【文章內容簡介】 組態(tài)畫面標題、 啟動運行方式選擇 :在按鈕部分 可 組態(tài)每個畫面中顯示的固定按鈕 。在現(xiàn)場部分可組態(tài)當前監(jiān)控的各機構的具體情況。 3 系統(tǒng) 硬件設計 皮帶輸送機 工作原理 皮帶輸 送機又稱膠帶輸送機， 也 稱 帶式輸送機 (belt conveyer)。通用帶式輸送機由輸送帶、 托輥 、滾筒及驅動、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 )。 帶式輸送機由驅動裝置拉緊輸送帶 ,中部構架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品 ， 是一種以摩擦驅動方式連續(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 、 結構簡單、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 。 基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 8 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，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、 B B B4......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D 3所示 。 （ 1）先啟動 B1，并同時給料。當物料隨膠帶運轉而到達距轉載點一定距離時，由程序啟動 B2，如果 B2因其它原因拒啟動或啟動失敗， B1必須在物料到達轉載點之前停車。 B 1 * L 1 A 1 * L 1B 3 * L 3 A 3 * L 30 1 B 1N 1 M 10 2N 2M 2A 2 * L 2B 2 * L 20 3N 3M 3 B 2 B 3 B 4 B n 料 流 方 向 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，必須轉為“逆料流啟動”程序，以保證轉載點不發(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基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 9 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。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，把這段時間 (TQBZ)稱為 B2 的“啟動信號”。其值按下式計算 。 TQB2=A Ll/V1 (1) 式中 L1 為 Bl 的長度 。V1 為 Bl 的運行速度 。A 為系數(shù)，取值 一 。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， B2 的運行不受 B3制約，可以運行。因此，在這段時間內發(fā)出一個信號允許 B2 運行。為突出問題的實質，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=B L2/V2 (2) 式中 L2 為 B2 的長度 。V2 為 B2 的速度 。B 為系數(shù)，取值 一 。 (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，建議選用整體式結構的 PLC；其它情況則最好選用模塊式結構的 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 轉換、 D/A 轉換、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構， 歐 姆 龍基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 10 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 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 的裕量，以做 備 用。 I/0 點數(shù) 也 應留有適當 的裕量。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 。 L 0L 1L 2F U 1 Q S K M 1 K M 2K M 3K M 4F R 1 F R 2 F R 3 F R 4M 1 M 2 M 3 M 4P E 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， FR2， FR3， FR4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?；诮M態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 11 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 1 00004 一級皮帶機故障顯示 01004 物料檢測 2 00005 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 。 0 0 0 0 10 0 0 0 00 0 0 0 20 0 0 0 70 0 0 0 80 0 0 0 90 0 0 0 60 0 0 0 40 0 0 0 50 0 0 0 3++C O M 0 1 0 0 2 0 1 0 0 3 0 1 0 0 40 1 0 0 50 1 0 0 6 0 1 0 0 7 0 1 0 0 8C O M 0 1 0 0 1 KKKKC P M 1 A 2 0 C D R A 一 級 皮 帶 機 故 障 S B 6 二 級 皮 帶 機 故 障 S B 7 三 級 皮 帶 機 故 障 S B 8 四 級 皮 帶 機 故 障 S B 9 逆 流 啟 動 S B 3 順 流 啟 動 S B 2 系 統(tǒng) 啟 動 按 鈕 S B 1 急 停 按 鈕 S B 02 4 V物 料 檢 測 1 S B 4物 料 檢 測 2 S B 5皮 帶 機 1 故 障 顯 示皮 帶 機 2 故 障 顯 示皮 帶 機 3 故 障 顯 示皮 帶 機 4 故 障 顯 示A C2 2 0 VRCCRCRCR 圖 5 PLC 外部接線圖 基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 12 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