國能珠海港務有限公司 馬林英

在相關工業(yè)生產中皮帶運輸系統是其重要的組成部分，能夠對煤炭以及礦石等散貨進行有效輸送。但在實際運行過程中，該系統很容易受到外界環(huán)境的干擾和影響，如皮帶工作負荷增加，加大電力消耗和機械磨損等。因此為提高資源利用效率，應注重實施節(jié)能控制。而PLC 作為當前比較先進的控制技術，合理進行設計應用有利于構建完整、高效的皮帶輸送節(jié)能控制系統，優(yōu)化設備產能，降低總成本。

在礦產開發(fā)、金屬冶煉以及電力、港口等產業(yè)中，皮帶輸送系統的利用效率相對較高，通過多個皮帶輸送裝置相互配合實現對物料的有效傳送。不過在實踐運用環(huán)節(jié)，皮帶輸送系統經常會受到工況變化的影響，出現電機效率降低、能源浪費等問題。

1 PLC 工作原理

PLC 是指可編程邏輯控制器，相比于傳統的順序控制器能夠進行數字運算操作，在工業(yè)環(huán)境下可實現對內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計算操作等，對各種機械及生產過程起到控制管理作用。所以PLC 的實質是一種柔性控制系統的新型工控裝置，具有通用性、可靠性、功能完整性、能耗低、體積小、編程簡單等優(yōu)勢。

PLC 一般是采用循環(huán)掃描的工作方法，原理是在操作系統的控制下反復循環(huán)、連續(xù)的執(zhí)行某一程序，可在任一時刻執(zhí)行一條指令。當應用PLC 時如圖1所示。該結構是比較典型的PLC 控制系統，先為PLC 的輸入端子接入相應的設備，如按鈕、觸點或行程開關等，然后對輸出端子接入指示燈、電磁線圈、電磁閥等輸出設備。將已編程好的程序利用通訊接口傳輸到PLC 內部的存儲器中，如需進一步增強PLC 的功能，可借助擴展接口與相應的擴展設備相連接[1]。

圖1 PLC 控制系統結構框圖

2 PLC 在皮帶輸送系統節(jié)能控制中的設計應用

2.1 調速控制系統運行設計

當前PLC 在工業(yè)自動化領域具有廣泛的應用，具有良好的節(jié)能提效作用。因此在皮帶輸送系統的節(jié)能控制中應用PLC，能有效實現資源利用效率提高，優(yōu)化皮帶輸送性能。在此基礎上，結合現代技術發(fā)展趨勢以及皮帶輸送功能要求，可利用PLC 設計調速控制系統，即是將PLC 與皮帶輸送系統的變頻器相連接，有利于增強系統通信能力，提高可擴展性，基于高效的數據互換實現對系統的遠程監(jiān)控。且PLC 能取代中間存在的大量繼電器設施，利用較少的端口開展可靠接入，在一定程度上簡化了系統電路，促使電控柜的尺寸縮小，便于后期管理維護。在皮帶輸送系統節(jié)能控制設計環(huán)節(jié)，應將PLC 設置在電控柜中，與上位機形成良好配合，構建調速控制系統，對設備運行情況開展實時監(jiān)控[2]。

另外，基于PLC 的皮帶輸送機調速控制系統在運行時通常采用自動或工頻兩種方式。如實施自動運行，則是在連接電源后該系統對電機進行自動化變速調頻，流程包括系統程序初始化、傳感器收集模擬信號，并轉換為PLC 的數字信號、按照既定邏輯和CPU 計算處理，將信號傳輸到變頻器，對皮帶輸送機進行有效調節(jié)。如采用工頻工作方式，則是利用電氣柜中的開關對設備進行控制，這一過程電機調速控制不發(fā)揮作用。而當系統出現失效狀況后，可切換到工頻方式，保證生產工藝正常運行。

2.2 調速控制系統硬件設計

PLC 應用在皮帶輸送系統節(jié)能控制中，應注重以下要點：

合理設計主電路。為保障輸送電機具有穩(wěn)定動力，一般采用380V 電路等級。在設計中避免變頻器輸出端直接與交流電源連接，并保證變頻器與電機的I/O 端接線的連接順序正確。對變頻器的啟停應當采用面板操作，從而有效防范變頻器發(fā)生故障。對接地端子與電機應做好接地處理，預防發(fā)生觸電事故。

優(yōu)化電氣控制電路。在皮帶輸送系統節(jié)能控制中運用PLC，要盡量避免出現過電壓的現象，防止對設備產生損害。在實際設計環(huán)節(jié)嚴禁PLC 輸出端與交流接觸器的直接相連，必須通過繼電器來控制接觸器，以便于有效隔離強弱電。同時考慮驅動電機無法同步連接工頻和變頻電源的情況，應注重優(yōu)化接觸器的硬件互鎖設計，與軟件形成配合，提高互鎖可靠性。并設置手動切換控制電路的方式，保證節(jié)能控制系統整體具有穩(wěn)定性。

科學選擇變頻器型號。為保障PLC 能發(fā)揮良好的節(jié)能控制效果，需保障變頻器信號能夠高效轉化為PLC 可識別的數字信號。因此要科學選擇變頻器類型，基于具體需求選用性價比更好的變頻器。保證其具有較為廣泛的適用范圍、穩(wěn)定的可靠性、組合功能較強、力矩特性良好等優(yōu)勢，并考慮電機的實際功率等級。另外為確保系統運行狀態(tài)得到有效監(jiān)控，還需合理選擇上位機類型，如工控機、工作站、觸摸屏等。將上位機與監(jiān)控系統軟件組合形成人機界面有利于實現多種功能互動，如系統運行狀態(tài)顯示、操控和響應設備、記錄運行數據、檢查和診斷故障等[3]。

2.3 調速控制系統軟件設計

控制系統軟件是基于PLC 的皮帶輸送節(jié)能控制的重要組成部分，為充分提高資源利用效率，需重視利用PLC 優(yōu)化調速控制系統程序。

首先，針對主程序開展設計。明確其是整個系統的管理者，也是系統軟件運行的首要環(huán)節(jié)，當系統執(zhí)行PLC 指令進行循環(huán)時應先對主程序開展掃描。其中第一次掃描可促使主程序通過復位子程序實現初始化，為后續(xù)執(zhí)行PLC 命令提供良好條件。同時PLC 在使用循環(huán)掃描方式對電表、計時、變頻速度選擇、平均值等子程序進行調用時，可對設備動作實施控制。

其次，對子程序進行設計。一般情況下只有通過主程序才能實現對子程序的調用。在皮帶輸送系統節(jié)能控制中應用PLC，能對平均值、電表、選擇變頻速度、保護、復位、計時等子程序實施調用，并在系統運行中發(fā)揮相應的功能。如平均值子程序可計算變量均值，電表子程序用于計算機與電能表之間的通信，計時子程序可記錄系統的運行時間，保護子程序的功能是對故障、異常運行等發(fā)生報警，復位子程序的功能是對系統進行初始化設置，有效為皮帶輸送系統節(jié)能控制應用PLC 提供服務。

最后，基于PLC 的皮帶輸送系統節(jié)能控制，應合理設計調速控制上位機監(jiān)控軟件。技術人員可借助組態(tài)軟件設計對其進行優(yōu)化，并設置具有靈活性的組合模塊，以構建完善的上位機監(jiān)控系統，便于軟件和硬件聯通，提高數據采集以及控制效率。另外，對于上位機監(jiān)控系統軟件組態(tài)中應用PLC，主要利用PM 綜合管理器對管理畫面進行集中開發(fā)，形成模擬化的現場控制畫面，便于開展人機交互，提高節(jié)能控制成效。在設計應用過程中，應在初始化設置的基礎上采用組態(tài)軟件對監(jiān)控畫面進行編輯，顯示完整的系統運行參數，再將畫面下載到觸摸屏，經調試后可實現節(jié)能控制管理。

綜上，在環(huán)保理念不斷深入的背景下，對皮帶輸送電機應當采取節(jié)能控制措施，應用PLC 技術可優(yōu)化其調速控制系統，按照節(jié)能需求進行運行設計、硬件設計和軟件設計，構建自動化的變頻調速控制系統，通過實施監(jiān)控皮帶負荷對電機頻率實施調節(jié)，有效提升電機運行效率，降低資源浪費程度，實現節(jié)能目標。