基于PLC的皮带集中控制系统设计

【编者按】随着经济的快速发展，对生产效益的要求越来越高，食品、保健品等行业对于皮带机的运用有了新的要求，皮带运输机又称带式输送机，是一种连续运输机械。结构简单，工作过程噪声较小。随着保健品社会需求不断增加，生产效力和需求的矛盾日益突出，已有的继电器控制系统无法达到生产的需求，因此根据不同的行业需求开发专用的皮带集中控制系统是十分必要的。

采用可编程控制器（PLC）控制系统有很多优点。①可靠性高，皮带机装置以PLC控制器为核心，系统具备强抗干扰和高可靠性特点，并且可以用于恶劣的环境中工作。②配置灵活，PLC在组态系统时就有极强的灵活性，处理能力强，当控制要求发生变化时只需改变程序就可以了，因此能灵活的进行系统配置组成不同的规模。③扩展性强，PLC具有很强的扩网和组网的能力，便于添加新的设备和皮带控制，相比传统的控制节省了大量财力和人力。

1系统设计的意义

采用PLC对皮带集中控制系统具有强大优势，这些优势体现在：

（1）高可靠性。由于工业生产过程是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月甚至几年就大修一次，所以这就要求PLC具有较高的可靠性，高可靠性是PLC的最突出特点之一。PLC采用微电子技术，所有I/O接口电路均采用光电隔离措施，使作业现场的外电路与PLC内部电路之间在电气上隔离。大量的开关动作由无触点的半导体完成，另外还采用了屏蔽和抗干扰措施。它的平均故障间隔时间为3万~5万h。

（2）丰富的I/O接口。由于保健品生产控制机只是整个工业生产过程自动控制系统中的控制中枢，为了实现对工业生产过程的控制，它还必须与各种工业现场的设备相连才能完成控制任务。因此，PLC除了具有计算机的基本功能（如CPU何存储器）以外，还有丰富的I/O接口模块与工业现场的器件或设备（如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、电动机启动器和控制阀等）直接相连。有些PLC还有通信模块和特殊功能模块等。

（3）灵活性。有了PLC，电气工程师不必为每套设备配置专用装置。如果控制系统的硬件设备采用相同的PLC，只需编写不同的应用软件即可。而且可以用一台PLC控制几台操作完全不同的设备。

（4）采用模块化结构。为了适应各种工业控制的需要，除单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC都采用模块化的结构。PLC的各个部件均采用模块化的设计，由机架及电缆将各模块连接起来。

（5）模拟调试。PLC能对所控功能在实验室内进行模拟调试，缩短在现场的调试时间。

（6）对现场进行监视。在PLC系统中，操作人员能通过显示器观测到所控每个节点的运行情况，随时监视事故发生点。

2系统的任务及要实现的主要功能

为了改变原有的继电器在皮带运输系统中的应用，而采用现代化可编程控制器PLC进行控制，进行S7-300PLC模块选型和外部连线设计。为了使集控系统更加完善，实现控制的可观化、清晰化，加入了触摸屏设计。它可以实时显示系统的运行情况和各种故障情况，进行及时的报警显示和记录。进行系统的软件设计，实现系统功能。最后分析控制系统产生干扰的原因，提出对应抗干扰措施。采用可编程控制器PLC对皮带集中控制系统（PLC皮带控制系统）可实现以下功能：

（1）智能控制：具有拟人的智力，在环境条件变化时能自主地完成控制目标的自动控制系统。

（2）顺序控制：按照规定的时间或逻辑的顺序，对某一工艺系统或主要辅机的多个终端控制元件进行一系列操作的控制系统。

（3）监控：对装备及系统的工作状态不间断地实时监测，并根据反馈信息自动对系统中异常部位实施相应措施的闭合自动控制作用。

3皮带集中控制系统工艺控制要求

本系统有集中、就地、检修三种工作模式。一般系统运行在集控工作模式下，当组成生产流水线时，本机根据前后闭锁关系自动启停，同时检测各检测保护一般系统运行在集控工作模式下设备的状况；运行就地工作模式时，操作员手动操作按钮启动/停止皮带机，所有保护设备均投入使用；运行检修工作模式时，操作员手动单台启动/停止皮带，保护设备可有选择性的投入使用。在检修模式下，可将使皮带低速运行。工作方式的改变，只有在皮带输送机不转时进行；皮带输送机运作时，不能改变其工作方式。

（1）程序设计中，报警停车等故障信号自动保持，即一旦发出故障信号，即使经维修后信号消失，计算机内仍保留信号故障状态，这时复位指令可以清除故障保持信号。

（2）皮带输送机按照逆流启动，顺流延时停车，并具有闭锁功能。

（3）对设备故障和工艺参数的异常实时报警，并进行声光提示，系统状态对位显示，更便于维护。

（4）可与电视系统配合，实时监视皮带机重点部位运行情况，以确保人员及设备的安全；具有喊话、打点通讯功能，基本实现无人值守。

（5）皮带运输机就地控制箱上设启停、起动预警按钮，设备启动前发出预警信号，提示有关人员应立即远离设备；现场可随时停车，若设备由集控启动，控制系统接到现场停车信号后，可作急停处理，实施故障停车操作。

（6）具有联网功能，能与全矿井自动化监控系统可靠的联接、实现全局监控。

4皮带输送机控制系统结构设计方案

本次设计中需要集中控制的皮带共有7条皮带，各皮带分部较广，现场控制点很分散，并且现场环境很恶劣。所以系统结构采用PROFIBUS-DP现场总线技术，组成主从系统结构。根据工艺流程规划，系统以PLC为控制主站，以每条皮带就地箱配备的远程I/OET200M为从站，共设7个从站，这样就节约了大量的电缆等材料。本系统由集中控制台、PLC控制柜、触摸屏、就地箱、各种保护传感器及执行器组成。完成一个系统内多条皮带多个设备全过程的控制、监测、构成一个完善的集中控制系统。其系统结构如图1所示。

5胶带输送机控制系统硬件选型

5.1PLC硬件设计

SIMATICS7-300系列PLC是模块化结构设计，各个单独模块之间可以进行单独组合和扩展，从而使控制系统设计更加灵活满足不同的应用需求。编程器PG用来为S7-300PLC编制程序，使用编程电缆连接编程器和CPU。通过PROFIBUS电缆可以实现S7-300CPU之间的通讯，以及与其他SIMATICS7PLC进行通讯。一根PROFIBUS总线电缆可以连接多个S7-300。S7-300PLC的主要组成部分有导轨（RACK）、中央处理单元模块（CPU）、电源模块（PS）、接口模块（IM）、功能模块（FM）、信号模块（SM）。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。

5.2外围设备硬件选型

系统有以下几部分组成：

（1）恒速闭环控制系统。由速度反馈和负载电流反馈组成。异步电机通过逆变器反馈驱动变负载，PLC控制逆变器的输出。

（2）变速开环控制系统。异步电机通过恒定的逆变器反馈驱动变负载。PLC是没有灵活性。

（3）准变速系统。由三相标准恒压恒频电源提供给异步电机来驱动变负载。闭环系统。

（4）去掉速度和负载反馈可得到开环系统。另一方面，如果整个控制系统是迂回的，系统可以实现。

控制系统是为测试转子损坏的异步电机而设计的，异步电机驱动作为变动负载的直流电机。三相电源和三相主开关联接，再和可以保护防止过电流的三相热继电器相连。继电器输出连接整流器，整流器调整三相电压，并且给IGBT逆变器提供直流输入。

6结束语

基于PLC的皮带运输系统是分布复杂，部件繁多，且又要求运行协调一致的连续运输系统。因此在皮带运输系统集中监视和控制，保证皮带的安全可靠运行，提高运输效率是很必要的。本系统设计是针对保健品生产厂的需求设计的，较为合理，操作简单，使用方便，同时具备人机交流界面友好控制效果较好等特点，使皮带的运行更加安全，更加可靠。

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