接觸器輔觸點(diǎn)在送料系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄧純柳

（福建三鋼冶金建設(shè)有限公司，福建 三明 365000）

1 引言

當(dāng)前，現(xiàn)代企業(yè)的自動(dòng)化程度不斷提高，數(shù)控、變頻器、伺服機(jī)等精細(xì)化程控設(shè)備比比皆是。但是，使用接觸器控制電動(dòng)機(jī)三相動(dòng)力源的設(shè)備依然占絕大多。接觸器的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，適合控制要求不高、生產(chǎn)工藝較為粗放的工廠設(shè)備，以及受一定條件制約，暫時(shí)無法技改的老舊設(shè)備。特別是交流接觸器配合異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛，在各類送料系統(tǒng)的皮帶機(jī)控制中，更是以三相交流接觸器控制為主。本文主要以接觸器輔助觸點(diǎn)在皮帶送料系統(tǒng)中的應(yīng)用為例，研究接觸器輔助觸點(diǎn)在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)中應(yīng)用的重要意義。

本文程序?qū)嵗貓D通過西門子TIA Portal V15.1 結(jié)合仿真軟件進(jìn)行調(diào)試和說明，程序編寫方式僅供參考。

2 控制方法及信號(hào)定義

2.1 控制接觸器的接線方法

在送料系統(tǒng)中，控制皮帶機(jī)三相交流接觸器一般僅需使用一個(gè)PLC 數(shù)字量輸出點(diǎn)，該輸出點(diǎn)為“1”時(shí)，接觸器吸合；輸出點(diǎn)為“0”時(shí)，接觸器釋放（見圖1）。

圖1 的兩套原理圖分別針對(duì)兩種最具代表性的數(shù)字量輸出模塊的接線方法。方法1 適合數(shù)字量輸出點(diǎn)不帶電源的模塊；方法2 適合數(shù)字量輸出點(diǎn)自帶電源的模塊。

圖1 數(shù)字量輸出模塊控制接觸器的原理圖

同時(shí)，可以使用兩個(gè)PLC 數(shù)字量輸出點(diǎn)，分別控制交流接觸器的吸合與釋放，每次控制時(shí)輸出點(diǎn)和所在隔離繼電器只需要短時(shí)間得電。如果通過軟啟動(dòng)器控制，一般使用兩個(gè)輸出點(diǎn)分別控制的方法[1]。

這兩種方法都需要配合隔離繼電器實(shí)現(xiàn)，圖1 中的KA1、KA2 就是隔離繼電器，其不但可以發(fā)揮保護(hù)和隔離兩路電氣元件（主要是PLC 模塊）的作用，更重要的是它可以利用PLC 輸出的小功率信號(hào)控制三相交流主接觸器的大功率線圈（見圖2）。

圖2 接觸器反饋到數(shù)字量輸入模塊的原理圖

2.2 接觸器輔助觸點(diǎn)反饋到PLC 的接線方法

除了控制交流接觸器的吸合與釋放，還需要在交流接觸器的輔助觸點(diǎn)上接一個(gè)反饋信號(hào)到自動(dòng)控制系統(tǒng)（PLC）的數(shù)字量輸入模塊，該輔助觸點(diǎn)一般使用常開觸點(diǎn)，具體如圖2所示（兩種接線方法的區(qū)別同圖1）。將接觸器輔助觸點(diǎn)接入控制系統(tǒng)的意義是控制程序檢測(cè)到該設(shè)備接觸器反饋信號(hào)為“1”時(shí)，表示該設(shè)備接觸器處于吸合狀態(tài)，若主回路三相電源已送電，該設(shè)備在線路完整且功能正常的情況下，電動(dòng)機(jī)已經(jīng)工作；自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到該反饋信號(hào)為“0”時(shí)，表示該設(shè)備接觸器處于釋放狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)停止工作。通常，人們將交流接觸器輔助常開觸點(diǎn)接到自控系統(tǒng)數(shù)字量輸入點(diǎn)的信號(hào)稱為“接觸器反饋”或“皮帶運(yùn)行信號(hào)”。

3 信號(hào)的可靠性及改進(jìn)措施

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，皮帶機(jī)運(yùn)行的反饋信號(hào)是皮帶三相交流主接觸器吸合后的反饋，它比PLC 輸出的令主接觸器動(dòng)作的信號(hào)，更能反映出皮帶機(jī)啟動(dòng)后的電氣線路的狀態(tài)。雖然從這個(gè)反饋信號(hào)并不能直接確定皮帶機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)，并正常運(yùn)行，但可以通過控制回路的一些接線技巧、附加觸點(diǎn)和判斷程序，增強(qiáng)接觸器反饋信號(hào)的可靠性，以獲得更為肯定、準(zhǔn)確的信號(hào)[2]。

①在條件允許的情況下，同一個(gè)主接觸器上并聯(lián)兩個(gè)或兩個(gè)以上的常開觸點(diǎn)作為接觸器反饋信號(hào)，再接入PLC 數(shù)字量輸入模塊，減少因常開觸點(diǎn)接觸不良產(chǎn)生的誤判，以獲得更為準(zhǔn)確的信號(hào)。

②將控制回路的電源進(jìn)線從三相主回路斷路器（空氣開關(guān)）的前端改到后端，可以避免因主回路三相斷路器沒有合閘，或因故障產(chǎn)生分?jǐn)嗪?，接觸器依然可以正常吸合動(dòng)作的缺陷。

③使用帶有輔助觸點(diǎn)的三相主回路斷路器，將其輔助點(diǎn)接入PLC 數(shù)字量輸入模塊作為三相主回路已上電的聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)，或?qū)⑵漭o助常開點(diǎn)接入主接觸器的控制回路，在斷路器分?jǐn)嗟耐瑫r(shí)，斷開控制回路。

④通過將電機(jī)保護(hù)控制器或熱繼電器等保護(hù)器動(dòng)作的信號(hào)（常開）接到PLC 數(shù)字量輸入模塊，在保護(hù)設(shè)備動(dòng)作時(shí)，及時(shí)切斷該皮帶的輸出信號(hào)。

4 實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 輸出指示信號(hào)

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，采集的接觸器反饋信號(hào)最常用于人機(jī)界面（HMI）的顯示，這在人機(jī)界面（HMI）軟件或觸摸屏軟件上均容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，可以利用這個(gè)反饋信號(hào)，直接或間接讓PLC 的數(shù)字量輸出模塊控制電控箱、操作箱等設(shè)備上的指示燈、報(bào)警器或其他裝置，用于指示或報(bào)警[3]。輸出指示信號(hào)的通道應(yīng)采取就近原則。在最終輸出的邏輯關(guān)系前，可以加入其他條件，對(duì)指示信號(hào)的輸出進(jìn)行過濾和判斷。

4.2 上下聯(lián)鎖關(guān)系

在料場(chǎng)控制系統(tǒng)中，最終物料流送達(dá)的目標(biāo)設(shè)備應(yīng)最先啟動(dòng)，然后依次啟動(dòng)物料流的源頭控制設(shè)備，最后完成整個(gè)系統(tǒng)全部設(shè)備的聯(lián)鎖啟動(dòng)。在送料自動(dòng)控制系統(tǒng)中，皮帶的上下級(jí)聯(lián)鎖可以使用PLC 輸出信號(hào)，也可以使用PLC 輸入信號(hào)，但基于安全和設(shè)備的總體規(guī)律而言，建議只使用皮帶運(yùn)行的反饋信號(hào)，即PLC 輸入信號(hào)。因生產(chǎn)和環(huán)保的需要，在料場(chǎng)中，可能引入一些除塵環(huán)保設(shè)備，這些設(shè)備需要隨皮帶的啟動(dòng)而開啟，在皮帶停機(jī)后延時(shí)一段時(shí)間關(guān)閉，這些都需要依靠皮帶接觸器反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

4.3 接觸器故障

由PLC 數(shù)字量輸出模塊的對(duì)應(yīng)點(diǎn)到皮帶主接觸器的動(dòng)作，是一個(gè)較為單純的控制回路，但是PLC 發(fā)出輸出信號(hào)后，接觸器能否正常吸合，為皮帶電動(dòng)機(jī)三相供電，是自動(dòng)控制程序需要明確的。如果PLC 發(fā)出輸出信號(hào)后，并沒有在很短的時(shí)間內(nèi)（一般為毫秒級(jí)）收到接觸器反饋信號(hào)，我們就能判斷接觸器控制回路出現(xiàn)了“故障”[4]。

①接觸器故障在程序中的判定。接觸器故障全稱為接觸器無反饋故障，是接觸器在應(yīng)該吸合時(shí)，PLC 沒有收到吸合反饋信號(hào)而判定的故障。該故障可以根據(jù)圖3 所示的程序判斷。

圖3 接觸器無反饋故障的判斷程序

②根據(jù)圖3 可知，程序斷定的邏輯思路是：PLC 輸出1 號(hào)皮帶啟動(dòng)指令Q0.0 后，一般在1 s 內(nèi)，接觸器控制回路正常時(shí)，接觸器應(yīng)該迅速、可靠吸合，如果在1 s 時(shí)間內(nèi)PLC 沒有接收到1 號(hào)皮帶接觸器的運(yùn)行反饋信號(hào)，即接觸器輔助常開觸點(diǎn)吸合的信號(hào)，程序通過SR 觸發(fā)器使M10.0 標(biāo)志置“1”。

③在M10.0 標(biāo)志，即1 號(hào)皮帶接觸器故障被置“1”后，需要該標(biāo)志觸發(fā)皮帶綜合故障（中間標(biāo)志），用以斷開皮帶啟動(dòng)的輸出程序，也可直接使用該點(diǎn)斷開皮帶啟動(dòng)的輸出程序。該方法在實(shí)際應(yīng)用中是非常重要的，對(duì)于其他由接觸器控制的設(shè)備來說也是通用的。但對(duì)于皮帶自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)順序啟動(dòng)或停機(jī)，該故障反映的不只是斷開本身的輸出信號(hào)，同時(shí)斷開了上游皮帶（源頭設(shè)備），這是該項(xiàng)應(yīng)用在送料系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)系中的重要體現(xiàn)。

④自動(dòng)控制程序在接通皮帶接觸器故障后，應(yīng)第一時(shí)間通過HMI 以醒目的方式反饋給主控人員，讓主控人員確實(shí)了解當(dāng)前故障，并具備報(bào)警記錄。主控通知檢修人員對(duì)控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查、維護(hù)。需要再次投入運(yùn)行之前，通過HMI 上的“故障復(fù)位”按鈕，對(duì)皮帶接觸器故障進(jìn)行復(fù)位，該復(fù)位按鈕在HMI 上應(yīng)有操作記錄。

⑤故障復(fù)位后，可進(jìn)行試機(jī)。在試機(jī)時(shí)，若沒有聽到接觸吸合的聲音，可檢查相應(yīng)的PLC 數(shù)字量輸出通道到接觸器線圈的回路，以及接觸器元件本體。若聽到接觸器吸合，1 s 后又?jǐn)嚅_，可檢查接觸器反饋觸點(diǎn)，及反饋信號(hào)到PLC 數(shù)字量輸入通道的回路是否正常。整個(gè)故障的檢查、判斷和處理是比較方便、簡(jiǎn)易的。

4.4 配合其他設(shè)備的使用

在送料自動(dòng)控制系統(tǒng)中，對(duì)設(shè)備特別是對(duì)皮帶機(jī)的保護(hù)非常重要，因?yàn)槠C(jī)普遍存在體積大，隱患多，維護(hù)成本高、難度大等問題，所以其保護(hù)開關(guān)種類繁多，例如，縱向撕裂開關(guān)、皮帶速度打滑檢測(cè)器等，需要在皮帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)后發(fā)出信號(hào)，所以我們需要使用皮帶接觸器運(yùn)行反饋信號(hào)，聯(lián)合該皮帶的打滑開關(guān)判斷皮帶是否打滑，或者是否存在異常（見圖4）。

圖4 皮帶打滑故障的判斷程序

①圖4 所示的程序中提及的2 號(hào)皮帶打滑開關(guān)（I4.0）的現(xiàn)場(chǎng)裝置，安裝在皮帶尾輪表面的下方，通過直接與皮帶表面產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，帶動(dòng)打滑開關(guān)滾輪旋轉(zhuǎn)，在達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，打滑開關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合。

②在圖4 程序中，2 號(hào)皮帶啟動(dòng)后，運(yùn)行反饋I0.1 置“1”，啟動(dòng)開始的幾秒內(nèi)2 號(hào)皮帶打滑開關(guān)即I4.0，因打滑開關(guān)滾輪未達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，所以并不能立即分?jǐn)唷Ｍㄟ^10 s 延時(shí)，2號(hào)皮帶結(jié)束啟動(dòng)過程，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，打滑開關(guān)應(yīng)正常動(dòng)作，程序中的I4.0 由“1”變?yōu)椤?”，所以并不會(huì)產(chǎn)生2 號(hào)皮帶打滑（M10.3）的故障報(bào)警。反之，在皮帶運(yùn)行過程中，膠帶面無法達(dá)到一定的傳送速度，在持續(xù)10 s 后，將發(fā)出“打滑報(bào)警”。相關(guān)人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)皮帶輸送機(jī)的大小、工況及傳送的物料等，修改延時(shí)時(shí)間，以達(dá)到最佳的控制和保護(hù)效果。

③圖5 中的程序是上文提到的皮帶運(yùn)行反饋聯(lián)鎖除塵設(shè)備的示例。在1 號(hào)皮帶現(xiàn)場(chǎng)安裝1 號(hào)除塵設(shè)備，根據(jù)環(huán)保工藝要求，在除塵設(shè)備自動(dòng)控制時(shí)，與1 號(hào)皮帶同時(shí)啟動(dòng)；在1 號(hào)皮帶停機(jī)后，由于粉塵不會(huì)立即沉降，所以需要延時(shí)0.5 min 再關(guān)閉除塵設(shè)備。在程序中除塵設(shè)備也可以由上位機(jī)的HMI 遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，靈活方便。

圖5 皮帶運(yùn)行反饋聯(lián)鎖控制除塵設(shè)備的程序

5 結(jié)語

皮帶輸送機(jī)使用三相異步電動(dòng)機(jī)的接觸器控制，線路簡(jiǎn)明、成本低廉、故障率低、維護(hù)方便、應(yīng)用廣泛，所以充分利用接觸器控制中的運(yùn)行反饋信號(hào)，結(jié)合可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)，研究、應(yīng)用和完善皮帶等設(shè)備的聯(lián)鎖控制、故障預(yù)警和設(shè)備保護(hù)具有重要意義，這也是企業(yè)中利用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備優(yōu)化控制系統(tǒng)、提升安全生產(chǎn)管理水平的典范。