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)需求開發(fā)專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：

　?。?）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。

　?。?）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、行程開關(guān)、接近開關(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。

　?。?）靈活性。有了PLC，電氣工程師不必為每套設(shè)備配置專用裝置。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。

　?。?）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)。

　?。?）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S7-300PLC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)（PLC皮帶控制系統(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)。

　?。?）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)。

　?。?）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)。

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

　?。?）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)。

　?。?）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、打點(diǎn)通訊功能，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

　?。?）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，若設(shè)備由集控啟動(dòng)，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場(chǎng)停車信號(hào)后，可作急停處理，實(shí)施故障停車操作。

　?。?）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/OET200M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

　　5.1PLC硬件設(shè)計(jì)

　　SIMATICS7-300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)更加靈活滿足不同的應(yīng)用需求。編程器PG用來(lái)為S7-300PLC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)S7-300CPU之間的通訊，以及與其他SIMATICS7PLC進(jìn)行通訊。一根PROFIBUS總線電纜可以連接多個(gè)S7-300。S7-300PLC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：

　?。?）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。

　?。?）變速開環(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。

　?。?）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)。

　?。?）去掉速度和負(fù)載反饋可得到開環(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。