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0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)效益的要求越來(lái)越高， 食品、保健品等行業(yè)對(duì)于皮帶機(jī)的運(yùn)用有了新的要求，皮帶運(yùn)輸機(jī)又稱(chēng)帶式輸送機(jī)， 是一種連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作過(guò)程噪聲較小。隨著保健品社會(huì)需求不斷增加， 生產(chǎn)效力和需求的矛盾日益突出，已有的繼電器控制系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)的需求， 因此根據(jù)不同的行業(yè)需求開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的皮帶集中控制系統(tǒng)是十分必要的。

采用可編程控制器（PLC ）控制系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)。①可靠性高， 皮帶機(jī)裝置以 PLC 控制器為核心， 系統(tǒng)具備強(qiáng)抗干擾和高可靠性特點(diǎn)，并且可以用于惡劣的環(huán)境中工作。②配置靈活，PLC 在組態(tài)系統(tǒng)時(shí)就有極強(qiáng)的靈活性， 處理能力強(qiáng)， 當(dāng)控制要求發(fā)生變化時(shí)只需改變程序就可以了，因此能靈活的進(jìn)行系統(tǒng)配置組成不同的規(guī)模。③擴(kuò)展性強(qiáng)， PLC 具有很強(qiáng)的擴(kuò)網(wǎng)和組網(wǎng)的能力， 便于添加新的設(shè)備和皮帶控制，相比傳統(tǒng)的控制節(jié)省了大量財(cái)力和人力。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義

采用 PLC 對(duì)皮帶集中控制系統(tǒng)具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)， 這些優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

（1 ） 高可靠性。由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是晝夜連續(xù)的，一般的生產(chǎn)裝置要幾個(gè)月甚至幾年就大修一次， 所以這就要求 PLC 具有較高的可靠性， 高可靠性是 PLC 的最突出特點(diǎn)之一。PLC 采用微電子技術(shù)， 所有 I/O 接口電路均采用光電隔離措施， 使作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間在電氣上隔離。 大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體完成，另外還采用了屏蔽和抗干擾措施。它的平均故障間隔時(shí)間為 3 萬(wàn)~5 萬(wàn) h。

（2 ） 豐富的 I/O 接口。 由于保健品生產(chǎn)控制機(jī)只是整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制中樞，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制， 它還必須與各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連才能完成控制任務(wù)。因此， PLC 除了具有計(jì)算機(jī)的基本功能（如CPU 何存儲(chǔ)器 ）以外，還有豐富的 I/O 接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備（如按鈕、 行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、 傳感器及變送器、 電磁線圈、 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器和控制閥等 ） 直接相連。有些 PLC 還有通信模塊和特殊功能模塊等。

（3 ） 靈活性。有了 PLC， 電氣工程師不必為每套設(shè)備配置專(zhuān)用裝置。如果控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備采用相同的 PLC， 只需編寫(xiě)不同的應(yīng)用軟件即可。而且可以用一臺(tái) PLC 控制幾臺(tái)操作完全不同的設(shè)備。

（4 ） 采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，除單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 都采用模塊化的結(jié)構(gòu)。PLC 的各個(gè)部件均采用模塊化的設(shè)計(jì)， 由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)。

（5 ） 模擬調(diào)試。PLC 能對(duì)所控功能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬調(diào)試， 縮短在現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間。

（6 ） 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視。在 PLC 系統(tǒng)中，操作人員能通過(guò)顯示器觀測(cè)到所控每個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況， 隨時(shí)監(jiān)視事故發(fā)生點(diǎn)。

2 系統(tǒng)的任務(wù)及要實(shí)現(xiàn)的主要功能

為了改變?cè)械睦^電器在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用，而采用現(xiàn)代化可編程控制器 PLC 進(jìn)行控制，進(jìn)行 S7-300 PLC 模塊選型和外部連線設(shè)計(jì)。為了使集控系統(tǒng)更加完善， 實(shí)現(xiàn)控制的可觀化、清晰化， 加入了觸摸屏設(shè)計(jì)。它可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行情況和各種故障情況，進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警顯示和記錄。進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后分析控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因，提出對(duì)應(yīng)抗干擾措施。采用可編程控制器 PLC 對(duì)皮帶集中控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1 ） 智能控制：具有擬人的智力， 在環(huán)境條件變化時(shí)能自主地完成控制目標(biāo)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

（2 ） 順序控制：按照規(guī)定的時(shí)間或邏輯的順序， 對(duì)某一工藝系統(tǒng)或主要輔機(jī)的多個(gè)終端控制元件進(jìn)行一系列操作的控制系統(tǒng)。

（3 ） 監(jiān)控：對(duì)裝備及系統(tǒng)的工作狀態(tài)不間斷地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 并根據(jù)反饋信息自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)中異常部位實(shí)施相應(yīng)措施的閉合自動(dòng)控制作用。

3 皮帶集中控制系統(tǒng)工藝控制要求

本系統(tǒng)有集中、就地、 檢修三種工作模式。一般系統(tǒng)運(yùn)行在集控工作模式下，當(dāng)組成生產(chǎn)流水線時(shí)， 本機(jī)根據(jù)前后閉鎖關(guān)系自動(dòng)啟停，同時(shí)檢測(cè)各檢測(cè)保護(hù)一般系統(tǒng)運(yùn)行在集控工作模式下設(shè)備的狀況； 運(yùn)行就地工作模式時(shí)，操作員手動(dòng)操作按鈕啟動(dòng)/停止皮帶機(jī)， 所有保護(hù)設(shè)備均投入使用； 運(yùn)行檢修工作模式時(shí)， 操作員手動(dòng)單臺(tái)啟動(dòng)/停止皮帶， 保護(hù)設(shè)備可有選擇性的投入使用。在檢修模式下， 可將使皮帶低速運(yùn)行。 工作方式的改變， 只有在皮帶輸送機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行；皮帶輸送機(jī)運(yùn)作時(shí)， 不能改變其工作方式。

（1 ） 程序設(shè)計(jì)中，報(bào)警停車(chē)等故障信號(hào)自動(dòng)保持， 即一旦發(fā)出故障信號(hào)，即使經(jīng)維修后信號(hào)消失， 計(jì)算機(jī)內(nèi)仍保留信號(hào)故障狀態(tài)，這時(shí)復(fù)位指令可以清除故障保持信號(hào)。

（2 ） 皮帶輸送機(jī)按照逆流啟動(dòng)，順流延時(shí)停車(chē)， 并具有閉鎖功能。

（3 ） 對(duì)設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實(shí)時(shí)報(bào)警，并進(jìn)行聲光提示， 系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)位顯示， 更便于維護(hù)。

（4 ） 可與電視系統(tǒng)配合，實(shí)時(shí)監(jiān)視皮帶機(jī)重點(diǎn)部位運(yùn)行情況， 以確保人員及設(shè)備的安全；具有喊話(huà)、 打點(diǎn)通訊功能， 基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

（5 ） 皮帶運(yùn)輸機(jī)就地控制箱上設(shè)啟停、起動(dòng)預(yù)警按鈕， 設(shè)備啟動(dòng)前發(fā)出預(yù)警信號(hào)， 提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備； 現(xiàn)場(chǎng)可隨時(shí)停車(chē)，若設(shè)備由集控啟動(dòng)， 控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場(chǎng)停車(chē)信號(hào)后，可作急停處理，實(shí)施故障停車(chē)操作。

（6 ） 具有聯(lián)網(wǎng)功能，能與全礦井自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可靠的聯(lián)接、 實(shí)現(xiàn)全局監(jiān)控。

4 皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)中需要集中控制的皮帶共有 7 條皮帶， 各皮帶分部較廣，現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)很分散， 并且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境很惡劣。所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用 PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)， 組成主從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 根據(jù)工藝流程規(guī)劃， 系統(tǒng)以 PLC 為控制主站， 以每條皮帶就地箱配備的遠(yuǎn)程 I/O ET200M 為從站， 共設(shè) 7 個(gè)從站，這樣就節(jié)約了大量的電纜等材料。本系統(tǒng)由集中控制臺(tái)、 PLC 控制柜、 觸摸屏、就地箱、 各種保護(hù)傳感器及執(zhí)行器組成。完成一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶多個(gè)設(shè)備全過(guò)程的控制、 監(jiān)測(cè)、 構(gòu)成一個(gè)完善的集中控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

5 膠帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)硬件選型

5.1 PLC 硬件設(shè)計(jì)

SIMATIC S7-300 系列 PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)單獨(dú)模塊之間可以進(jìn)行單獨(dú)組合和擴(kuò)展， 從而使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。編程器 PG 用來(lái)為 S7-300 PLC 編制程序， 使用編程電纜連接編程器和 CPU。通過(guò) PROFIBUS 電纜可以實(shí)現(xiàn) S7-300 CPU 之間的通訊，以及與其他 SIMATIC S7PLC 進(jìn)行通訊。一根 PROFIBUS 總線電纜可以連接多個(gè) S7-300。S7-300 PLC 的主要組成部分有導(dǎo)軌 （RACK ） 、中央處理單元模塊 （CPU ） 、電源模塊 （PS ） 、接口模塊 （IM ） 、功能模塊 （FM ） 、信號(hào)模塊（SM ）。它通過(guò) MPI 網(wǎng)的接口直接與編程器 PG、 操作員面板 OP 和其它 S7PLC 相連。

5.2 外圍設(shè)備硬件選型

系統(tǒng)有以下幾部分組成：

（1 ） 恒速閉環(huán)控制系統(tǒng)。由速度反饋和負(fù)載電流反饋組成。異步電機(jī)通過(guò)逆變器反饋驅(qū)動(dòng)變負(fù)載， PLC 控制逆變器的輸出。

（2 ） 變速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。異步電機(jī)通過(guò)恒定的逆變器反饋驅(qū)動(dòng)變負(fù)載。PLC 是沒(méi)有靈活性。

（3 ） 準(zhǔn)變速系統(tǒng)。由三相標(biāo)準(zhǔn)恒壓恒頻電源提供給異步電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)變負(fù)載。閉環(huán)系統(tǒng)。

（4 ） 去掉速度和負(fù)載反饋可得到開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。另一方面，如果整個(gè)控制系統(tǒng)是迂回的， 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)。

控制系統(tǒng)是為測(cè)試轉(zhuǎn)子損壞的異步電機(jī)而設(shè)計(jì)的，異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為變動(dòng)負(fù)載的直流電機(jī)。三相電源和三相主開(kāi)關(guān)聯(lián)接， 再和可以保護(hù)防止過(guò)電流的三相熱繼電器相連。繼電器輸出連接整流器， 整流器調(diào)整三相電壓， 并且給 IGBT 逆變器提供直流輸入。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于 PLC 的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)是分布復(fù)雜， 部件繁多， 且又要求運(yùn)行協(xié)調(diào)一致的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)。因此在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)集中監(jiān)視和控制，保證皮帶的安全可靠運(yùn)行， 提高運(yùn)輸效率是很必要的。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是針對(duì)保健品生產(chǎn)廠的需求設(shè)計(jì)的，較為合理，操作簡(jiǎn)單， 使用方便， 同時(shí)具備人機(jī)交流界面友好控制效果較好等特點(diǎn)， 使皮帶的運(yùn)行更加安全，更加可靠。

 

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