馬松 肖強(qiáng) 袁程野 吳姍姍

摘 要：本系統(tǒng)以PLC為核心，利用張力傳感器對(duì)系統(tǒng)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶的張緊控制。其間采用PID控制算法對(duì)采集的壓力值進(jìn)行參數(shù)整定，實(shí)現(xiàn)張緊力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)設(shè)置故障報(bào)警提醒，便于操作者對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：PLC;液壓系統(tǒng);PID控制

Abstract： The system takes PLC as the core， and uses the tension sensor to adjust the pressure of the system to achieve the tension control of the conveyor belt. During this period， the PID control algorithm is used to set the parameters of the collected pressure value to realize the automatic adjustment of the tension， and the fault alarm reminder is set at the same time to facilitate the operator to monitor the system in real time.

Keywords： PLC;hydraulic system;PID control

目前，帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于電力、煤礦等領(lǐng)域。帶式輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送、大批量輸送，物料裝卸方便，與其他輸送設(shè)備相比，帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠，成本低，壽命長，性能穩(wěn)定[1-3]。常規(guī)輸送帶張緊系統(tǒng)在輸送長度變化較大時(shí)容易出現(xiàn)問題，已經(jīng)不能有效解決輸送機(jī)輸送帶存在的問題，影響輸送機(jī)的正常使用。

本文以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)我國輸送機(jī)發(fā)展情況和要求，研發(fā)出新型液壓張緊電氣控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用PID控制技術(shù)和可編程控制技術(shù)，為了自動(dòng)調(diào)節(jié)張力，輸送機(jī)啟動(dòng)階段，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提供很大的張緊力（約為設(shè)定值1.5倍），輸送機(jī)正常工作時(shí)，張緊力變小。這樣可以為輸送帶提供正常的張緊力，防止輸送帶啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)打滑和在正常工作時(shí)出現(xiàn)過度張緊，延長輸送機(jī)壽命[4-6]。本系統(tǒng)提出的新型液壓張緊電氣控制系統(tǒng)具有運(yùn)行安全可靠、張緊行程大、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，還可以根據(jù)實(shí)際工作情況對(duì)輸送帶的張緊力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)工作原理

在帶式輸送機(jī)中，液壓張緊電氣控制系統(tǒng)在工作時(shí)存在兩個(gè)階段，即啟動(dòng)階段和穩(wěn)定運(yùn)行階段。如圖1所示，啟動(dòng)階段，當(dāng)輸送帶的張緊力達(dá)到啟動(dòng)要求時(shí)，輸送機(jī)將會(huì)發(fā)出信號(hào)給PLC，PLC會(huì)執(zhí)行命令，通知帶式輸送機(jī)開始啟動(dòng)。若張緊力沒有達(dá)到輸送帶的啟動(dòng)要求，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)油泵電機(jī)和電磁閥，液壓系統(tǒng)會(huì)調(diào)節(jié)張力值，直到達(dá)到輸送帶的啟動(dòng)張緊力。在帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的過程中，液壓張緊電氣控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)采集輸送帶的張緊力數(shù)據(jù)，當(dāng)張緊力減小到正常張緊力的下限或大于正常張緊力的上限時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)油泵電機(jī)來調(diào)節(jié)張緊力，使其達(dá)到輸送帶正常張緊力。

1.2 液壓系統(tǒng)部分

系統(tǒng)啟動(dòng)后，輸送帶開始工作，通過壓力傳感器檢測(cè)輸送帶的壓力。當(dāng)壓力為0.9～1.1倍時(shí)，三位四通O型電磁換向閥不動(dòng)作，三位四通O型電磁換向閥處于中位，油路不工作。當(dāng)壓力傳感器感受壓力小于0.9倍時(shí)，液壓泵工作，三位四通O型電磁換向閥在左位工作，液壓缸向前運(yùn)動(dòng)并使輸送帶繃緊，壓力傳感器感應(yīng)壓力信號(hào)經(jīng)PLC控制電磁閥。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定范圍時(shí)，三位四通O型電磁換向閥處于中間位置，此時(shí)回路中依靠蓄能器維持壓力恒定，使回路中壓力保持在一定范圍，當(dāng)蓄能器中蓄能不足以保證壓力之后，壓力逐漸變小，當(dāng)壓力小于0.9倍時(shí)重復(fù)上述循環(huán)。當(dāng)壓力大于1.1倍時(shí)，液壓泵不工作，三位四通O型電磁換向閥在右位工作，單桿活塞液壓缸內(nèi)液壓油經(jīng)回路流回油箱卸荷（由壓力作用提供動(dòng)力），輸送帶由緊變松，當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，三位四通O型電磁換向閥在中間位置工作，使輸送帶松緊程度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

液壓系統(tǒng)組成如圖2所示。單向閥使油路只能單向流動(dòng)，保證蓄能器和液壓缸正常工作。溢流閥可以確保油路中液壓油的油壓不至于過大，以至于損毀。油箱是為了供應(yīng)液壓油以及儲(chǔ)存溢流和回路的液壓油[7-10]。

1.3 電氣控制部分

如圖3所示，液壓張緊電氣控制系統(tǒng)的電氣控制部分以西門子S7-200PLC為核心，通過系統(tǒng)運(yùn)行的指令參數(shù)（起動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)等）來實(shí)現(xiàn)控制。張力傳感器采集的張力值將傳給模擬量輸入輸出模塊EM235，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后送到PLC中，根據(jù)輸送機(jī)控制臺(tái)發(fā)出的信號(hào)，PLC控制系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)定好的各項(xiàng)參數(shù)，通過程序控制完成對(duì)液壓系統(tǒng)的控制。由張力傳感器采集輸送帶張力值，將采集的數(shù)據(jù)反饋給PLC控制系統(tǒng)并與設(shè)定的張力值進(jìn)行比對(duì);通過壓力傳感器采集液壓系統(tǒng)中的油壓，與設(shè)定值進(jìn)行比較;根據(jù)上面采集的信號(hào)，對(duì)輸送帶進(jìn)行張緊控制。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程如圖4所示。在自動(dòng)狀態(tài)下，若系統(tǒng)張力值達(dá)到1.5倍，直接給皮帶機(jī)信號(hào)啟動(dòng);若系統(tǒng)張力值沒達(dá)到1.5倍，啟動(dòng)油泵和電磁閥，直到張力值達(dá)到1.5倍，給皮帶機(jī)信號(hào)，延遲后，停止油泵和電磁閥，皮帶機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行中;若張力值處于0.9～1.1倍內(nèi)，油泵和電磁閥不會(huì)動(dòng)作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié);若張力值小于0.9倍、大于下限保護(hù)值，油泵將啟動(dòng)使張力值達(dá)到1.1倍，油泵停止;若張力值大于1.1倍、小于上限保護(hù)值，返回，穩(wěn)定運(yùn)行;若張力值大于上限值或者小于下限保護(hù)值，系統(tǒng)將停機(jī)。

2.2 數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)

2.2.1 PID算法。連續(xù)系統(tǒng)PID控制是最成熟的技術(shù)，也是最常見的調(diào)節(jié)模式。在PID控制系統(tǒng)中，根據(jù)一定的比例，進(jìn)行積分和微分控制量運(yùn)算，可以得到管理控制，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。PID控制器可以通過一定比例進(jìn)行單元（P）、積分控制單元（I）和微分單元（D）構(gòu)成[2]。輸入端[e（t）]和輸出[u（t）]的系統(tǒng)之間的關(guān)系為：

2.2.2 數(shù)據(jù)處理流程。如圖6所示，系統(tǒng)開始運(yùn)行后，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行采樣，利用PID算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，處理完畢后將數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC。

3 結(jié)論

該系統(tǒng)最終可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)輸送帶張緊力的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，利用PID算法對(duì)張力值進(jìn)行參數(shù)整定，自動(dòng)調(diào)節(jié)張緊力。該系統(tǒng)還設(shè)置故障報(bào)警提醒功能，便于操作者對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。與現(xiàn)有的液壓張緊電氣控制系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)利用PID算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使數(shù)據(jù)的精確度增加，以便根據(jù)輸送帶的運(yùn)行情況自動(dòng)調(diào)整張緊力，使其保持穩(wěn)定，延長帶式輸送機(jī)的壽命，保證帶式輸送機(jī)的有效運(yùn)行。

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