摘 要：從管、皮帶運輸機驅(qū)動控制，PLC系統(tǒng)，控制邏輯，保護元件動作要求和數(shù)據(jù)監(jiān)控等方面；介紹基于PLC的管、皮帶運輸機的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：管、皮帶運輸機驅(qū)動控制；PLC控制系統(tǒng)；保護裝置

1 前言

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和社會進步，生產(chǎn)過程中人們更加注重環(huán)保、效率。管、皮帶運輸機作為一種高效、環(huán)保的大宗物料運載工具，順應(yīng)和符合時代發(fā)展的要求，在礦山、碼頭、化工、冶煉、電站等眾多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用；促使管、皮帶運輸行業(yè)得到飛速的發(fā)展。針對建設(shè)單位的實際控制要求和需要出發(fā)，本著構(gòu)建一套精簡、安全、可靠的控制系統(tǒng)為原則；分別對管、皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的設(shè)計、應(yīng)用做了詳細介紹，對控制邏輯做了較多說明；確保設(shè)計出的電氣控制系統(tǒng)安全、可靠、適用；為用戶長期、高效、安全生產(chǎn)提供可靠保障。

2 管、皮帶運輸機系統(tǒng)構(gòu)成及電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

2.1 管、皮帶運輸機系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)用戶的具體要求和實際情況，由工藝專業(yè)確定管、皮帶運輸機的具體控制工藝架構(gòu)，電氣專業(yè)依據(jù)工藝專業(yè)制定的工藝控制目標設(shè)計出滿足要求的控制系統(tǒng)。一般管、皮帶運輸機控制系統(tǒng)如下圖所示的幾部分組成：

2.2 電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)用戶的工藝狀況和要求，電機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上一般分為單臺電機驅(qū)動、雙臺電機驅(qū)動和機頭、機尾多臺電機驅(qū)動幾種形式。根據(jù)用戶對生產(chǎn)系統(tǒng)控制要求的不同，控制模式有：

2.2.1 用戶恒速使用且對啟動電流不作要求的場合采用電機直接啟動開環(huán)控制的驅(qū)動控制方式。

2.2.2 用戶恒速使用，僅對啟動電流有要求的場合使用軟啟動器開環(huán)控制的驅(qū)動控制方式。

2.2.3 用戶需要調(diào)速控制或閉環(huán)控制的場合采用變頻器控制的驅(qū)動控制系統(tǒng)。

3 管、皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)

3.1 PLC控制系統(tǒng)介紹

管、皮帶運輸機電氣控制是以PLC為中心，將管、皮帶運輸機的所有保護裝置信號和外部聯(lián)鎖、控制信號接入PLC，經(jīng)過程序甄別判斷確認控制系統(tǒng)是否正常以及將執(zhí)行何種控制操作，同時對故障情況依據(jù)故障的等級發(fā)出告警或停車等操作。PLC自成獨立的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)上可以構(gòu)成多級操作模式；一般設(shè)計為現(xiàn)場操作、PLC操作、上位機（DCS）控制三級操作模式?，F(xiàn)場操作是由現(xiàn)場操作箱控制機器的啟、停（方便機器調(diào)試），操作箱設(shè)有現(xiàn)場、PLC控制轉(zhuǎn)換開關(guān)和啟動、停止等按鈕及狀態(tài)指示燈。當開關(guān)置于現(xiàn)場位置時，機器的正常啟、停由現(xiàn)場操作箱控制；當開關(guān)置于PLC位置時機器由PLC柜控制啟、停；同樣道理，PLC柜也設(shè)有一個控制選擇開關(guān)，分別設(shè)置本地（PLC操作）或遠控（DCS）操作。需要指出無論處于什么操作模式，只要機器保護裝置動作時PLC都會檢測并發(fā)出報警信號或停車指令。PLC可實時將機器的狀態(tài)和參數(shù)傳送給上位機，便于上位機監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)。PLC還負責(zé)電磁除鐵器、梨式卸料器、卸料小車等管、皮帶機附屬裝置的狀態(tài)監(jiān)測和控制。

3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

管、皮帶運輸機PLC除用戶指定品牌、型號外，我們一般選用西門子S7-200、S7-1200、S7-300的PLC。輸入、輸出作隔離保護設(shè)計，根據(jù)控制的管、皮帶運輸機數(shù)量和控制點多少來確定PLC型號及擴展模塊數(shù)量，設(shè)計時需要留有10-20%的端口余量。根據(jù)用戶是否需要作上位機控制確定是否設(shè)計通訊功能及確定通訊方式。PLC柜面板設(shè)計用于控制的操作按鈕和顯示運行狀態(tài)的各類指示燈；可根據(jù)控制點位多少確定報警及數(shù)據(jù)顯示方式：指示燈+儀表、文字面板、觸摸屏。PLC柜和現(xiàn)場操作箱都設(shè)計有帶自鎖功能的緊急停機按鈕，當任意一個緊急停機按鈕按下后，不對開關(guān)進行復(fù)位操作，管、皮帶運輸機不能啟動。

3.3 管、皮帶運輸機控制邏輯

當管、皮帶運輸機除打滑保護信號外的所有保護裝置信號為正常狀態(tài)時，表明機器自身系統(tǒng)已經(jīng)準備就緒（并對上位機發(fā)出準備就緒信號）；等待后續(xù)系統(tǒng)運行信號達到后機器就可以啟動。機器啟動時首先發(fā)出預(yù)警信號，通過管帶機沿途設(shè)置的報警器告知現(xiàn)場人員機器即將啟動，請現(xiàn)場人員注意，預(yù)警時間結(jié)束機器啟動運行。機器完成啟動過程后接入打滑保護信號并發(fā)出機器已運行信號至前端設(shè)備，通知允許其運行。運行時如遇故障情況，機器將報警或發(fā)出故障停機信號，并聯(lián)鎖前端設(shè)備停機。多條皮帶級聯(lián)運行時，開機順序為：先開末端設(shè)備，逐級向前啟動設(shè)備。停機順序為：先停前端設(shè)備，逐級向后停機。對于需要正、反雙向輸送控制的管、皮帶運輸機，因為正、反轉(zhuǎn)時控制流程倒置，要分清正、反向時前后端設(shè)備的控制邏輯。

3.4 管、皮帶運輸機監(jiān)控數(shù)據(jù)及上位機數(shù)據(jù)通訊

管、皮帶運輸機控制系統(tǒng)設(shè)計時將機器的電機三相電流、電機溫度、減速箱溫度及變頻器輸出功率等參數(shù)采集到PLC，作為對機器運行狀況進行監(jiān)測和保護依據(jù)。如果機器配備有文字面板或觸摸屏，這些參數(shù)可以實時顯示在文字面板上，或在觸摸屏設(shè)備的模擬畫面上監(jiān)視；也可以和機器運行狀態(tài)和保護裝置狀態(tài)開關(guān)量參數(shù)一起，打包成符合上位機通訊格式的數(shù)據(jù)包傳送給上位機。與上位機通訊一般采用：PROFIBUS DP、以太網(wǎng)、MODBUS等方式，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況和用戶要求確定。

3.5 管、皮帶運輸機保護元件及信號要求

3.5.1 管、皮帶運輸機相隔一段距離設(shè)置有拉繩保護開關(guān)，用于緊急情況停機保護。如果不帶地址碼，拉繩開關(guān)信號采用常閉觸點接入方式保護最可靠。

3.5.2 管、皮帶運輸機機頭、機尾及皮帶機沿途設(shè)置有兩級跑偏開關(guān)，檢測皮帶運行狀況，輕跑偏用于報警，重跑偏聯(lián)鎖停機。信號以常開觸點接入。

3.5.3 機尾進料口皮帶下面，設(shè)置有幾組用于檢測皮帶是否受到損傷的撕裂檢測器，皮帶被割裂馬上聯(lián)鎖停機。

3.5.4 機尾距進料口幾米的地方，皮帶上部設(shè)置有檢測皮帶上物料堆積量的料流檢測開關(guān)，防止物料過多導(dǎo)致爆管故障及物料流失。

3.5.5 機頭設(shè)置有用于速度檢測的打滑開關(guān)，用于檢測皮帶是否存在打滑。一般在變頻器控制的調(diào)速系統(tǒng)中，該開關(guān)可以設(shè)置兩組設(shè)定值，輕打滑用于高速控制，重打滑用于低速控制，由PLC根據(jù)輸出到變頻器的頻率來鑒別。

3.5.6 機頭下料處溜槽上，設(shè)置有檢測物料堆積的開關(guān)，用于防止發(fā)生后續(xù)設(shè)備故障引起的堵料事故。

3.5.7 對于前后級之間的聯(lián)鎖信號最好采用無源干觸點信號，正常狀態(tài)信號為常閉。這樣保護更可靠。

4 結(jié)束語

在設(shè)計時要充分考慮現(xiàn)場情況，做好信號干擾預(yù)防和信號的處理，程序設(shè)計時做到邏輯清晰、嚴密。這樣就能設(shè)計出穩(wěn)定、可靠的控制系統(tǒng)。

參考文獻

[1]皮壯行.可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實例[M].機械工業(yè)出版社，2000.10.

[2]龔欣榮.管狀帶式輸送機簡介.礦山機械，2000（8）.