三菱PLC控制帶式輸送機(jī)物料輸送系統(tǒng)的應(yīng)用

李歡良

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 教育培訓(xùn)中心，江西 貴溪 335421）

三菱PLC控制帶式輸送機(jī)物料輸送系統(tǒng)的應(yīng)用

李歡良

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 教育培訓(xùn)中心，江西 貴溪 335421）

帶式輸送機(jī)在江銅各大廠礦得到廣泛應(yīng)用，它的控制形式有繼電接觸器、單片機(jī)、微機(jī)和PLC控制等多種形式。根據(jù)江銅輸送礦石的實(shí)際需求和應(yīng)用，提出多級帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)帶式輸送機(jī)的工作流程和控制要求，利用三菱FX2N系列PLC的集中控制和簡單可視化的程序開發(fā)設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)物料輸送控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)條件、控制要求，分析輸入輸出地址，設(shè)計(jì)了電路圖、接線圖和梯形圖，對PLC進(jìn)行了選型、程序的編制，并對程序進(jìn)行模擬仿真，確保程序的可運(yùn)行性。

帶式輸送機(jī)；自動控制；PLC；編程；選型

1 引言

帶式輸送機(jī)作為一種重要的物料輸送設(shè)備，由于它的輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、成本低、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建筑和化工等各行各業(yè)中，輸送各種散狀物料及成件物品，它既可以單臺實(shí)現(xiàn)輸送，也可與其他帶式輸送機(jī)組成水平或傾斜的復(fù)雜輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸系統(tǒng)的自動化控制。帶式輸送機(jī)在江銅也有廣泛應(yīng)用，隨著江銅各廠礦規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的控制形式已經(jīng)滿足不了發(fā)展的速度，需要對帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的性能、保護(hù)裝置的控制要求以及運(yùn)行的穩(wěn)定性要求等不斷提高，以適應(yīng)企業(yè)不斷發(fā)展過程中的生產(chǎn)需求。

2 PLC簡介與應(yīng)用

在帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)中，PLC控制方式已成為一種重要的基本控制單元。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價比高、簡單、方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動控制的首選裝置［1］。

PLC即可編程控制器（Programmable Logic Controller），是為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需求而產(chǎn)生的，它由原來的繼電器、接觸器控制換成了計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動化。它不僅具有邏輯控制功能，還能進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送，而且隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，它的控制功能越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)過程控制不可或缺的現(xiàn)場設(shè)備。PLC的硬件組成主要包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口、外部設(shè)備接口、編程裝置和電源等部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它通過改變程序來改變控制功能，可以針對具體問題研發(fā)各種專用的編程指令及編程軟件。

圖1 PLC結(jié)構(gòu)框圖

目前，以PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動控制［2］。隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。它的應(yīng)用大致可以分為以下幾種類型：

（1）開關(guān)量的邏輯控制，例如：紅綠燈、機(jī)械手、帶式輸送機(jī)、生產(chǎn)流水線和電梯。

（2）運(yùn)動控制，例如：各類機(jī)床、機(jī)械設(shè)備的位置控制。

（3）過程控制，例如：恒壓供水、鍋爐和化學(xué)反應(yīng)。

（4）數(shù)據(jù)處理，例如：自動售貨機(jī)和密碼鎖。

（5）通信聯(lián)網(wǎng)，例如：PLC與計(jì)算機(jī)、PLC與PLC、PLC與觸摸屏以及其它設(shè)備之間的通信聯(lián)網(wǎng)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)條件

帶式輸送機(jī)的驅(qū)動裝置是設(shè)備的動力來源，它由電動機(jī)、偶合器、減速器、聯(lián)軸器以及傳動滾筒組成。驅(qū)動裝置一般由1臺或2臺電動機(jī)驅(qū)動1臺傳動滾筒，大功率或特殊場合可由多臺電動機(jī)帶動多個傳動滾筒進(jìn)行驅(qū)動。帶式輸送機(jī)的電氣保護(hù)裝置主要有急停按鈕、雙向拉繩開關(guān)、皮帶跑偏檢測開關(guān)、皮帶打滑檢測開關(guān)、皮帶防撕裂檢測開關(guān)等。

帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)是一個高效率的傳送分配物料系統(tǒng)。它包括控制料斗下料、皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)、停止、物料運(yùn)輸、安全保護(hù)開關(guān)等多個工作單元。它們既相互獨(dú)立，又同時相互協(xié)作完成復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)。

圖2是江銅某廠輸送原料的帶式輸送機(jī)工作示意圖，由三級帶式輸送機(jī)系統(tǒng)組成。

圖2 帶式輸送機(jī)工作示意圖

物料從料斗下料，經(jīng)過3臺輸送機(jī)A、B、C送至料倉內(nèi)。料斗由電動推桿電機(jī)M0驅(qū)動，輸送機(jī)A、B、C分別用3臺電動機(jī)M1、M2、M3驅(qū)動，電動推桿電機(jī)M0以及3臺電動機(jī)M1、M2和M3分別由接觸器KMl、KM2、KM3、KM4進(jìn)行控制。每臺電動機(jī)均有短路及過載保護(hù)開關(guān)。圖3是帶式輸送機(jī)控制主電路圖。

圖3 主電路圖

3.2 控制要求

（1）初始狀態(tài)。帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)全部為關(guān)閉狀態(tài)。

（2）啟動要求。為避免造成物料堆積，啟動時需要逆物料流動方向逐臺啟動各臺電動機(jī)，其時間間隔為5s，系統(tǒng)啟動順序?yàn)镸3→延時5s→M2→延時5s→M1→延時5s→M0，同時用4個指示燈來指示系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，正常運(yùn)行時指示燈亮燈為綠色。

（3）停止要求。為了避免輸送帶上殘留物料，停止時要求順物料流動方向逐臺停止各臺電動機(jī)，其時間間隔為1min，其停止順序?yàn)镸0→延時1min→M1→延時1min→M2→延時1min→M3。

（4）緊急停止要求。為保證意外發(fā)生時的安全，在緊急情況下，還要有急停按鈕，當(dāng)急停按鈕按下時，無條件地把M1、M2 、M3 、M0全部同時停止。

急停雙向拉繩開關(guān)主要用于帶式輸送機(jī)緊急停機(jī)。當(dāng)帶式輸送機(jī)現(xiàn)場出現(xiàn)緊急事故時，現(xiàn)場工作人員可在帶式輸送機(jī)兩側(cè)任意地點(diǎn)拉動急停雙向拉繩開關(guān)的鋼絲繩，使帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)立即停機(jī)。排查、解除故障，確認(rèn)系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)后，拉出急停雙向拉繩開關(guān)的復(fù)位桿，人工手動復(fù)位，使帶式輸送機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。

（5）必要的短路、過載、連鎖保護(hù)。

（6）報警系統(tǒng)。利用皮帶跑偏檢測開關(guān)、打滑檢測開關(guān)、物料超高檢測開關(guān)、縱向撕裂檢測開關(guān)等作為帶式輸送機(jī)的報警系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

①跑偏檢測開關(guān)：帶式輸送機(jī)輸送帶出現(xiàn)一定跑偏時，檢測開關(guān)會發(fā)出報警信號，使跑偏指示燈亮。當(dāng)跑偏達(dá)到開關(guān)設(shè)置的極限位置時，系統(tǒng)斷電停止運(yùn)行。跑偏檢測開關(guān)本身并不能調(diào)整輸送帶的跑偏，它只能通過PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報警和自動停機(jī)。

②打滑檢測開關(guān)：在啟動或運(yùn)行過程中，帶式輸送機(jī)輸送帶與傳動滾筒之間出現(xiàn)打滑時，檢測開關(guān)會發(fā)出報警信號，使打滑指示燈亮，同時系統(tǒng)停止運(yùn)行，避免因皮帶打滑造成安全事故。

③物料超高檢測開關(guān)：當(dāng)物料超高時，超高指示燈亮。如果在設(shè)置時間內(nèi)物料恢復(fù)到正常狀態(tài)，則指示燈自動熄滅；如果不能自動恢復(fù)，其前面的所有裝置都停止運(yùn)行，當(dāng)物料恢復(fù)到正常高度時指示燈熄滅。

④縱向撕裂檢測開關(guān)：帶式輸送機(jī)物料輸送過程中，由于混雜在物料中的金屬等尖硬物體刺穿輸送帶，造成輸送帶縱向撕裂事故時，縱向撕裂檢測開關(guān)進(jìn)行報警和緊急停車。

4 控制系統(tǒng)的組成及選型

控制系統(tǒng)主要由控制面板、可編程控制器（PLC）組成。選擇用PLC來控制帶式輸送機(jī)的整個運(yùn)行過程，使得系統(tǒng)的電路變得簡明清晰，而且便于日后的運(yùn)行維護(hù)。

4.1 控制面版

控制面版，如圖4所示，主要由各類檢測開關(guān)報警指示燈、各臺電動機(jī)運(yùn)行指示燈、單臺電動機(jī)的運(yùn)行/停止按鈕、整個控制系統(tǒng)的啟動按鈕與停止按鈕以及系統(tǒng)的急停按鈕等構(gòu)成。

圖4 控制面版

4.2 選擇PLC

根據(jù)控制要求和設(shè)計(jì)的需要，控制系統(tǒng)控制4臺電動機(jī)的啟動及停止，輸入和輸出端子都不超過16個，所以我們選擇PLC的型號為三菱FX2N-48，除能滿足設(shè)計(jì)要求外，還有一定的余量［3］。三菱FX系列PLC是一種小型機(jī)，速度快、性能先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、價格適中，是三菱PLC家族中比較先進(jìn)的系列，能滿足各種控制的需要，為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 它可以在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合，可選用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展，可根據(jù)電源以及輸出形式，自由選擇。程序容量內(nèi)置8K步，最大可擴(kuò)充至16K步［4］。

5 程序編制

5.1 分配PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)

帶式輸送機(jī)用三菱FX2N-48型PLC通過程序來控制系統(tǒng)的運(yùn)行與停止。所設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)共有11個輸入點(diǎn)，其中7個輸入按鈕：啟動按鈕、停止按鈕、急停按鈕各1個，單臺電動機(jī)的啟動/停止按鈕4個；保護(hù)開關(guān)4個。輸出點(diǎn)共有8個：控制4臺電動機(jī)的4個接觸器、4個保護(hù)開關(guān)對應(yīng)的4盞指示燈，如表1所示。

表1 輸入/輸出地址表

其接線圖如圖5所示。

圖5 接線圖

5.2 程序的設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行通過PLC程序來實(shí)現(xiàn)?？刂埔笫菃訒r需要逆物料流動方向逐臺啟動各臺電動機(jī)，其時間間隔為5s，以防止輸送帶上物料的堆積。停止時，為了避免輸送帶上殘留物料，要求順物料流動方向逐臺停止各臺電動機(jī)，其時間間隔為1min。另外帶式輸送機(jī)配置的報警指示燈、每臺電動機(jī)的啟動/停止指示燈均受PLC控制。

控制系統(tǒng)的動作順序流程圖如圖6所示。

圖6 流程圖

實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)其中一個重要步驟是編寫程序。結(jié)合本系統(tǒng)流程圖和接線圖，可編寫出PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的梯形圖和指令語句表，圖7為該控制系統(tǒng)的部分梯形圖，表2為該控制系統(tǒng)的指令語句表。

圖7 部分梯形圖

表2 指令語句表

5.3 調(diào)試

控制系統(tǒng)的調(diào)試，首先采用GX-Simulator6仿真軟件對PLC程序進(jìn)行模擬調(diào)試，再進(jìn)行現(xiàn)場測試［5］。

模擬調(diào)試：將編寫好的程序下載到GXSimulator6仿真軟件中進(jìn)行模擬運(yùn)行，按下啟動按鈕X0，第四臺電動機(jī)M3啟動，經(jīng)過5s，第三臺電動機(jī)M2啟動，其他的電動機(jī)逐臺啟動直至料斗控制電動機(jī)M0啟動，整個系統(tǒng)開始運(yùn)行。當(dāng)整個系統(tǒng)需要急停時，按下停止按鈕X1，4臺電動機(jī)同時停止。在調(diào)試中，不斷觀察軟件中各個點(diǎn)的信號的變化，直到調(diào)試結(jié)束。

現(xiàn)場測試：調(diào)試完畢后將程序下載到PLC中，與現(xiàn)場設(shè)備相連，進(jìn)行在線調(diào)試，直到系統(tǒng)運(yùn)行正常為止。

當(dāng)然整個系統(tǒng)的調(diào)試不可能一次就完成，還需要在現(xiàn)場與使用人員進(jìn)行溝通，通過不斷了解現(xiàn)場的使用情況，根據(jù)生產(chǎn)的需求，進(jìn)行程序的修改，直到滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的需要。

6 PLC控制系統(tǒng)的可靠性措施

PLC是專為工業(yè)控制研發(fā)的計(jì)算機(jī)，采用了多次抗干擾設(shè)置，正常情況下不需要采取特殊措施，穩(wěn)定性較高，但是在環(huán)境十分惡劣的情況下，如果電磁波干擾強(qiáng)烈，就有可能導(dǎo)致PLC無法接收到信號或者收到錯誤的信號，造成無動作或誤動作。所以在現(xiàn)場使用時，一要保證配電柜的密閉性，要防塵、防水；二要降低電磁干擾對PLC的影響，布線時，主回路與控制回路分開，控制回路電纜最好使用屏蔽電纜，信號電纜的屏蔽層要雙端接地，在PLC的交流電源輸入端加裝EMC濾波器，減少輻射干擾［6］。

由于與PLC連接的輸入和輸出設(shè)備，如開關(guān)按鈕、傳感器、接觸器、電磁閥等引起的故障率很高，當(dāng)這些外部元件出現(xiàn)故障后，PLC是不能診斷出來的，系統(tǒng)不會自動停止，會使故障范圍擴(kuò)大，甚至造成人身安全事故和設(shè)備事故。因此在設(shè)計(jì)時，要采取相關(guān)可靠性措施，以消除或減少外部設(shè)備故障，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在本項(xiàng)目中，現(xiàn)場的保護(hù)開關(guān)采用的均是可靠性高的接近開關(guān)，用于代替壽命低、故障率高的機(jī)械開關(guān)，以提高設(shè)備的安全性能。

7 故障的檢測與診斷

PLC自身具有很強(qiáng)的自檢診斷功能，如出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找到出現(xiàn)故障，提高維修效率，節(jié)省了因人工查找故障原因而浪費(fèi)大量時間影響生產(chǎn)。

8 結(jié)語

選擇三菱FX2N-48型PLC作為控制系統(tǒng)，有效地滿足了對三級帶式輸送機(jī)物料輸送系統(tǒng)的控制。該控制系統(tǒng)取代了控制電路相當(dāng)復(fù)雜的繼電器接觸器控制線路［7］，具有操作簡單、運(yùn)行可靠、穩(wěn)定性好、低能耗和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，能有效提高設(shè)備的運(yùn)行效率，為企業(yè)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王烈準(zhǔn). 電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：100.

［2］金沙， 鄭鳳翼. 輕松看懂PLC系統(tǒng)梯形圖［M］. 北京：中國電力出版社， 2008：5.

［3］王國海. 可編程控制器及其應(yīng)用［M］. 北京：中國勞動社會保障出版社， 2007：204.

［4］嚴(yán)盈富. PLC實(shí)戰(zhàn)指南［M］. 北京：電子工業(yè)出版社， 2014：98-100.

［5］姚建飛， 張米雅. 電氣控制技術(shù)［M］. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2011：167-168.

［6］郭艷萍. 電氣控制與PLC技術(shù)［M］. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2007：219.

［7］張豪. 三菱PLC應(yīng)用案例解析［M］. 北京：中國電力出版社， 2012：59.

The Application ofMaterial Handling System ofBeltConveyor Controlled by Mitsubishi PLC

LI Huan-liang
（JCC Education Training Center， Guixi 335421， Jiangxi， China）

With the development of modern industrial technology， the applicationof belt conveyor hasbecome increasingly widespreadin Jiangxi Copper with diversified forms of relay contactor， single - chip microcomputer， microcomputer and PLC control. This paper puts forward the centralized control system design of multi-stage belt conveyor on the basis of the practical needs and application. It introducesthe application of PLC to the electric control system of the belt conveyor. According to the requirements for production control of the belt conveyor， we develops the control systembased on the centralized control and simple visualization of the Mitsubishi FX2N PLC. We analyze the input and output address analysis， design the circuit diagram， wiring diagram and ladder diagram， select the PLC model and program it based on the design condition and control requirement， and simulate the program to ensure its performability.

beltconveyor；automatic control；PLC；programming；model selection

TH222

B

1009-3842（2016）04-0086-06

2016-04-19

李歡良（1982-），男，湖南桃江人，機(jī)械工程師，主要從事帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)與技術(shù)管理等工作。E-mail：jxccyj@163.com