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0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對生產(chǎn)效益的要求越來越高， 食品、保健品等行業(yè)對于皮帶機的運用有了新的要求，皮帶運輸機又稱帶式輸送機， 是一種連續(xù)運輸機械。結(jié)構(gòu)簡單，工作過程噪聲較小。隨著保健品社會需求不斷增加， 生產(chǎn)效力和需求的矛盾日益突出，已有的繼電器控制系統(tǒng)無法達(dá)到生產(chǎn)的需求， 因此根據(jù)不同的行業(yè)需求開發(fā)專用的皮帶集中控制系統(tǒng)是十分必要的。

采用可編程控制器（PLC ）控制系統(tǒng)有很多優(yōu)點。①可靠性高， 皮帶機裝置以 PLC 控制器為核心， 系統(tǒng)具備強抗干擾和高可靠性特點，并且可以用于惡劣的環(huán)境中工作。②配置靈活，PLC 在組態(tài)系統(tǒng)時就有極強的靈活性， 處理能力強， 當(dāng)控制要求發(fā)生變化時只需改變程序就可以了，因此能靈活的進(jìn)行系統(tǒng)配置組成不同的規(guī)模。③擴(kuò)展性強， PLC 具有很強的擴(kuò)網(wǎng)和組網(wǎng)的能力， 便于添加新的設(shè)備和皮帶控制，相比傳統(tǒng)的控制節(jié)省了大量財力和人力。

1 系統(tǒng)設(shè)計的意義

采用 PLC 對皮帶集中控制系統(tǒng)具有強大優(yōu)勢， 這些優(yōu)勢體現(xiàn)在：

（1 ） 高可靠性。由于工業(yè)生產(chǎn)過程是晝夜連續(xù)的，一般的生產(chǎn)裝置要幾個月甚至幾年就大修一次， 所以這就要求 PLC 具有較高的可靠性， 高可靠性是 PLC 的最突出特點之一。PLC 采用微電子技術(shù)， 所有 I/O 接口電路均采用光電隔離措施， 使作業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間在電氣上隔離。 大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體完成，另外還采用了屏蔽和抗干擾措施。它的平均故障間隔時間為 3 萬~5 萬 h。

（2 ） 豐富的 I/O 接口。 由于保健品生產(chǎn)控制機只是整個工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)中的控制中樞，為了實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的控制， 它還必須與各種工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備相連才能完成控制任務(wù)。因此， PLC 除了具有計算機的基本功能（如CPU 何存儲器 ）以外，還有豐富的 I/O 接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備（如按鈕、 行程開關(guān)、接近開關(guān)、 傳感器及變送器、 電磁線圈、 電動機啟動器和控制閥等 ） 直接相連。有些 PLC 還有通信模塊和特殊功能模塊等。

（3 ） 靈活性。有了 PLC， 電氣工程師不必為每套設(shè)備配置專用裝置。如果控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備采用相同的 PLC， 只需編寫不同的應(yīng)用軟件即可。而且可以用一臺 PLC 控制幾臺操作完全不同的設(shè)備。

（4 ） 采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，除單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 都采用模塊化的結(jié)構(gòu)。PLC 的各個部件均采用模塊化的設(shè)計， 由機架及電纜將各模塊連接起來。

（5 ） 模擬調(diào)試。PLC 能對所控功能在實驗室內(nèi)進(jìn)行模擬調(diào)試， 縮短在現(xiàn)場的調(diào)試時間。

（6 ） 對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)視。在 PLC 系統(tǒng)中，操作人員能通過顯示器觀測到所控每個節(jié)點的運行情況， 隨時監(jiān)視事故發(fā)生點。

2 系統(tǒng)的任務(wù)及要實現(xiàn)的主要功能

為了改變原有的繼電器在皮帶運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用，而采用現(xiàn)代化可編程控制器 PLC 進(jìn)行控制，進(jìn)行 S7-300 PLC 模塊選型和外部連線設(shè)計。為了使集控系統(tǒng)更加完善， 實現(xiàn)控制的可觀化、清晰化， 加入了觸摸屏設(shè)計。它可以實時顯示系統(tǒng)的運行情況和各種故障情況，進(jìn)行及時的報警顯示和記錄。進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計， 實現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后分析控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因，提出對應(yīng)抗干擾措施。采用可編程控制器 PLC 對皮帶集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：

（1 ） 智能控制：具有擬人的智力， 在環(huán)境條件變化時能自主地完成控制目標(biāo)的自動控制系統(tǒng)。

（2 ） 順序控制：按照規(guī)定的時間或邏輯的順序， 對某一工藝系統(tǒng)或主要輔機的多個終端控制元件進(jìn)行一系列操作的控制系統(tǒng)。

（3 ） 監(jiān)控：對裝備及系統(tǒng)的工作狀態(tài)不間斷地實時監(jiān)測， 并根據(jù)反饋信息自動對系統(tǒng)中異常部位實施相應(yīng)措施的閉合自動控制作用。

3 皮帶集中控制系統(tǒng)工藝控制要求

本系統(tǒng)有集中、就地、 檢修三種工作模式。一般系統(tǒng)運行在集控工作模式下，當(dāng)組成生產(chǎn)流水線時， 本機根據(jù)前后閉鎖關(guān)系自動啟停，同時檢測各檢測保護(hù)一般系統(tǒng)運行在集控工作模式下設(shè)備的狀況； 運行就地工作模式時，操作員手動操作按鈕啟動/停止皮帶機， 所有保護(hù)設(shè)備均投入使用； 運行檢修工作模式時， 操作員手動單臺啟動/停止皮帶， 保護(hù)設(shè)備可有選擇性的投入使用。在檢修模式下， 可將使皮帶低速運行。 工作方式的改變， 只有在皮帶輸送機不轉(zhuǎn)時進(jìn)行；皮帶輸送機運作時， 不能改變其工作方式。

（1 ） 程序設(shè)計中，報警停車等故障信號自動保持， 即一旦發(fā)出故障信號，即使經(jīng)維修后信號消失， 計算機內(nèi)仍保留信號故障狀態(tài)，這時復(fù)位指令可以清除故障保持信號。

（2 ） 皮帶輸送機按照逆流啟動，順流延時停車， 并具有閉鎖功能。

（3 ） 對設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實時報警，并進(jìn)行聲光提示， 系統(tǒng)狀態(tài)對位顯示， 更便于維護(hù)。

（4 ） 可與電視系統(tǒng)配合，實時監(jiān)視皮帶機重點部位運行情況， 以確保人員及設(shè)備的安全；具有喊話、 打點通訊功能， 基本實現(xiàn)無人值守。

（5 ） 皮帶運輸機就地控制箱上設(shè)啟停、起動預(yù)警按鈕， 設(shè)備啟動前發(fā)出預(yù)警信號， 提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備； 現(xiàn)場可隨時停車，若設(shè)備由集控啟動， 控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場停車信號后，可作急停處理，實施故障停車操作。

（6 ） 具有聯(lián)網(wǎng)功能，能與全礦井自動化監(jiān)控系統(tǒng)可靠的聯(lián)接、 實現(xiàn)全局監(jiān)控。

4 皮帶輸送機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

本次設(shè)計中需要集中控制的皮帶共有 7 條皮帶， 各皮帶分部較廣，現(xiàn)場控制點很分散， 并且現(xiàn)場環(huán)境很惡劣。所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用 PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線技術(shù)， 組成主從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 根據(jù)工藝流程規(guī)劃， 系統(tǒng)以 PLC 為控制主站， 以每條皮帶就地箱配備的遠(yuǎn)程 I/O ET200M 為從站， 共設(shè) 7 個從站，這樣就節(jié)約了大量的電纜等材料。本系統(tǒng)由集中控制臺、 PLC 控制柜、 觸摸屏、就地箱、 各種保護(hù)傳感器及執(zhí)行器組成。完成一個系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶多個設(shè)備全過程的控制、 監(jiān)測、 構(gòu)成一個完善的集中控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

5 膠帶輸送機控制系統(tǒng)硬件選型

5.1 PLC 硬件設(shè)計

SIMATIC S7-300 系列 PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個單獨模塊之間可以進(jìn)行單獨組合和擴(kuò)展， 從而使控制系統(tǒng)設(shè)計更加靈活滿足不同的應(yīng)用需求。編程器 PG 用來為 S7-300 PLC 編制程序， 使用編程電纜連接編程器和 CPU。通過 PROFIBUS 電纜可以實現(xiàn) S7-300 CPU 之間的通訊，以及與其他 SIMATIC S7PLC 進(jìn)行通訊。一根 PROFIBUS 總線電纜可以連接多個 S7-300。S7-300 PLC 的主要組成部分有導(dǎo)軌 （RACK ） 、中央處理單元模塊 （CPU ） 、電源模塊 （PS ） 、接口模塊 （IM ） 、功能模塊 （FM ） 、信號模塊（SM ）。它通過 MPI 網(wǎng)的接口直接與編程器 PG、 操作員面板 OP 和其它 S7PLC 相連。

5.2 外圍設(shè)備硬件選型

系統(tǒng)有以下幾部分組成：

（1 ） 恒速閉環(huán)控制系統(tǒng)。由速度反饋和負(fù)載電流反饋組成。異步電機通過逆變器反饋驅(qū)動變負(fù)載， PLC 控制逆變器的輸出。

（2 ） 變速開環(huán)控制系統(tǒng)。異步電機通過恒定的逆變器反饋驅(qū)動變負(fù)載。PLC 是沒有靈活性。

（3 ） 準(zhǔn)變速系統(tǒng)。由三相標(biāo)準(zhǔn)恒壓恒頻電源提供給異步電機來驅(qū)動變負(fù)載。閉環(huán)系統(tǒng)。

（4 ） 去掉速度和負(fù)載反饋可得到開環(huán)系統(tǒng)。另一方面，如果整個控制系統(tǒng)是迂回的， 系統(tǒng)可以實現(xiàn)。

控制系統(tǒng)是為測試轉(zhuǎn)子損壞的異步電機而設(shè)計的，異步電機驅(qū)動作為變動負(fù)載的直流電機。三相電源和三相主開關(guān)聯(lián)接， 再和可以保護(hù)防止過電流的三相熱繼電器相連。繼電器輸出連接整流器， 整流器調(diào)整三相電壓， 并且給 IGBT 逆變器提供直流輸入。

6 結(jié)束語

基于 PLC 的皮帶運輸系統(tǒng)是分布復(fù)雜， 部件繁多， 且又要求運行協(xié)調(diào)一致的連續(xù)運輸系統(tǒng)。因此在皮帶運輸系統(tǒng)集中監(jiān)視和控制，保證皮帶的安全可靠運行， 提高運輸效率是很必要的。本系統(tǒng)設(shè)計是針對保健品生產(chǎn)廠的需求設(shè)計的，較為合理，操作簡單， 使用方便， 同時具備人機交流界面友好控制效果較好等特點， 使皮帶的運行更加安全，更加可靠。

 

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