基于PLC和MCGS的帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)

梁波，田亞立

（寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院，寧夏銀川，750021）

0 引言

帶式輸送機(jī)是煤礦最主要的高效連接運(yùn)輸設(shè)備，具有長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、連續(xù)輸送且運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、集中化控制等優(yōu)點(diǎn)[1]。本文結(jié)合工程實(shí)際，設(shè)計(jì)了一套基于PLC 和MCGS 的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)，以由S7-200PLC和MM420控制兩條皮帶，現(xiàn)場(chǎng)配備跑偏、撕裂、煤位等八大保護(hù)裝置，由觸摸屏作為上位機(jī)，設(shè)計(jì)出監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)模型運(yùn)行穩(wěn)定可靠，應(yīng)用到教學(xué)中，節(jié)約成本，占地少，小投資高回報(bào)，使用靈活，利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高實(shí)驗(yàn)安全。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制過(guò)程

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的總體構(gòu)成框圖如圖1所示,該系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-200 PLC 作為主控制器。通過(guò)PLC輸出的數(shù)字信號(hào)控制兩臺(tái)西門(mén)子MM420變頻器，再由這兩臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)1號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)帶式輸送機(jī)的電機(jī)。PLC同時(shí)接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的跑偏傳感器、速度傳感器、煤位傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、撕裂傳感器、張力傳感器等傳送來(lái)的信號(hào)，分析并處理。采用觸摸屏可觀測(cè)到帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀況，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的啟停和參數(shù)設(shè)置。

1.2 控制過(guò)程

該系統(tǒng)控制要求有輸送帶聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí)，2號(hào)帶式輸送機(jī)、1號(hào)帶式輸送機(jī)的順序啟動(dòng)，啟動(dòng)前有1min的聲光報(bào)警，1min后，2號(hào)帶式輸送機(jī)先啟動(dòng)，10s后1號(hào)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)，系統(tǒng)啟動(dòng)期間要有聲光報(bào)警，起到警示作用；系統(tǒng)聯(lián)鎖停止時(shí)，按照1號(hào)帶式輸送機(jī)先停，10s后2號(hào)帶式輸送機(jī)停止。每條帶式輸送機(jī)可以獨(dú)立啟、停；觸摸屏主控界面可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶運(yùn)行情況及故障報(bào)警。保護(hù)控制有跑偏、速度、煤位、溫度、煙霧保護(hù)等八大保護(hù)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)分析控制要求，該系統(tǒng)需要22個(gè)輸入點(diǎn)和13個(gè)輸出點(diǎn)，選用西門(mén)子S7-200系列的CPU226 作為控制器，滿足設(shè)計(jì)要求。I/O 分配如表1 所示。

表1 I/O分配表

變頻器選用西門(mén)子MM420變頻器。上位機(jī)選用北京昆侖通態(tài)觸摸屏。電動(dòng)機(jī)選用型號(hào)為YB2-132M1-6 三相異步電動(dòng)機(jī)。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)通過(guò)西門(mén)子V4.0 STEP 7 Micro/WIN SP6 軟件按照控制要求編寫(xiě)梯形圖實(shí)現(xiàn)。編程采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，使程序修改方便，便于調(diào)試。編譯無(wú)誤的程序下載到PLC中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

3.1 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制程序主要是對(duì)兩條帶式輸送機(jī)的啟?？刂??？刂瞥绦蛄鞒倘鐖D2所示。當(dāng)按下聯(lián)鎖啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，提醒工作人員已準(zhǔn)備開(kāi)啟帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，兩條皮帶會(huì)按照控制要求逆序啟動(dòng)，其中的間隔時(shí)間可更改。當(dāng)需要聯(lián)鎖停止時(shí)，按下聯(lián)鎖停止按鈕，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，兩條皮帶按照控制要求順序停止。需要獨(dú)立啟停某條帶式輸送機(jī)時(shí)，可單獨(dú)操作相應(yīng)的啟停按鈕即可。

3.2 系統(tǒng)保護(hù)程序設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)具有跑偏、速度、煤位、溫度、超溫自動(dòng)灑水、煙霧、撕裂、斷帶保護(hù)控制。

3.2.1 跑偏保護(hù)

跑偏保護(hù)是對(duì)帶式輸送機(jī)的輸送帶的跑偏情況進(jìn)行監(jiān)控。本系統(tǒng)使用礦用GEJ30/GEJ45型跑偏傳感器，該傳感器輸出開(kāi)關(guān)量，有一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)，接點(diǎn)容量為DC24V/0.3A。該皮帶發(fā)生跑偏故障時(shí)，跑偏皮帶使得傳感器上的探桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)探桿轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度時(shí)，其內(nèi)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，PLC接收到信號(hào)后，及時(shí)進(jìn)行故障處理。故障處理后，傳感器的探桿自動(dòng)恢復(fù)原位。跑偏傳感器分別安裝在帶式輸送機(jī)的頭部、尾部，只要出現(xiàn)跑偏情況，跑偏傳感器會(huì)及時(shí)將獲取的信號(hào)傳送給PLC，PLC及時(shí)進(jìn)行處理。

圖2 控制程序流程圖

3.2.2 速度保護(hù)和控制

（1）啟動(dòng)停止時(shí)速度保護(hù)：當(dāng)啟停帶式輸送機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)需要平滑的轉(zhuǎn)速，以保證輸送帶的平穩(wěn)啟停，及整個(gè)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)的兩條帶式輸送機(jī)分別用兩臺(tái)變頻器控制啟、停速度。變頻器調(diào)速實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)速,還能達(dá)到節(jié)能的效果。

（2）運(yùn)行中的速度保護(hù)和控制：本系統(tǒng)采用GSH5（A）礦用速度傳感器測(cè)量帶式輸送機(jī)需要測(cè)試點(diǎn)的速度，當(dāng)被測(cè)速度不符合額定值時(shí)向PLC傳送信號(hào)。當(dāng)所測(cè)速度10s內(nèi)均在額定速度的50%--70%之間時(shí)，輸出信號(hào)由1Hz頻率信號(hào)轉(zhuǎn)為高電平狀態(tài)。當(dāng)所測(cè)速度小于額定速度的50%時(shí)，輸出信號(hào)瞬間發(fā)生變化，由1Hz頻率信號(hào)轉(zhuǎn)為高電平狀態(tài)。當(dāng)所測(cè)速度大于等于額定速度的110%時(shí)，輸出信號(hào)瞬間發(fā)生變化，由1Hz頻率信號(hào)轉(zhuǎn)為高電平狀態(tài)。

3.2.3 煤位保護(hù)

煤位保護(hù)對(duì)帶式輸送機(jī)輸送帶的卸煤點(diǎn)的煤位進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)卸煤點(diǎn)的煤發(fā)生堆積時(shí)，煤位超出設(shè)定位置并保持一段時(shí)間時(shí)，煤位傳感器將信號(hào)傳送至PLC，進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)。本系統(tǒng)采用GUJ30型堆煤傳感器，該傳感器輸出開(kāi)關(guān)量，有一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生堆煤時(shí)，傳感器的探桿被煤推移發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，其內(nèi)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，滿煤指示燈亮，PLC接收到信號(hào)后及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)堆煤保護(hù)。

3.2.4 溫度保護(hù)

帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)滾筒和皮帶會(huì)因摩擦產(chǎn)生高溫，采用溫度傳感器對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。本系統(tǒng)采用GWD42（A）溫度傳感器，該傳感器是對(duì)帶式輸送機(jī)被檢測(cè)處的溫度進(jìn)行非接觸式測(cè)量，當(dāng)被測(cè)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，將信號(hào)傳至PLC，PLC進(jìn)行處理。

3.2.5 超溫自動(dòng)灑水

自動(dòng)灑水裝置用于皮帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上打滑，使皮帶與驅(qū)動(dòng)滾筒摩擦，溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，溫度傳感器給PLC給信號(hào)，PLC立即開(kāi)啟自動(dòng)灑水裝置，進(jìn)行灑水降溫。

3.2.6 煙霧保護(hù)

煙霧保護(hù)是對(duì)皮帶因摩擦、電纜絕緣老化、煤層自燃等原因引起的火災(zāi)起到預(yù)防作用。GQQ0.1礦用煙霧傳感器是本系統(tǒng)選用的煙霧保護(hù)裝置，該傳感器輸出開(kāi)關(guān)量，探頭元件為氣敏型，可靠靈活。當(dāng)測(cè)得煙霧濃度≥0.1mg/m時(shí)，輸出低電平信號(hào)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)煙霧保護(hù)。安裝在帶式輸送機(jī)電機(jī)旁易發(fā)熱處。

3.2.7 撕裂保護(hù)

撕裂保護(hù)是對(duì)帶式輸送機(jī)的輸送帶是否撕裂進(jìn)行監(jiān)控。GVD300撕裂傳感器作為本系統(tǒng)采集皮帶是否撕裂的裝置。該傳感器采用壓敏式原理，輸出開(kāi)光量。PLC的輸入端接入撕裂傳感器的兩根引出線。皮帶沒(méi)有撕裂的情況時(shí)，傳感器處于斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)皮帶撕裂，有煤約1200g落入傳感器上，導(dǎo)點(diǎn)橡膠使鍵盤(pán)兩根引線短路，輸出低電平信號(hào)給PLC，PLC進(jìn)行處理，切斷皮帶機(jī)電源,實(shí)現(xiàn)撕帶保護(hù)，同時(shí)發(fā)出語(yǔ)言報(bào)警信號(hào)，防止事故擴(kuò)大。

3.2.8 斷帶保護(hù)

斷帶保護(hù)是對(duì)輸送帶張緊程度的保護(hù)。當(dāng)張力傳感器檢測(cè)到輸送帶過(guò)松或過(guò)緊，超過(guò)設(shè)定值時(shí)，會(huì)將信號(hào)傳至PLC，PLC啟動(dòng)報(bào)警，并停止帶式輸送機(jī)的運(yùn)行。

4 系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用北京昆侖通態(tài)觸摸屏，替代了傳統(tǒng)控制面板和鍵盤(pán)的智能化操作顯示器，完成對(duì)系統(tǒng)硬件各種故障的診斷、報(bào)警、數(shù)字設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示等。它具有體積變小，幾乎不占空間，連線簡(jiǎn)單化的優(yōu)點(diǎn)。觸摸屏采用PROFIBUS -DP與PLC進(jìn)行通訊。

主監(jiān)控畫(huà)面中放置有兩條帶式輸送機(jī)、各種控制按鈕、帶式輸送機(jī)八大保護(hù)指示燈。輸送帶報(bào)警系統(tǒng)的監(jiān)控畫(huà)面可根據(jù)報(bào)警的類型與方式組態(tài)，如圖3所示。

圖3 主監(jiān)控畫(huà)面

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)結(jié)合PLC和觸摸屏技術(shù)，使該系統(tǒng)能夠?qū)捷斔蜋C(jī)實(shí)現(xiàn)控制和保護(hù)，并能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該模型解決了教學(xué)中帶式輸送機(jī)設(shè)備占地面積大，成本高的問(wèn)題，使學(xué)生易于掌握帶式輸送機(jī)電氣控制系統(tǒng)的PLC技術(shù)與MCGS技術(shù)的綜合應(yīng)用。