0 引 言

隨著經濟的快速發展，對生產效益的要求越來越高， 食品、保健品等行業對於皮帶機的運用有了新的要求，皮帶運輸機又稱帶式輸送機， 是一種連續運輸機械。結構簡單，工作過程噪聲較小。隨著保健品社會需求不斷增加， 生產效力和需求的矛盾日益突出，已有的繼電器控製係統無法達到生產的需求， 因此根據不同的行業需求開發專用的皮帶集中控製係統是十分必要的。

采用可編程控製器（PLC ）控製係統有很多優點。①可靠性高， 皮帶機裝置以 PLC 控製器為核心， 係統具備強抗幹擾和高可靠性特點，並且可以用於惡劣的環境中工作。②配置靈活，PLC 在組態係統時就有極強的靈活性， 處理能力強， 當控製要求發生變化時隻需改變程序就可以了，因此能靈活的進行係統配置組成不同的規模。③擴展性強， PLC 具有很強的擴網和組網的能力， 便於添加新的設備和皮帶控製，相比傳統的控製節省了大量財力和人力。

1 係統設計的意義

采用 PLC 對皮帶集中控製係統具有強大優勢， 這些優勢體現在：

（1 ） 高可靠性。由於工業生產過程是晝夜連續的，一般的生產裝置要幾個月甚至幾年就大修一次， 所以這就要求 PLC 具有較高的可靠性， 高可靠性是 PLC 的最突出特點之一。PLC 采用微電子技術， 所有 I/O 接口電路均采用光電隔離措施， 使作業現場的外電路與 PLC 內部電路之間在電氣上隔離。 大量的開關動作由無觸點的半導體完成，另外還采用了屏蔽和抗幹擾措施。它的平均故障間隔時間為 3 萬~5 萬 h。

（2 ） 豐富的 I/O 接口。 由於保健品生產控製機隻是整個工業生產過程自動控製係統中的控製中樞，為了實現對工業生產過程的控製， 它還必須與各種工業現場的設備相連才能完成控製任務。因此， PLC 除了具有計算機的基本功能（如CPU 何存儲器 ）以外，還有豐富的 I/O 接口模塊與工業現場的器件或設備（如按鈕、 行程開關、接近開關、 傳感器及變送器、 電磁線圈、 電動機啟動器和控製閥等 ） 直接相連。有些 PLC 還有通信模塊和特殊功能模塊等。

（3 ） 靈活性。有了 PLC， 電氣工程師不必為每套設備配置專用裝置。如果控製係統的硬件設備采用相同的 PLC， 隻需編寫不同的應用軟件即可。而且可以用一台 PLC 控製幾台操作完全不同的設備。

（4 ） 采用模塊化結構。為了適應各種工業控製的需要，除單元式的小型 PLC 以外，絕大多數 PLC 都采用模塊化的結構。PLC 的各個部件均采用模塊化的設計， 由機架及電纜將各模塊連接起來。

（5 ） 模擬調試。PLC 能對所控功能在實驗室內進行模擬調試， 縮短在現場的調試時間。

（6 ） 對現場進行監視。在 PLC 係統中，操作人員能通過顯示器觀測到所控每個節點的運行情況， 隨時監視事故發生點。

2 係統的任務及要實現的主要功能

為了改變原有的繼電器在皮帶運輸係統中的應用，而采用現代化可編程控製器 PLC 進行控製，進行 S7-300 PLC 模塊選型和外部連線設計。為了使集控係統更加完善， 實現控製的可觀化、清晰化， 加入了觸摸屏設計。它可以實時顯示係統的運行情況和各種故障情況，進行及時的報警顯示和記錄。進行係統的軟件設計， 實現係統功能。最後分析控製係統產生幹擾的原因，提出對應抗幹擾措施。采用可編程控製器 PLC 對皮帶集中控製係統可實現以下功能：

（1 ） 智能控製：具有擬人的智力， 在環境條件變化時能自主地完成控製目標的自動控製係統。

（2 ） 順序控製：按照規定的時間或邏輯的順序， 對某一工藝係統或主要輔機的多個終端控製元件進行一係列操作的控製係統。

（3 ） 監控：對裝備及係統的工作狀態不間斷地實時監測， 並根據反饋信息自動對係統中異常部位實施相應措施的閉合自動控製作用。

3 皮帶集中控製係統工藝控製要求

本係統有集中、就地、 檢修三種工作模式。一般係統運行在集控工作模式下，當組成生產流水線時， 本機根據前後閉鎖關係自動啟停，同時檢測各檢測保護一般係統運行在集控工作模式下設備的狀況； 運行就地工作模式時，操作員手動操作按鈕啟動/停止皮帶機， 所有保護設備均投入使用； 運行檢修工作模式時， 操作員手動單台啟動/停止皮帶， 保護設備可有選擇性的投入使用。在檢修模式下， 可將使皮帶低速運行。 工作方式的改變， 隻有在皮帶輸送機不轉時進行；皮帶輸送機運作時， 不能改變其工作方式。

（1 ） 程序設計中，報警停車等故障信號自動保持， 即一旦發出故障信號，即使經維修後信號消失， 計算機內仍保留信號故障狀態，這時複位指令可以清除故障保持信號。

（2 ） 皮帶輸送機按照逆流啟動，順流延時停車， 並具有閉鎖功能。

（3 ） 對設備故障和工藝參數的異常實時報警，並進行聲光提示， 係統狀態對位顯示， 更便於維護。

（4 ） 可與電視係統配合，實時監視皮帶機重點部位運行情況， 以確保人員及設備的安全；具有喊話、 打點通訊功能， 基本實現無人值守。

（5 ） 皮帶運輸機就地控製箱上設啟停、起動預警按鈕， 設備啟動前發出預警信號， 提示有關人員應立即遠離設備； 現場可隨時停車，若設備由集控啟動， 控製係統接到現場停車信號後，可作急停處理，實施故障停車操作。

（6 ） 具有聯網功能，能與全礦井自動化監控係統可靠的聯接、 實現全局監控。

4 皮帶輸送機控製係統結構設計方案

本次設計中需要集中控製的皮帶共有 7 條皮帶， 各皮帶分部較廣，現場控製點很分散， 並且現場環境很惡劣。所以係統結構采用 PROFIBUS-DP 現場總線技術， 組成主從係統結構。 根據工藝流程規劃， 係統以 PLC 為控製主站， 以每條皮帶就地箱配備的遠程 I/O ET200M 為從站， 共設 7 個從站，這樣就節約了大量的電纜等材料。本係統由集中控製台、 PLC 控製櫃、 觸摸屏、就地箱、 各種保護傳感器及執行器組成。完成一個係統內多條皮帶多個設備全過程的控製、 監測、 構成一個完善的集中控製係統。其係統結構如圖 1 所示。

5 膠帶輸送機控製係統硬件選型

5.1 PLC 硬件設計

SIMATIC S7-300 係列 PLC 是模塊化結構設計，各個單獨模塊之間可以進行單獨組合和擴展， 從而使控製係統設計更加靈活滿足不同的應用需求。編程器 PG 用來為 S7-300 PLC 編製程序， 使用編程電纜連接編程器和 CPU。通過 PROFIBUS 電纜可以實現 S7-300 CPU 之間的通訊，以及與其他 SIMATIC S7PLC 進行通訊。一根 PROFIBUS 總線電纜可以連接多個 S7-300。S7-300 PLC 的主要組成部分有導軌 （RACK ） 、中央處理單元模塊 （CPU ） 、電源模塊 （PS ） 、接口模塊 （IM ） 、功能模塊 （FM ） 、信號模塊（SM ）。它通過 MPI 網的接口直接與編程器 PG、 操作員麵板 OP 和其它 S7PLC 相連。

5.2 外圍設備硬件選型

係統有以下幾部分組成：

（1 ） 恒速閉環控製係統。由速度反饋和負載電流反饋組成。異步電機通過逆變器反饋驅動變負載， PLC 控製逆變器的輸出。

（2 ） 變速開環控製係統。異步電機通過恒定的逆變器反饋驅動變負載。PLC 是沒有靈活性。

（3 ） 準變速係統。由三相標準恒壓恒頻電源提供給異步電機來驅動變負載。閉環係統。

（4 ） 去掉速度和負載反饋可得到開環係統。另一方麵，如果整個控製係統是迂回的， 係統可以實現。

控製係統是為測試轉子損壞的異步電機而設計的，異步電機驅動作為變動負載的直流電機。三相電源和三相主開關聯接， 再和可以保護防止過電流的三相熱繼電器相連。繼電器輸出連接整流器， 整流器調整三相電壓， 並且給 IGBT 逆變器提供直流輸入。

6 結束語

基於 PLC 的皮帶運輸係統是分布複雜， 部件繁多， 且又要求運行協調一致的連續運輸係統。因此在皮帶運輸係統集中監視和控製，保證皮帶的安全可靠運行， 提高運輸效率是很必要的。本係統設計是針對保健品生產廠的需求設計的，較為合理，操作簡單， 使用方便， 同時具備人機交流界麵友好控製效果較好等特點， 使皮帶的運行更加安全，更加可靠。

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