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物料輸送系統(tǒng)在產(chǎn)品包裝、流水作業(yè)、檢測(cè)等相關(guān)行業(yè)中應(yīng)用廣泛，但對(duì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性以及自動(dòng)化水平要求都很高。某水泥廠有運(yùn)輸皮帶16條，分別將水泥運(yùn)往包裝庫(kù)或散庫(kù)。該水泥廠采用傳統(tǒng)繼電器、接觸器控制方式的物料輸送控制系統(tǒng)，由于該類控制系統(tǒng)電氣元件多、安裝比較分散，控制系統(tǒng)復(fù)雜、操作難度大、并且安裝和維修工作量大、修改控制方案艱難，從而大大影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率［1］。另外由于水泥廠環(huán)境較惡劣，加之皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)使用年限較長(zhǎng)，所以故障率高，可靠性低，急需改造或重建。在排除了對(duì)運(yùn)輸線進(jìn)行改造的方案后，決定對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行重建。在設(shè)計(jì)方案上采用了PLC與變頻器相結(jié)合的控制方式。
1運(yùn)輸線設(shè)計(jì)方案
1)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)采用自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制方式，由自動(dòng)/手動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。全部設(shè)備的操作在主控制室里進(jìn)行，系統(tǒng)與設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可以在控制室的控制界面中觀察，工作人員可在控制界面中控制各設(shè)備的起停。
2)系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)各皮帶電機(jī)按逆物料流方向啟動(dòng)，系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)各皮帶電機(jī)按順物料方向停機(jī)，以避免皮帶上物料堆積。
3)在各皮帶兩側(cè)設(shè)跑偏開(kāi)關(guān)，皮帶跑偏超過(guò)10°時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，跑偏超過(guò)20°時(shí)發(fā)出警告信號(hào)并強(qiáng)制停機(jī)。
4)在傳送帶上設(shè)置物重傳感器，傳送帶上的物重轉(zhuǎn)換后經(jīng)PLC的PID運(yùn)算器進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算后，作為變頻器的給定頻率．對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)控制。
5)上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示系統(tǒng)及各設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)報(bào)警、緊急停機(jī)等事件做出實(shí)時(shí)記錄。
2PLC控制的硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)該廠車間工藝的特點(diǎn)及控制任務(wù)，本方案控制系統(tǒng)的主控制器選用了S7—300可編程控制器，并以主從方式通過(guò)PROFIBUSDP纜線完成連接。上位監(jiān)控機(jī)設(shè)置在中心控制室，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)（plc皮帶控制系統(tǒng)）來(lái)控制變頻器的起動(dòng)停止操作。系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)經(jīng)PLC處理后對(duì)直接與變頻器連接的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制．并通過(guò)PLC對(duì)各電機(jī)進(jìn)行短路、斷路以及過(guò)流、過(guò)載等情況的監(jiān)測(cè)及保護(hù)。PLC及變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，硬件選型如表1所示。
3控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)在本系統(tǒng)中，作為上位機(jī)與PLC進(jìn)行通信，并實(shí)時(shí)采集皮帶跑偏信號(hào)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)顯示仿真畫(huà)面及測(cè)試數(shù)據(jù)的是工業(yè)控制計(jì)算機(jī);而根據(jù)外部的輸入信號(hào)，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的程序，控制變頻器、電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能是皮帶控制PLC，它同時(shí)承擔(dān)向上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送工作組態(tài)信息，接收上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的事故停機(jī)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)事故停機(jī)處理功能并啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備的任務(wù)。
2)本系統(tǒng)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。在手動(dòng)方式下，皮帶電機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制;在自動(dòng)方式下，以各皮帶電機(jī)作為控制對(duì)象，按逆物料方向順序起動(dòng)，按順物料方向順序停止;故障時(shí)要停掉本段及前面所有的傳送帶;另外利用物重傳感器檢測(cè)皮帶上物體的重量信號(hào)，將信號(hào)送入PLC后利用PLC內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器計(jì)算后產(chǎn)生的的控制信號(hào)送變頻器去控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速。
4控制軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)核心是運(yùn)輸帶電機(jī)控制程序，其次是PID控制程序。
4．1運(yùn)輸電機(jī)控制程序
運(yùn)輸電機(jī)控制程序除了控制度電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)外，主要考慮避免物料堆積而需要控制各皮帶電機(jī)起、停順序和故障停機(jī)順序［2］。舉例:以運(yùn)往包裝庫(kù)的A線自動(dòng)控制方式為例，A線由1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)皮帶組成。1號(hào)為近端皮帶，3號(hào)為遠(yuǎn)端皮帶，控制程序流程如圖4所示。
plc皮帶控制系統(tǒng)
啟動(dòng)時(shí)，先啟動(dòng)遠(yuǎn)端的3號(hào)皮帶，然后檢測(cè)3號(hào)皮帶的運(yùn)行信號(hào)，如果檢測(cè)到3號(hào)帶有運(yùn)行信號(hào)，則啟動(dòng)2號(hào)帶，如果檢測(cè)不到3號(hào)帶的運(yùn)行信號(hào)，則不能啟動(dòng)2號(hào)帶，其他皮帶起動(dòng)順序依此類推。停止時(shí)，先停進(jìn)料口，先檢測(cè)進(jìn)料口的關(guān)閉信號(hào)，如果檢測(cè)到時(shí)料口關(guān)閉，且1號(hào)帶上物品已運(yùn)出，即1號(hào)皮帶空，則先停近端的1號(hào)皮帶，如果檢測(cè)不到進(jìn)料口關(guān)閉信號(hào)，或檢測(cè)不到1號(hào)皮帶上物品運(yùn)出的信號(hào)，則不能關(guān)閉1號(hào)帶，其它們皮帶停止順序依此類推。故障時(shí)，若1號(hào)帶故障，則將進(jìn)料口關(guān)閉，2號(hào)，3號(hào)繼續(xù)運(yùn)行直至將皮帶上的物品運(yùn)出為止;若2號(hào)故障，則將進(jìn)料口關(guān)閉，1號(hào)，2號(hào)皮帶都關(guān)閉。若3號(hào)故障，剛將整條運(yùn)輸線包括進(jìn)料口全部關(guān)閉。按此順序起停各段皮帶，將有效防止物料堆積。
4．2PID控制程序
物重傳感器檢測(cè)到物重后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，送入PLC與設(shè)定好的相應(yīng)物重值進(jìn)行比較，經(jīng)PIC內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出輸出信號(hào)，用以控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
這樣得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)恒定，且波動(dòng)比較小，皮帶張力恒定［3］。S7－300系列PLC中的CPU315－2DP提供了PID運(yùn)算指令。應(yīng)用時(shí)與PLC配套的STEP7Micro/Win編程軟件通過(guò)梯形圖設(shè)定PID控制參數(shù)。
5系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果
1)采用S7—300PLC技術(shù)的水泥傳送帶運(yùn)輸系統(tǒng)，運(yùn)行效果良好，可以對(duì)物料進(jìn)行自動(dòng)控制，也可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)．實(shí)踐證明重建后系統(tǒng)故障率降低、工作可靠提高、性能更穩(wěn)定，操作更方便，且整個(gè)系統(tǒng)易于維護(hù)，生產(chǎn)效率大大提高．另外可以通過(guò)設(shè)置應(yīng)用軟件參數(shù)隨時(shí)改變工藝參數(shù)，使系統(tǒng)的靈活性大大提高。
2)本控制系統(tǒng)根據(jù)傳送帶上的載量大小利用變頻器來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因?yàn)檎{(diào)速范圍寬，系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)是:綜合節(jié)電效果更好，綜合用電僅為傳統(tǒng)系統(tǒng)的80%～85%。并且功率因數(shù)提高到0．97，所以經(jīng)濟(jì)效益好。另外由于變頻器的軟啟動(dòng)功能，通過(guò)電機(jī)的慢速起動(dòng)帶動(dòng)帶式輸送機(jī)緩緩起動(dòng)使起動(dòng)過(guò)程中形成的張力波很小，大大減少起動(dòng)過(guò)程對(duì)傳送帶的損害。

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