皮帶輸送機(jī)的PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉超元

摘要：傳統(tǒng)的皮帶機(jī)采用的是繼電器控制系統(tǒng)，從成本的角度考慮繼電器控制系統(tǒng)要低一些，也基本能滿足工作的要求，但是它存在著設(shè)備體積大，動(dòng)作速度較慢，工作的可靠性較差，維修難的問題。PLC的初期由于器價(jià)格高于繼電器控制裝置，使其應(yīng)用受到限制。但近幾年來由于微處理芯片及有關(guān)原件價(jià)格大大下降，時(shí)PLC成本下降，同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng)，使PLC的應(yīng)用越來越廣泛，用PLC來控制皮帶傳輸系統(tǒng)設(shè)備簡單，操作和使用方便，維護(hù)和維修更容易。

關(guān)鍵詞：PLC：控制系統(tǒng)；皮帶機(jī)

皮帶輸送機(jī)通常采用采用傳統(tǒng)的繼電器控制和PLC控制兩種控制方法，兩種控制方法比較如下：

方式：傳統(tǒng)的繼電器是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合方式形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制；PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序的方式存在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變邏輯程序即可，不需要硬件連接，是軟的連接。

速度：傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯是依靠觸電的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制的，工作速度低、毫秒級(jí)的、且機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象；PLC控制是由程序指令控制電子電路來實(shí)現(xiàn)的，速度快、微妙級(jí)、嚴(yán)格同步且無抖動(dòng)現(xiàn)象。

控制：傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的時(shí)間滯后動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的，時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難且是有級(jí)調(diào)時(shí)。PLC控制是采用集成電路做成的計(jì)時(shí)器，時(shí)鐘脈沖是由晶體振蕩產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便且是無級(jí)調(diào)時(shí)，不受環(huán)境影響。

通過對(duì)兩種控制方式的大概比較，PLC控制方式控制效果比較好，可實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的自動(dòng)化控制，而采用傳統(tǒng)繼電器控制方式，還停留在以人工手動(dòng)操作為主（當(dāng)然也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，但是線路較為復(fù)雜，使用硬件元器件太多，不經(jīng)濟(jì)也不劃算，且維修困難），控制效果也就不是很明顯，因此設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)很有必要。下文為PLC控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。

一、PLC的選擇及I/O分配

輸入信號(hào)：啟動(dòng)開關(guān)1個(gè)，停車開關(guān)1個(gè)，故障輸入4個(gè)（M1、M2、M3、M4）（注：這里不考慮跑偏開關(guān)、張力保護(hù)器、物料探測(cè)器等）以上共6個(gè)輸入的開關(guān)量信號(hào)，考慮以后的擴(kuò)充，預(yù)留50%的備用點(diǎn)，共9個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)DI。

輸出信號(hào)：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)4個(gè)（M1、M2、M3、M4）綜合報(bào)警燈1個(gè)，停車1個(gè)，故障4個(gè)（M1、M2、M3、M4）。以上共需要10個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)DO，考慮到以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整擴(kuò)充，預(yù)留30%的備用點(diǎn)，共需要13個(gè)輸出點(diǎn)。根據(jù)以上輸入DI點(diǎn)及輸出DO點(diǎn)的要求，我們選用日本歐姆龍（OMRON）公司的CPM2A系列30點(diǎn)I/O的可編程PLC（其輸入點(diǎn)DI為12點(diǎn)，輸出點(diǎn)DO為18點(diǎn)），它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）同步控制：CPM2A/2C的高速計(jì)數(shù)器功能可以和脈沖輸出功能結(jié)合起來，依照輸入脈沖頻率按比例產(chǎn)生一個(gè)特定的脈沖輸出。

2）高速處理功能：高速處理包括50ms的快速響應(yīng)輸入，0.64ms的掃描周期，高速處理在很大程度上可以提高勞動(dòng)效率，以包裝機(jī)械為例，這可以顯著縮短檢測(cè)標(biāo)簽記號(hào)和檢測(cè)產(chǎn)品之間的時(shí)間間隔。

3）高速計(jì)數(shù)器功能：CPM2A/2C支持單軸高速計(jì)數(shù)20KHZ單相和5KHZ雙向，線性計(jì)算從-8388608到388607，25KHZ的四軸高速計(jì)算等。

4）脈沖輸出位置控制：CPM2A/2C支持4種脈沖輸出的有2個(gè)點(diǎn)；IO--IOKHZ脈沖輸出的有1個(gè)點(diǎn)；PWM輸出1.0-999.9KHZ的1個(gè)點(diǎn)，其具有同步功能。

5）RS232通訊端口：CPM2A/2C提供一個(gè)內(nèi)置的RS232端口，能很方便地連接可編程終端，確認(rèn)操作環(huán)境和調(diào)試時(shí)能實(shí)現(xiàn)可視化，將來擴(kuò)充時(shí)刻選擇其它的組網(wǎng)模塊。

6）價(jià)格低廉：在價(jià)格方面PLC也是比較便宜的，因?yàn)橐粋€(gè)PLC可控制整個(gè)控制系統(tǒng)，歐姆龍PLC經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，價(jià)格低于西門子及三菱PLC，且性能穩(wěn)定，性價(jià)比較高。

一般情況下輸入點(diǎn)與輸入信號(hào)，輸出點(diǎn)與輸出信號(hào)在控制上一一對(duì)應(yīng)，分配好以后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)信號(hào)分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，在本系統(tǒng)中報(bào)警器是幾個(gè)信號(hào)共用一個(gè)輸出點(diǎn)，個(gè)報(bào)警因素按邏輯關(guān)系并聯(lián)后接到報(bào)警輸出點(diǎn)。

二、PLC外圍硬件電路設(shè)計(jì)

SB1為啟動(dòng)按鈕（地址00000），SB2為停止按鈕（地址00001），SB3……SB6為四臺(tái)電機(jī)對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)（電機(jī)正常時(shí)為常開，故障時(shí)為常閉），01004為故障報(bào)警輸出，當(dāng)任何一臺(tái)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，HA便開始報(bào)警，電機(jī)故障信號(hào)由熱繼電器FR和空氣開關(guān)QF的輔助觸點(diǎn)串聯(lián)后輸出的。圖1為硬件主電路圖。

電氣主回路主要由塑殼空氣開關(guān)QF1……QF5、熔斷器FU1……FU5、接觸器KM1……KM5及熱繼電器FR1……Fk4組成。

三、硬件電路的接線要求

在硬件電路圖（見圖1）的基礎(chǔ)上，對(duì)一些相關(guān)的控制接線作如下要求：

1）采用遠(yuǎn)程集中控制，完全由PLC按照工藝要求來啟動(dòng)生產(chǎn)線上各個(gè)設(shè)備。

2）電動(dòng)機(jī)容量小于45KW或其容量不超過電源變壓器容量的15%容量時(shí)，均采用直接啟動(dòng)方式。

3）交流接觸器的觸點(diǎn)容量根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量確定，所有接觸器線圈的控制電壓為220VAC。

4）所有電機(jī)都配有相應(yīng)的低壓電路保護(hù)，具有短路、過載、過電流等保護(hù)功能，這些保護(hù)的元件選型QF、FR、FU均根據(jù)電機(jī)容量選取。

5）電控系統(tǒng)采用380VAC三相四線制供電。

6）PLC的故障輸出端直接接到AC220V報(bào)警上。