示作用；系統聯鎖停止時，按照1號帶式輸送機先停，10s后2號帶式輸送機停止。每條帶式輸送機可以獨立啟、停；觸摸屏主控界面可以實時監測皮帶運行情況及故障報警。保護控制有跑偏、速度、煤位、溫度、煙霧保護等八大保護。

圖1 系統結構圖

2 系統的硬件設計

通過分析控制要求，該系統需要22個輸入點和13個輸出點，選用西門子S7-200系列的CPU226 作為控制器，滿足設計要求。I/O 分配如表1 所示。

表1 I/O分配表

變頻器選用西門子MM420變頻器。上位機選用北京昆侖通態觸摸屏。電動機選用型號為YB2-132M1-6 三相異步電動機。

3 系統的軟件設計

系統的軟件設計通過西門子V4.0 STEP 7 Micro/WIN SP6 軟件按照控制要求編寫梯形圖實現。編程采用模塊化程序結構，使程序修改方便，便于調試。編譯無誤的程序下載到PLC中進行現場調試。

3.1 系統控制程序設計

系統控制程序主要是對兩條帶式輸送機的啟停控制。控制程序流程如圖2所示。當按下聯鎖啟動按鈕后，系統會發出聲光報警，提醒工作人員已準備開啟帶式輸送機系統，兩條皮帶會按照控制要求逆序啟動，其中的間隔時間可更改。當需要聯鎖停止時，按下聯鎖停止按鈕，系統發出聲光報警，兩條皮帶按照控制要求順序停止。需要獨立啟停某條帶式輸送機時，可單獨操作相應的啟停按鈕即可。

3.2 系統保護程序設計

帶式輸送機控制系統具有跑偏、速度、煤位、溫度、超溫自動灑水、煙霧、撕裂、斷帶保護控制。

3.2.1 跑偏保護

跑偏保護是對帶式輸送機的輸送帶的跑偏情況進行監控。本系統使用礦用GEJ30/GEJ45型跑偏傳感器，該傳感器輸出開關量，有一對常開觸點，接點容量為DC24V/0.3A。該皮帶發生跑偏故障時，跑偏皮帶使得傳感器上的探桿發生轉動，當探桿轉動到一定角度時，其內的常開觸點閉合，PLC接收到信號后，及時進行故障處理。故障處理后，傳感器的探桿自動恢復原位。跑偏傳感器分別安裝在帶式輸送機的頭部、尾部，只要出現跑偏情況，跑偏傳感器會及時將獲取的信號傳送給PLC，PLC及時進行處理。

圖2 控制程序流程圖

3.2.2 速度保護和控制

（1）啟動停止時速度保護：當啟停帶式輸送機時，電動機需要平滑的轉速，以保證輸送帶的平穩啟停，及整個帶式輸送機系統的穩定性。本系統的兩條帶式輸送機分別用兩臺變頻器控制啟、停速度。變頻器調速實現了無極調速,還能達到節能的效果。

（2）運行中的速度保護和控制：本系統采用GSH5（A）礦用速度傳感器測量帶式輸送機需要測試點的速度，當被測速度不符合額定值時向PLC傳送信號。當所測速度10s內均在額定速度的50%--70%之間時，輸出信號由1Hz頻率信號轉為高電平狀態。當所測速度小于額定速度的50%時，輸出信號瞬間發生變化，由1Hz頻率信號轉為高電平狀態。當所測速度大于等于額定速度的110%時，輸出信號瞬間發生變化，由1Hz頻率信號轉為高電平狀態。

3.2.3 煤位保護

煤位保護對帶式輸送機輸送帶的卸煤點的煤位進行監控。當卸煤點的煤發生堆積時，煤位超出設定位置并保持一段時間時，煤位傳感器將信號傳送至PLC，進行實時保護。本系統采用GUJ30型堆煤傳感器，該傳感器輸出開關量，有一對常開觸點。當發生堆煤時，傳感器的探桿被煤推移發生偏轉，當偏轉到一定角度時，其內常開觸點閉合，滿煤指示燈亮，PLC接收到信號后及時處理，實現堆煤保護。

3.2.4 溫度保護

帶式輸送機運行過程中，驅動滾筒和皮帶會因摩擦產生高溫，采用溫度傳感器對該點進行檢測。本系統采用GWD42（A）溫度傳感器，該傳感器是對帶式輸送機被檢測處的溫度進行非接觸式測量，當被測溫度超過設定值時，其常開觸點閉合，將信號傳至PLC，PLC進行處理。

3.2.5 超溫自動灑水

自動灑水裝置用于皮帶在驅動滾筒上打滑，使皮帶與驅動滾筒摩擦，溫度超過設定值時，溫度傳感器給PLC給信號，PLC立即開啟自動灑水裝置，進行灑水降溫。

3.2.6 煙霧保護

煙霧保護是對皮帶因摩擦、電纜絕緣老化、煤層自燃等原因引起的火災起到預防作用。GQQ0.1礦用煙霧傳感器是本系統選用的煙霧保護裝置，該傳感器輸出開關量，探頭元件為氣敏型，可靠靈活。當測得煙霧濃度≥0.1mg/m時，輸出低電平信號實現帶式輸送機煙霧保護。安裝在帶式輸送機電機旁易發熱處。

3.2.7 撕裂保護

撕裂保護是對帶式輸送機的輸送帶是否撕裂進行監控。GVD300撕裂傳感器作為本系統采集皮帶是否撕裂的裝置。該傳感器采用壓敏式原理，輸出開光量。PLC的輸入端接入撕裂傳感器的兩根引出線。皮帶沒有撕裂的情況時，傳感器處于斷開狀態。當皮帶撕裂，有煤約1200g落入傳感器上，導點橡膠使鍵盤兩根引線短路，輸出低電平信號給PLC，PLC進行處理，切斷皮帶機電源,實現撕帶保護，同時發出語言報警信號，防止事故擴大。

3.2.8 斷帶保護

斷帶保護是對輸送帶張緊程度的保護。當張力傳感器檢測到輸送帶過松或過緊，超過設定值時，會將信號傳至PLC，PLC啟動報警，并停止帶式輸送機的運行。

4 系統監控設計

本系統選用北京昆侖通態觸摸屏，替代了傳統控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器，完成對系統硬件各種故障的診斷、報警、數字設定、數據顯示等。它具有體積變小，幾乎不占空間，連線簡單化的優點。觸摸屏采用PROFIBUS -DP與PLC進行通訊。

主監控畫面中放置有兩條帶式輸送機、各種控制按鈕、帶式輸送機八大保護指示燈。輸送帶報警系統的監控畫面可根據報警的類型與方式組態，如圖3所示。

圖3 主監控畫面

5 結束語

通過結合PLC和觸摸屏技術，使該系統能夠對帶式輸送機實現控制和保護，并能達到實時監測。該模型解決了教學中帶式輸送機設備占地面積大，成本高的問題，使學生易于掌握帶式輸送機電氣控制系統的PLC技術與MCGS技術的綜合應用。