杜惠娜，趙紅鳴

（鶴壁汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458000）

基于S7-300PLC的膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

S7-300PLC based design of belt machine centralized control system

杜惠娜，趙紅鳴

（鶴壁汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458000）

為了滿(mǎn)足工礦行業(yè)對(duì)多條膠帶運(yùn)輸機(jī)集中控制的要求，設(shè)計(jì)了一套基于S7-300型PLC的集中控制系統(tǒng)，本文以煤礦原煤運(yùn)輸為例，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)配置。實(shí)際應(yīng)用中證明，該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了顆粒運(yùn)輸行業(yè)的多條膠帶機(jī)集中控制的目標(biāo)，運(yùn)行可靠，安全穩(wěn)定。

PLC ；自動(dòng)控制；膠帶運(yùn)輸機(jī)；集中控制；WINCC

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，傳統(tǒng)的膠帶運(yùn)輸機(jī)的控制已經(jīng)滿(mǎn)足不了現(xiàn)代工業(yè)的集約化，智能化的需求，在大多數(shù)煤礦中，需要多條膠帶運(yùn)輸機(jī)組合，成為一條完整的運(yùn)輸線，整條運(yùn)輸線每條皮帶都需要安排司機(jī)，進(jìn)行開(kāi)停膠帶機(jī)，掌握膠帶運(yùn)輸情況。近年來(lái)，以S7-300為控制核心的集中控制系統(tǒng)越來(lái)越受到業(yè)者的關(guān)注，它具備I/O點(diǎn)數(shù)多，控制程序靈活，安全性高，且穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。為此設(shè)計(jì)了一套基于S7-300系列PLC為核心的膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)主要由膠帶機(jī)設(shè)備系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)構(gòu)成。

1.1 膠帶機(jī)設(shè)備系統(tǒng)

膠帶機(jī)設(shè)備系統(tǒng)是本文控制系統(tǒng)的主體，它由多條膠帶機(jī)搭接而成，每條皮帶機(jī)由機(jī)頭卸載部分，機(jī)尾裝載部分，驅(qū)動(dòng)部分和張緊部分構(gòu)成。

1.2 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，傳感器數(shù)據(jù)和動(dòng)作的采集，各種動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，以圖形動(dòng)畫(huà)的形式現(xiàn)實(shí)給集中控制站的操作人員，并具備故障分析，事件記錄，曲線趨勢(shì)圖分析，報(bào)表打印等功能。

1.3 集中控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的串行口數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線，選用S7-300行PLC構(gòu)建硬冗余系統(tǒng)，配合低壓電氣開(kāi)關(guān)，膠帶機(jī)保護(hù)傳感器等設(shè)備，構(gòu)成一套監(jiān)控，保護(hù)齊全的集中控制系統(tǒng)，解決膠帶機(jī)必須人員就地操作的問(wèn)題。

2 集中系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PLC的核心CPU選用了兩套CPU-315-2DP型PLC，此款PLC的功能滿(mǎn)足要求，且穩(wěn)定性好，配合300PLC的程序進(jìn)行軟冗余切換，使系統(tǒng)故障停機(jī)的可能性降到最小。

選用IM153-2高性能借口模塊，用于在冗余PLC站的下行，組態(tài)拓展機(jī)架上的I/O模塊

選用SM321/322數(shù)字輸入/輸出模塊；選用SM331模擬量輸入模塊。具體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1。

2.2 冗余網(wǎng)絡(luò)配置

圖1 PLC硬件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

由于煤礦原煤生產(chǎn)的重要性，不能長(zhǎng)時(shí)間的故障停機(jī)，本文設(shè)計(jì)了高度冗余的系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)采用軟冗余，使用西門(mén)子的WINCC，并配置WINCC Redundancy 功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的故障熱切換，如圖2。

圖2 控制系統(tǒng)的冗余網(wǎng)絡(luò)配置

2.3 程序編寫(xiě)

按照工藝流程，以邏輯圖作為軟件編程基礎(chǔ)。分別在主站和備站配置相同的自動(dòng)控制程序，并在主站和備站分別配置冗余控制字，使任意控制站在進(jìn)入故障程序執(zhí)行錯(cuò)誤時(shí)，進(jìn)行硬件電源硬切換，將故障站斷電，將備用站上電，從而實(shí)現(xiàn)軟件程序的冗余，程序編寫(xiě)主要由開(kāi)停控制塊、保護(hù)程序塊，數(shù)據(jù)采集/轉(zhuǎn)換塊，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)塊、冗余功能塊和數(shù)據(jù)歸檔區(qū)構(gòu)成。大致的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.4 計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件采用WINCC為平臺(tái)開(kāi)發(fā)，此款平臺(tái)具備S7-300PLC的通訊驅(qū)動(dòng)，無(wú)需二次開(kāi)發(fā)，且具備常用的數(shù)據(jù)歸檔控件，事件記錄控件和曲線控件，打印控件等，可縮短開(kāi)發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)整個(gè)集控系統(tǒng)良好的人機(jī)交互。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分別對(duì)PLC和計(jì)算機(jī)進(jìn)行了冗余，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在實(shí)際使用過(guò)程中，運(yùn)行良好，沒(méi)有發(fā)生過(guò)由于PLC新系統(tǒng)產(chǎn)生故障引起的停機(jī)。

同時(shí)，系統(tǒng)具備的智能化的控制流程，良好的故障分析記錄功能，生產(chǎn)報(bào)表打印記錄功能，節(jié)約了人力成本減輕了工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，極大的提高了生產(chǎn)效率，提高了企業(yè)的自動(dòng)化水平。

[1] 王桂榮.機(jī)械故障診斷技術(shù)簡(jiǎn)介[J].電站設(shè)備自動(dòng)化，2006，(04) .

[2] 國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部.機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告(2011~2020)[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[3] 楊彥利.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷工程師輔助分析系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[D]. 大連交通大學(xué)，2005 .

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圖3 部分PLC程序塊結(jié)構(gòu)視圖

TP27

1009-797X (2015) 24-0192-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.078

杜惠娜（1989-），女，助教，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)殡姎饪刂萍夹g(shù)。

2015-11-9