基于西門子S7-1200PLC的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

凌 超，賀小飛，賀江華

(衡陽運(yùn)輸機(jī)械有限公司，湖南 衡陽 421002)

1 系統(tǒng)控制要求

以西門子S7-1200PLC為主控核心單元，其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，并且通過西門子WinCC組態(tài)軟件可以直接反饋現(xiàn)場(chǎng)輸送機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，結(jié)合各類傳感保護(hù)裝置，最終構(gòu)成帶式輸送機(jī)的電氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)輸送帶跑偏檢測(cè)裝置、打滑檢測(cè)裝置、縱向撕裂保護(hù)裝置、溜槽堵塞保護(hù)裝置、料流檢測(cè)裝置、雙向拉繩開關(guān)等故障信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的起保停控制，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。具體要求如下。

(1)輸送帶跑偏檢測(cè)裝置。當(dāng)輸送帶跑偏使防偏開關(guān)的側(cè)輥偏轉(zhuǎn)10°時(shí)，開關(guān)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作者要對(duì)輸送帶的跑偏進(jìn)行糾正。當(dāng)輸送帶使側(cè)輥偏轉(zhuǎn)30°時(shí)，則開關(guān)動(dòng)作，切斷電機(jī)電源使其緊急停車。同時(shí)通過觸摸屏(簡(jiǎn)稱HMI)進(jìn)行跑偏控制監(jiān)測(cè)。

(2)傳動(dòng)滾筒打滑檢測(cè)控制。給滾筒上安裝打滑檢測(cè)裝置，通過此檢測(cè)裝置來檢測(cè)皮帶的打滑。當(dāng)測(cè)得輸送帶速度小于傳動(dòng)滾動(dòng)線速度的30%時(shí)，立即切斷電機(jī)電源使其緊急停車。

(3)縱向撕裂開關(guān)用于對(duì)異物可能刺入輸送帶，使之縱向被切割開的工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一旦測(cè)得縱向撕裂工況的發(fā)生，開關(guān)立即向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC發(fā)出切斷電源指令，使之緊急停車，以防止輸送帶縱向撕裂事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

(4)溜槽堵塞保護(hù)裝置安裝在溜槽或漏斗壁上，用于檢測(cè)溜槽或漏斗是否發(fā)生堵塞。當(dāng)發(fā)生堵塞時(shí)，檢測(cè)器發(fā)出報(bào)警或停機(jī)信號(hào)，以便現(xiàn)場(chǎng)操作人員采取相應(yīng)措施，消除堵塞。

(5)料流檢測(cè)器用于檢查輸送帶上是否有料，以供系統(tǒng)控制裝置決定輸送機(jī)是否停機(jī)，電子皮帶秤、除塵裝置和取樣裝置是否工作。

(6)拉繩開關(guān)是用于帶式輸送機(jī)事故緊急停車的一種保護(hù)裝置，設(shè)于輸送機(jī)中間架兩側(cè)，在開關(guān)操作距離內(nèi)的任何一處拉動(dòng)鋼絲繩，使輸送機(jī)緊急停車。

2 系統(tǒng)硬件

2.1 PLC控制器

S7-1200控制器使用靈活、功能強(qiáng)大，可用于控制各種各樣的設(shè)備以滿足用戶的自動(dòng)化需求。S7-1200設(shè)計(jì)緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強(qiáng)大的指令集，這些特點(diǎn)的組合使它成為控制各種應(yīng)用的完美解決方案。選用西門子S7-1200，CPU為1214C的PLC,其集成的PROFINET以太網(wǎng)接口與西門子HMI精簡(jiǎn)系列面板觸摸屏通信。

2.2 監(jiān)測(cè)開關(guān)

用于監(jiān)測(cè)和保護(hù)的傳感器有打滑保護(hù)用的開關(guān)及安全保護(hù)用的縱向撕裂開關(guān)、跑偏開關(guān)、速度開關(guān)、溜槽堵塞檢測(cè)、料流檢測(cè)、電流過載檢測(cè)等。

2.3 顯示報(bào)警設(shè)備

上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)操控臺(tái)作為顯示報(bào)警設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)操控臺(tái)上面有西門子HMI、事故報(bào)警顯示燈及操控按鈕等，以及輸送機(jī)沿線的報(bào)警電鈴做報(bào)警。

3 控制系統(tǒng)的功能

3.1 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)工作方式

本監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)輸送機(jī)的控制有上位機(jī)控制和現(xiàn)場(chǎng)人工控制兩種控制方式：上位機(jī)控制方式是由上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的控制指令，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)、停止控制及各種工況的監(jiān)控，通過該種控制達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的；現(xiàn)場(chǎng)人工控制是利用現(xiàn)場(chǎng)操控臺(tái)的操作按鈕，實(shí)現(xiàn)其啟動(dòng)和停止，同前一種方式一樣，此種方式下保護(hù)裝置仍有工況監(jiān)控和保護(hù)作用。

3.2 工況監(jiān)測(cè)

保護(hù)裝置主要監(jiān)測(cè)輸送帶跑偏、打滑和撕裂，溜槽堵塞、料流、驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流過載等，同時(shí)對(duì)帶式輸送機(jī)的過載，輸送帶速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在非正常狀態(tài)下輸送機(jī)的緊急停機(jī)。上述監(jiān)測(cè)信息都進(jìn)入上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工況監(jiān)測(cè)。工況監(jiān)測(cè)能夠有效地保護(hù)帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行，同時(shí)保障了操作人員的操作安全，避免造成設(shè)備安全事故。

3.3 設(shè)備工況顯示

設(shè)備工況可分為6種情況：正常運(yùn)行、撕裂報(bào)警、跑偏報(bào)警、打滑報(bào)警、堵料報(bào)警和事故急停。在上位機(jī)及操作臺(tái)上HMI都有帶式輸送機(jī)工況顯示，同時(shí)在上位機(jī)及操作臺(tái)上都以指示燈的方式在操作上顯示運(yùn)行情況。

3.4 設(shè)備管理和運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄

上位機(jī)控制系統(tǒng)同時(shí)具有設(shè)備運(yùn)行管理和運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄功能，可以查詢、打印各項(xiàng)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以便對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析。

4 控制系統(tǒng)工作流程

上電初始化，得到啟動(dòng)確認(rèn)信號(hào)；在上位機(jī)上操作，按系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)，電機(jī)一啟動(dòng)，皮帶開始運(yùn)行；在運(yùn)行過程中，若遇到各種事故信號(hào)，系統(tǒng)馬上停機(jī)，等待檢修，檢修完畢，再上電初始化，重新啟動(dòng)。

5 控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

基于對(duì) WinCC組態(tài)軟件認(rèn)識(shí)，利用WinCC組態(tài)軟件制作帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)界面，建立一個(gè)直觀且易操作的輸送機(jī)控制系統(tǒng)界面。

①建立帶式輸送機(jī)監(jiān)控項(xiàng)目；②建立HMI與PLC之間的通信連接，HMI與組態(tài)的上位機(jī)的通信連接；③在組態(tài)軟件中定義需要監(jiān)控的過程變量；④創(chuàng)建帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的畫面；組態(tài)畫面中的元素與變量建立連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控；⑤采集，處理和歸檔現(xiàn)場(chǎng)的過程值數(shù)據(jù)，以表格的形式顯示或打印輸出；⑥編輯報(bào)警信息；⑦用戶管理，分級(jí)設(shè)置操作權(quán)限。

6 結(jié)語

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)的就地和集中控制以及輸送帶跑偏、打滑等各類事故的報(bào)警等功能。另外組態(tài)畫面的應(yīng)用，使操作方法和管理界面更加人性化，便于人員操作。