【文章內(nèi)容簡介】 通用帶式輸送機由輸送帶、托輥、滾筒及驅(qū)動、制動、張緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。 目前輸送帶除了橡膠帶外，還有其他材料的輸送帶(如PVC、PU、特氟龍、尼龍帶等)。帶式輸送機由驅(qū)動裝置拉緊輸送帶,中部構(gòu)架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構(gòu)件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品，是一種以摩擦驅(qū)動方式連續(xù)運輸物料的機械。應用它可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點到最終的卸料點間形成一種物料的輸送流程。它既可以進行碎散物料的輸送，也可以進行成件物品的輸送，與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運輸線。所以帶式輸送機廣泛應用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中，可以單機輸送，也可多機組合成水平或傾斜的運輸系統(tǒng)來輸送物料。另外帶式輸送機具有輸送距離長、運量大、連續(xù)輸送、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、成本低、通用性強、運行可靠，易于實現(xiàn)自動化和集中化控制等優(yōu)點，現(xiàn)已被廣泛地應用在冶金、煤炭、交通、水電、化工等部門。 多級皮帶機系統(tǒng)雙向啟動控制原理在礦山膠帶運輸系統(tǒng)中，其連鎖控制大都采用“逆流啟動”的方式。即從料流的終端開始，逆料流方向依次啟動每臺膠帶運輸機，首端膠帶運輸機最后啟動。如果參加連鎖的膠帶機數(shù)量較多，則系統(tǒng)的啟動時間有時長達幾十分鐘，此時設備空運轉(zhuǎn)，造成機械磨損和能源損耗。為了解決這個問題，長期以來，人們一直探求“順流啟動”的控制方式。即從料流的始端開始，根據(jù)料流情況，順料流方向，依次啟動每臺膠帶運輸機。但是，從膠帶運輸工藝的特點可知，當“緊急停車”(如事故停車)后，由于膠帶上載滿物料，重新啟動時必須改為“逆料流啟動”。這就是說，一個“順流啟動”控制系統(tǒng)必須具備“順流啟動”和“逆流啟動”兩種控制程序，而且這兩種控制程序可根據(jù)需要隨時轉(zhuǎn)換，以滿足工藝要求。由于膠帶運輸機絕大部分采用繼電器控制系統(tǒng)，其控制程序隨其硬件接線一次性施工而固化，從運行管理角度講，要想隨心所欲地改變控制程序是不可能的。但是，PLC具有“可編程序”的功能，使得“順流啟動”這一難題迎刃而解。 “順流啟動”的控制原理本設計以四級皮帶輸送機為例來說明多級皮帶機雙向啟動系統(tǒng)的控制原理。四級皮帶運輸系統(tǒng)的工藝流程如圖3所示。圖中Bl、BBB4......Bn，分別表示膠帶機代號，箭頭表示料流方向?！绊樍鲉印钡目刂乒に嚵鞒倘鐖D3所示。（1）先啟動B1，并同時給料。當物料隨膠帶運轉(zhuǎn)而到達距轉(zhuǎn)載點一定距離時，由程序啟動B2，如果B2因其它原因拒啟動或啟動失敗，B1必須在物料到達轉(zhuǎn)載點之前停車。圖3 多機皮帶機工藝流程圖（2）系統(tǒng)處于正常運行中，如果其中一臺膠帶機突然停機，逆料流方向，其上部膠帶機應立即停車，其下部膠帶機可繼續(xù)運行。（3）系統(tǒng)正常停機的程序是按料流方向依次延時停機，以保證停機后膠帶機空載。（4）系統(tǒng)有載運行時突然停機后，再次啟動時，必須轉(zhuǎn)為“逆料流啟動”程序，以保證轉(zhuǎn)載點不發(fā)生“堵漏”。綜上所述，“順流啟動”控制方式的關鍵是相鄰膠帶之間的關系?，F(xiàn)以圖3中的B2為例，詳細分析Bl、B2和B3之間各個參數(shù)的相互聯(lián)系與制約關系。在正常情況下，系統(tǒng)開車前，所有皮帶都是停止的，首先啟動Bl，并開始下料。當物料從O1到達Nl時，命令B2啟動，當物料到達Ml時，如果B2啟動不成功，Bl應立即停機。如成功，則系統(tǒng)繼續(xù)運轉(zhuǎn)。同理，當物料到達N2時，啟動B3，到達M2時，根據(jù)B3的啟動情況決定系統(tǒng)停機或運行。根據(jù)上述，為量化物理過程，有必要引入兩個定義。啟動信號：“順流啟動”的關鍵是“料來了才啟動”。因此，必須取一個代表“料流”的信號作為動信號。如圖3所示，B2的啟動信號(脈沖)是物料到達N1時發(fā)出的。為突出問題的實質(zhì)，把這段時間(TQBZ)稱為B2的“啟動信號”。其值按下式計算。TQB2=ALl/V1 (1)式中L1為Bl的長度。V1為Bl的運行速度。A為系數(shù)。由圖3可知，TQB2的意義是物料從O1點到達M1點的時間。也就是說，在物料到達M1點(而不是N1點)時，B2就開始啟動。顯然，這一信號比真正的料流信號超前一段時間，使B2有足夠的啟動時間，從而保證系統(tǒng)運行的可靠性。運行信號：從上述的控制原則(2)可知，在系統(tǒng)啟動運行后，B2的運行受B3的制約，即B3停，B2隨之停。因此，B2的控制程序中要有一個B3運行狀態(tài)的信號?；蛘哒f，只有B3啟動并能正常運行，才允許B2繼續(xù)運行。但是，在“順流啟動”方式中，要求B2先于B3啟動運行。很顯然B2與B3在“啟動”與“運行”兩種工作狀態(tài)下，其控制原則恰是相反的。如圖3所示，物料從O2到達O3這段時間內(nèi)，B2的運行不受B3制約，可以運行。因此，在這段時間內(nèi)發(fā)出一個信號允許B2運行。為突出問題的實質(zhì)，把時間參數(shù)稱作“允許運行信號”。為了保證系統(tǒng)運行的可靠性，把物料從O2到達M2的這段時間(TYB2)作為B2的“準許運行信號”。其值按下式計算。TYB2=BL2/V2 (2)式中L2為B2的長度。V2為B2的速度。B為系數(shù)。(1)、(2)式中A必須小于B。另外A、B應從膠帶機的長度、運行速度及電機啟動時間等參數(shù)統(tǒng)籌考慮，以保證系統(tǒng)運行的可靠性[6]。 設備選擇（1）PLC機型與容量的選擇PLC機型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比最優(yōu)的機型。通常做法是，在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC；對于開關量控制以及以開關量控制為主、帶少量仿真量控制的工程項目，一般其控制速度無須考慮，常選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求，如西門子公司S7200系列或歐姆龍公司CPM1A系列。本設計選用整體式結(jié)構(gòu)，歐姆龍公司CPM1A系列PLC。PLC容量包括兩方面：一是I/O點數(shù)；二是用戶內(nèi)存容量（字數(shù)）[7]。PLC容量的選擇除了滿足控制要求外，還應留有適當?shù)脑Ａ浚宰鰝溆?。I/0點數(shù)也應留有適當?shù)脑Ａ?。由于目前I/O點數(shù)較多的PLC價格也較高，若備用的I/O點數(shù)太多，反而使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴充，通常I/O點數(shù)按實際需要的10%15%考慮備用量。本次設計中，實驗室提供的CPU型號為CPM1ACDR20A，它有20個I/O點數(shù)，實際應用只需要10個輸入點和8個輸出點共18個I/O點數(shù)，剩下的I/O點數(shù)就可以作為裕量使用。（2）其他設備選擇 根據(jù)控制要求，本設計使用OMRON CXProgrammer軟件進行PLC編程，選用CPM1ACDR20A可編程控制器對多機皮帶機控制系統(tǒng)進行控制，同時用一臺計算機作為上位機和組態(tài)軟件相結(jié)合，實現(xiàn)對多機皮帶機控制系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，最后通過PLC可編程控制器模擬實驗箱對控制系統(tǒng)運行結(jié)果進行模擬顯示。 控制系統(tǒng)主電路的設計主電路的設計對于本次設計多級皮帶機雙向啟動控制系統(tǒng)的設計相當重要,只有在主電路設計正確且簡便的基礎上,系統(tǒng)控制電路及軟件設計才能精簡方便。根據(jù)系統(tǒng)的控制工藝要求，本設計以四級皮帶機為例，設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖4所示。圖4 系統(tǒng)主回路原理圖圖中M1，M2，M3，M4為三四臺皮帶傳輸送電動機，交流接觸器KM1KM4通過控制四臺電動機的運行來控制四個皮帶輸送機，從而進行對物料傳輸。FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3，F(xiàn)R4為起過載保護作用的熱繼電器，用于物料傳輸過程中當皮帶傳輸機過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。其他電動閥門在本設計的其他地方再做詳細介紹。 PLC 開關量及外部接線的設計（1）該系統(tǒng)占用PLC的20個I/O口，10個輸入點，8個輸出點，具體的I/O分配見表1所示。表1 多機皮帶機雙向啟動控制系統(tǒng)I/O地址表輸入通道地址DIZHI輸出通道地址急停按鈕00000皮帶機1開01000系統(tǒng)啟動按鈕00001皮帶機2開01001順流啟動00002皮帶機3開01002逆流啟動00003皮帶機4開01003物料檢測100004一級皮帶機故障顯示01004物料檢測200005一級皮帶機故障顯示01005一級皮帶機故障00006一級皮帶機故障顯示01006二級皮帶機故障00007一級皮帶機故障顯示01007三級皮帶機故障00008四級皮帶機故障00009（2）本設計的PLC外部接線圖如圖5所示。圖5 PLC外部接線圖圖中CPM1A20CDRAPLC的輸入端電源為24V(DC)，輸出端電源為交流220V。另外，由于PLC輸出端接的是繼電器感性負載，所以，為了抑制線路斷開時電感負載產(chǎn)生的感應高電壓對PLC輸出電路產(chǎn)生破壞，在負載兩端并聯(lián)了保護電路[8]，可抑制高電壓的產(chǎn)生。對于交流負載，常在感性負載兩端并聯(lián)RC吸收線路。一般取R:、100～120Ω；C：。4 系統(tǒng)軟件設計 PLC程序設計 系統(tǒng)功能的分析與設計PLC軟件功能的分析與設計實際上是PLC控制系統(tǒng)的功能分析與設計中的一個重要組成部分。對于控制系統(tǒng)的整體功能要求，可以通過硬件途徑、軟件途徑或者軟硬件結(jié)合途徑來實現(xiàn)。因此，在正式編寫程序之前，首先要站在控制系統(tǒng)的整體角度上，進行系統(tǒng)功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通過軟件的執(zhí)行來實現(xiàn)的，即明確應用軟件所必須具備的功能。對于一個實用軟件，大體上可以從以下兩個方面來考慮。（1）控制功能（2）自診斷功能作為PLC控制系統(tǒng)，其最基本的要求就是如何通過PLC對被控對象實現(xiàn)人們所希望的控制，所以對于以上兩方面，控制功能是最基本的，必不可少。該系統(tǒng)最主要的功能就是實現(xiàn)多級皮帶機的雙向啟動,要靠及時準確地控制物料檢測開關、皮帶傳輸送料電動機等元器件來實現(xiàn)。但是針對不同的元器件，我們要根據(jù)需要設計出不同的功能。比如用皮帶傳輸送料電動機用于帶動皮帶機傳輸物料、用物料檢測傳感器來控制皮帶機的啟動與停止等。在進行功能的分析、分配之后，要進行具體功能的設計，對于不同的PLC控制系統(tǒng)，其主要依據(jù)是根據(jù)被控對象和生產(chǎn)工藝要求而定。該控制系統(tǒng)的工作原理在前面已介紹過，具體控制原理的流程圖如圖6所示。當系統(tǒng)啟動后，如果選擇順流啟動（順流啟動和逆流啟動可隨時切換），且物料