PLC在礦山破碎系統(tǒng)中的應(yīng)用淺析

李淑峰

摘 要：本文分析了破碎機(jī)械控制部分以及PLC軟件部分的設(shè)計(jì)，探討PLC在礦山破碎系統(tǒng)中的應(yīng)用，為今后的研究提供一些有利依據(jù)。

關(guān)鍵詞：破碎機(jī)械控制;PLC軟件;可編程序控制器

一、破碎機(jī)械控制部分的設(shè)計(jì)

針對(duì)礦山破碎系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)了每個(gè)機(jī)械的控制回路。由于破碎系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)分布較廣，輸煤線路較長(zhǎng)，為了在控制室既能集中了解現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況又能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行操作控制，以使對(duì)設(shè)備的檢修與維護(hù)。所以，每個(gè)機(jī)械都設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程自動(dòng)和就地手動(dòng)兩部分。遠(yuǎn)程自動(dòng)可以引入PLC控制。

1、可編程控制器的概念

1987年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布了新的PLC標(biāo)準(zhǔn)及其標(biāo)準(zhǔn)定義：“可編程控制器”是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字模式或模擬模式的輸入、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。而有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。PLC就是使用一系列指令構(gòu)成的程序來(lái)操作、控制相關(guān)工業(yè)控制機(jī)械，使其形成一個(gè)完整的工業(yè)控制系統(tǒng)，以完成各種各樣的控制功能。

PLC的基本特點(diǎn)

PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10～1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。

2、PLC的基本組成

PLC主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入接口電路、輸出接口電路、通信接口、內(nèi)部電源等部分組成。

3、PLC的選擇

（1）機(jī)型的選擇

PLC機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱?chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC;其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。

（2）輸入/輸出的選擇

PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離，為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。

（3）選擇編程方式

PLC一般可以通過(guò)三種方式進(jìn)行編程。廠家提供編程器或編程軟件來(lái)編程編程，語(yǔ)言多種多樣，有的看似相同卻不通用。

4、PLC的I/O接口設(shè)計(jì)

在確定系統(tǒng)I/O模塊時(shí)，不僅考慮到I/O點(diǎn)的數(shù)量及具體連接方式必須能夠滿足系統(tǒng)的要求。

5、S7-200 CPU226簡(jiǎn)介

S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。

S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）極高的可靠性（2）極豐富的指令集（3）易于掌握（4）便捷的操作（5）豐富的內(nèi)置集成功能（6）實(shí)時(shí)特性（7）強(qiáng)勁的通訊能力（8）豐富的擴(kuò)展模塊

CPU 226有如下特點(diǎn) ：

集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)中，采用的是西門(mén)子公司S7-200系列產(chǎn)品，在輸入端是匯點(diǎn)/源通用輸入輸出端雙向晶閘管輸出。據(jù)上面對(duì)系統(tǒng)的流程分析與PLC I/O端口相連器件的介紹，可以詳細(xì)列出PLC的I/O分配的說(shuō)明，它是畫(huà)電氣圖和后續(xù)軟件設(shè)計(jì)的依據(jù)。

（1）輸入點(diǎn)：I0.0～I(xiàn)0.5;輸入機(jī)構(gòu)：分別是啟動(dòng)、停止、驗(yàn)燈、驗(yàn)鈴、備妥、位置按鈕;說(shuō)明：檢查斷路器是否閉合，以及SA是否在自動(dòng)位置。

（2）輸入點(diǎn)：I2.5～I(xiàn)4.3;輸入機(jī)構(gòu)：檢測(cè)斷路器的中間繼電器;說(shuō)明：備妥檢查用，也就是檢測(cè)啟動(dòng)前各斷路是否閉合。

（3）輸入點(diǎn)：I4.4～I(xiàn)6.3;輸入機(jī)構(gòu)：用于啟動(dòng)電機(jī)的交流接觸器;說(shuō)明：檢測(cè)備電機(jī)是否故障及是否運(yùn)行。

二、PLC軟件部分的設(shè)計(jì)

梯形圖有如下特點(diǎn)：

（1）梯形圖是按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)繼電器為一個(gè)邏輯行，稱為一個(gè)梯形。每一個(gè)邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的各種聯(lián)接，最后是線圈，整個(gè)圖形呈梯形。

（2）梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，因此稱為軟繼電器，相應(yīng)的某位觸發(fā)器為真態(tài)，表示該繼電器通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)。梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。

（3）梯形圖中，一般情況下某個(gè)編號(hào)的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器的觸點(diǎn)是可以被無(wú)限制的引用，既可是常開(kāi)觸點(diǎn)也可以是常閉觸點(diǎn)。

（4）梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個(gè)支路也沒(méi)有真實(shí)的電流通過(guò)，但是為了方便，常用有電流或得電來(lái)形像地描述運(yùn)算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件。所以僅僅是概念上的電流，而且認(rèn)為只能從左向右流動(dòng)，層次的改變只能是先上后下。

（5）輸入繼電器用于接收PLC的外部輸入信號(hào)，而不能由內(nèi)部繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)而不出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。輸繼電器的觸點(diǎn)表示相應(yīng)的外部輸入信號(hào)的狀態(tài)。

（6）輸出繼電器供PLC做輸出控制，但它只是輸出狀態(tài)寄存表的相應(yīng)位，不直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件，而是通過(guò)PLC開(kāi)關(guān)量輸出模塊相應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)去驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件。當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器得電接通后，則相應(yīng)的模塊上的功開(kāi)關(guān)閉合。

聯(lián)鎖控制分析如下：

順序啟動(dòng)：正常啟動(dòng)時(shí)， 按下控制面板“啟動(dòng)”按鈕， 啟動(dòng)電鈴，延時(shí)1min后解除電鈴，并按開(kāi)車順序啟動(dòng)各輸送設(shè)備。電機(jī)的轉(zhuǎn)速和皮帶長(zhǎng)度影響各臺(tái)設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)問(wèn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，具體過(guò)程為：10#皮帶一（延時(shí)10s）一9#皮帶一（延時(shí)10s）一8#皮帶一（延時(shí)10s）一7#皮帶一（延時(shí)10s）一6#皮帶一（延時(shí)10s）一振動(dòng)篩一（延時(shí)10s）一5#皮帶一（延時(shí)10s）一圓錐破碎機(jī)一（延時(shí)10s）一4#皮帶一（延時(shí)10s）一3#皮帶一（延時(shí)10s）一雙顎破碎機(jī)一（延時(shí)10s）一2#皮帶一（延時(shí)10s）一單顎破碎機(jī)一（延時(shí)10s）一1#皮帶一（延時(shí)10s）一振動(dòng)給料機(jī)。

順序制動(dòng)：正常停車時(shí)，按下控制面板“停止”按鈕，啟動(dòng)電鈴，延時(shí)1min后解除電鈴， 并按正常停車順序停止各輸料設(shè)備。正常停車時(shí)， 同樣根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和皮帶長(zhǎng)度計(jì)算各停車時(shí)間。

其中I6.0為8號(hào)皮帶交流接觸器輔助觸點(diǎn)，T101是7號(hào)皮帶順序停車遞減定時(shí)器觸點(diǎn)，T113是復(fù)位定時(shí)器觸點(diǎn)，其功能是在啟動(dòng)完成前保持T100得電，讓串在8號(hào)皮帶啟動(dòng)程序中的T100觸點(diǎn)保持閉合。當(dāng)7號(hào)皮帶停止后T101會(huì)斷開(kāi)，或者8號(hào)的交流接觸器斷開(kāi)（I6.0斷開(kāi)），T100會(huì)失電而計(jì)數(shù)9S后T100動(dòng)作使Q1.4無(wú)輸出所以7號(hào)皮帶停止。

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