皮帶運(yùn)輸機(jī)是一種輸送粒狀、塊狀和散裝等物料和成件貨物的有牽引件的連續(xù)設(shè)備，它主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和加工中。特別是在露天礦山開采的礦石運(yùn)輸中起著十分重要的作用。皮帶運(yùn)輸機(jī)在生產(chǎn)過程中可能會(huì)由于經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)聯(lián)軸器斷開、劃傷、過載、打滑、斷帶等現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，甚至可能發(fā)生生產(chǎn)事故。所以，有必要研究一種多功能實(shí)時(shí)在線的皮帶運(yùn)輸機(jī)故障檢測系統(tǒng)，在皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行工作過程中對其實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測，同時(shí)還可以進(jìn)行自動(dòng)檢測以及對聲、光預(yù)普和報(bào)告。可以確保在皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，盡可能的減少皮帶運(yùn)輸機(jī)故障時(shí)帶來的各方面的損失和事故，提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的生產(chǎn)效率以及對皮帶運(yùn)輸機(jī)的管理水平和裝備水平，這對未來皮帶運(yùn)輸機(jī)的發(fā)展提供了適用價(jià)值，具有重大意義。

一、檢測方法和控制方案的確定

由于在礦石的輸送中，會(huì)產(chǎn)生聯(lián)軸器斷開、斷帶、過負(fù)荷、皮帶打滑等故障，采用轉(zhuǎn)矩傳感器進(jìn)行檢測。而針對皮帶的縱向撕裂選取縱撕開關(guān)，針對皮帶跑偏，選取跑偏開關(guān)。現(xiàn)場采用聲光報(bào)警，并且選用PLC作下位機(jī)的控制系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)作上位機(jī)。PLC接受電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞的測量信號，然后進(jìn)行信號處理，信號經(jīng)過處理再與設(shè)定值進(jìn)行比較，最后再送到上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行圖形和數(shù)據(jù)的顯示。輸出的結(jié)果再傳送回PLC，進(jìn)行信號變換，最后再傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)?？v撕開關(guān)與跑偏開關(guān)輸出的是數(shù)字信號，執(zhí)行相同的過程。當(dāng)電機(jī)輸出功率降為正常工作時(shí)輸出功率的45%時(shí)，將功率信號放大并整形，然后將其送至控制單元。當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，預(yù)警電路立即動(dòng)作，預(yù)警鈴聲響并發(fā)出預(yù)警燈亮，以提醒現(xiàn)場工作人員采取相應(yīng)的有效措施，使系統(tǒng)可以盡快地恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，有利于盡快恢復(fù)生產(chǎn)。如果所采取的措施沒有產(chǎn)生作用，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩會(huì)持續(xù)降低，當(dāng)電機(jī)輸出功率降為正常工作時(shí)輸出功率的35%時(shí)，報(bào)警電路會(huì)被觸發(fā)進(jìn)入到工作狀態(tài)中，預(yù)警鈴聲響并發(fā)出預(yù)警燈亮，這是，系統(tǒng)控制皮帶運(yùn)輸機(jī)停止工作，并同時(shí)控制觸點(diǎn)切斷電振給礦機(jī)電源，停止給礦。當(dāng)電機(jī)輸出功率超出正常工作時(shí)輸出功率的135%時(shí)，信號送到控制單元，這時(shí)預(yù)警電路動(dòng)作，預(yù)警鈴聲響并發(fā)出預(yù)警燈亮。當(dāng)電機(jī)輸出功率超出正常工作時(shí)輸出功率的150%時(shí)，將觸發(fā)報(bào)警電路，切斷電機(jī)電源，停止給礦。

二、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

皮帶運(yùn)輸機(jī)檢測系統(tǒng)要求對聯(lián)軸器斷開、縱撕、跑偏、皮帶的打滑、斷帶、過載、進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測，同時(shí)控制電機(jī)的啟停和現(xiàn)場報(bào)警?？删幊炭刂破魇且环N專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鳛榱诉m應(yīng)工作需要及工業(yè)環(huán)境，與一般的控制裝置相比，具有顯著的特點(diǎn)：（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；（2）通用性好，編程方便；（3）配置靈活，擴(kuò)充方便；（4）功耗低、重量輕、體積小、操作維護(hù)方便。根據(jù)控制需求，本系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC作為中央處理器。在皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制與監(jiān)控系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的啟停是由數(shù)字量所控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和力矩是由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測量而得到，PLC控制系統(tǒng)得到測得的信號然后進(jìn)行處理，計(jì)算出實(shí)際值，并將實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)實(shí)際工作情況，PLC的輸數(shù)字模塊會(huì)輸出數(shù)字量信號，來控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)停止，預(yù)報(bào)警電路運(yùn)行也是受PLC發(fā)出的數(shù)字信號控制。在整個(gè)控制過程中，主要包括8個(gè)數(shù)字量，分別是電機(jī)啟?？刂菩盘枺詣?dòng)手動(dòng)控制切換信號，緊急停止和故障信號指示燈等，除此之外還包括一組模擬量輸入信號，將此信號送入PLC的模擬量輸入模塊，再經(jīng)過PLC內(nèi)部的特殊處理，最后可以計(jì)算出皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小。所以根據(jù)系統(tǒng)的要求，選用EM231模塊，它有4路模擬量輸入接口，即可滿足系統(tǒng)的需求。PLC內(nèi)部經(jīng)過PID運(yùn)算以后，通過數(shù)字量輸出模塊，輸出開關(guān)量信號，去控制電機(jī)的啟停。

三、控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)功能概述。根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)功能給出控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件框架，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)應(yīng)用軟件框架

（2）輸入輸出端口的功能。皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制檢測系統(tǒng)所采用的傳感器采用的信號必須經(jīng)過PLC的A/D轉(zhuǎn)換，然后再送入到上位機(jī)中，所以該程序中需要不斷的訪問I/O端口，但是I/O端口的數(shù)據(jù)不能被VB直接讀取，此時(shí)可以采用調(diào)用DOS下的應(yīng)用程序和調(diào)用Windows下的動(dòng)態(tài)鏈接庫的方法進(jìn)行讀取。（3）數(shù)據(jù)的處理和分析模塊。MS Access數(shù)據(jù)內(nèi)存放皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，ADO被選作數(shù)據(jù)的訪問接口。歷史數(shù)據(jù)的復(fù)雜查詢可以通過利用VB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫操作功能來實(shí)現(xiàn)。查詢的實(shí)現(xiàn)主要是通過采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化的查詢語言SQL。查詢條件可以按照讀取的時(shí)間段加以區(qū)分，也可以根據(jù)厚度范圍和報(bào)警記錄來區(qū)分。同時(shí)系統(tǒng)可以由高級用戶直接設(shè)定SQL查詢語句的內(nèi)容以提高查詢的靈活性。（4）數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和輸出模塊。在本控制和檢測系統(tǒng)中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、分析、報(bào)表和繪制歷史曲線等，現(xiàn)場的重要數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)起來。在編程時(shí)，問題的關(guān)鍵是采用何種文件格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和如何實(shí)現(xiàn)用戶的自定義報(bào)表輸出等。采用隨機(jī)文件或數(shù)據(jù)庫文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)就可以。對于隨機(jī)文件格式，首先自定義數(shù)據(jù)類型，然后對自定義數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)用Put#…Seek#語句進(jìn)布到讀寫操作。但是，這種數(shù)據(jù)方式也存在缺點(diǎn)，在規(guī)模較小時(shí)，運(yùn)行速度上有很大優(yōu)勢，但對于一般的工業(yè)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)量一般都非常大，因此采用數(shù)據(jù)庫文件格式是非常必要的。本系統(tǒng)選擇Access數(shù)據(jù)庫（*.mdb）。Access是MS Office的標(biāo)準(zhǔn)組件之一，數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)十分方便，支持多種字段數(shù)據(jù)格式和結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL。

四、上位機(jī)和PLC的通信

在實(shí)際工作過程中，串行通訊接口RS485可以連接上位機(jī)與PLC。RS485接口芯片現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品等很多領(lǐng)域。RS485串行總線接口具有很強(qiáng)的抗共模干擾的能力，再加上總線收發(fā)器具有很高的靈敏度，能檢測到低至220mV的電壓，所以信號能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS85可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動(dòng)器和32臺接收器。上位機(jī)與PLC之間的通信采用直接存取的通信方式，彼此之間存在相互對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和控制區(qū)，不需要另外單獨(dú)編寫程序就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受，很大程度上簡化了程序的設(shè)計(jì)過程。在運(yùn)行過程中，觸摸屏自動(dòng)地把觸摸屏面板所需要的數(shù)據(jù)向PLC發(fā)出請求，并接受數(shù)據(jù)，同時(shí)觸摸屏自動(dòng)地把觸摸鍵的操作輸入送給PLC。

參 考 文 獻(xiàn)

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