周淑英广东省东莞技师学院523112
摘要:水泥厂的皮带运输系统由于采用传统继电控制系统，故障率大，维修不便。采用了PLC与变频器结合的控制方案来替代继电控制系统，运行结果证明重建后的系统稳定可靠，故障率降低，有效地降低企业故障成本，提高了企业经济效益。
关键词:皮带运输PLC变频控制水泥厂
物料输送系统在产品包装、流水作业、检测等相关行业中应用广泛，但它对系统准确性、可靠性以及自动化水平要求都很高。某水泥厂有运输皮带16条，分别将水泥运往包装库或散库。该水泥厂采用传统继电器、接触器控制方式的物料输送控制系统，由于该类控制系统电气元件多、安装比较分散，控制系统复杂、操作难度大、并且安装和维修工作量大、修改控制方案艰难，从而大大影响了企业的生产效率。另外，由于水泥厂环境较恶劣，加之皮带运输系统使用年限较长，所以故障率高，可靠性低，急需改造或重建。在排除了对运输线进行改造的方案后，决定对运输系统进行重建，在设计方案上采用了PLC与变频器相结合的控制方式。
一、运输线设计方案
1.皮带运输系统采用自动、手动两种控制方式，由自动/手动开关进行切换。全部设备操作在主控制室里进行，系统与设备运行状态可以在控制室控制界面中观察，工作人员可在控制界面中控制各设备的起停。
2.系统开启时各皮带电机按逆物料流方向启动，系统关闭时各皮带电机按顺物料方向停机，以避免皮带上物料堆积。
3.在各皮带两侧设跑偏开关，皮带跑偏超过10°时发出警告信号，跑偏超过20°时发出警告信号并强制停机。
4.在传送带上设置物重传感器，传送带上的物重转换后经PLC的PID运算器进行比例、积分、微分运算后，作为变频器的给定频率，对电机转速进行自动控制。
5.上位机实时监控并显示系统及各设备的运行情况，对报警、紧急停机等事件做出实时记录。
二、PLC控制的硬件设计
根据该厂车间工艺的特点及控制任务，本方案控制系统的主控制器选用了德国西门子S7-300可编程控制器，并以主从方式通过PROFIBUS-DP缆线完成连接。上位监控机设置在中心控制室，通过PLC控制系统来控制变频器的起动停止操作。系统检测信号经PLC处理后对直接与变频器连接的电动机进行自动控制．并通过PLC对各电机进行短路、断路以及过流、过载等情况的监测及保护。PLC及变频器控制系统结构框图如图1所示，硬件选型如下表所示。
PLC及变频器系统硬件选型表
三、控制系统的结构设计
1.在本系统中，作为上位机与PLC进行通信，并实时采集皮带跑偏信号和设备运行状态及时显示仿真画面及测试数据的是工业控制计算机；而根据外部的输入信号，执行对应的程序，控制变频器、电机实现对应功能是皮带控制PLC，它同时承担向上级工业控制计算机发送工作组态信息，接收上级工业控制计算机发送的事故停机信号，实现事故停机处理功能并启动报警设备的任务。
2.本系统有自动和手动两种控制方式。在手动方式下，皮带电机通过开关进行控制；在自动方式下，以各皮带电机作为控制对象，按逆物料方向顺序起动，按顺物料方向顺序停止；故障时要停掉本段及前面所有的传送带；另外利用物重传感器检测皮带上物体的重量信号，将信号送入PLC后利用PLC内置的PID调节器计算后产生的的控制信号送变频器去控制电机的工作频率与转速。系统结构如图2所示。
四、控制软件设计
系统程序控制如图3所示。该系统软件设计核心是运输带电机控制程序，其次是PID控制程序。
1.运输电机控制程序
运输电机控制程序除了控制度电机的正常运转外，主要考虑避免物料堆积而需要控制各皮带电机起、停顺序和故障停机顺序。
举例:以运往包装库的A线自动控制方式为例，A线由1号、2号、3号皮带组成。1号为近端皮带，3号为远端皮带，控制程序流程如图4所示。
启动时，先启动远端的3号皮带，然后检测3号皮带的运行信号，如果检测到3号带有运行信号，则启动2号带，如果检测不到3号带的运行信号，则不能启动2号带，其他皮带起动顺序依此类推。停止时，先停进料口，先检测进料口的关闭信号，如果检测到时料口关闭，且1号带上物品已运出，即1号皮带空，则先停近端的1号皮带，如果检测不到进料口关闭信号，或检测不到1号皮带上物品运出的信号，则不能关闭1号带，其它皮带停止顺序依此类推。
故障时，若1号带故障，则将进料口关闭，2号、3号继续运行直至将皮带上的物品运出为止；若2号故障，则将进料口关闭，1号、2号皮带都关闭；若3号故障，则将整条运输线包括进料口全部关闭。按此顺序起停各段皮带，将有效防止物料堆积。
2.PID控制程序
物重传感器检测到物重后经A/D转换模块进行模数转换，送入PLC与设定好的相应物重值进行比较，经PIC内置PID调节器计算出输出信号，用以控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速。这样得到的电机转速相对恒定，且波动比较小，皮带张力恒定。S7-300系列PLC中的CPU315-2DP提供了PID运算指令。应用时与PLC配套的STEP7Micro/Win编程软件通过梯形图设定PID控制参数。
五、系统运行结果
1.采用S7—300PLC技术的水泥传送带运输系统，运行效果良好，可以对物料进行自动控制，也可以对现场设备的运行状况进行远程监测。实践证明，重建后系统故障率降低、工作可靠提高、性能更稳定，操作更方便，且整个系统易于维护，生产效率大大提高。另外可通过设置应用软件参数随时改变工艺参数，系统的灵活性大大提高。
2.本控制系统根据传送带上的载量大小利用变频器来调节电机的转速。因为调速范围宽，系统的一大优点——综合节电效果更好，综合用电仅为传统系统的80%～85%。并且功率因数提高到0.97，所以经济效益好。另外，由于变频器的软启动功能，通过电机的慢速起动带动带式输送机缓缓起动，使起动过程中形成的张力波很小，大大减少起动过程对传送带的损害。
参与文献
[1]赵燕南皮带运输机的PLC控制.中国科技信息，2010，(01)。
[2]温春雁基于PLC控制的皮带输送机系统的应用.装备制造，2009，(04)。
[3]徐迎曦李传锋舒云星皮带输送机智能化保护控制系统.仪表技术与传感器,2009，(06)。