基于PLC控制的带式运输机控制系统设计

１２　机电技术　２０１２年６月　基于ＰＬＣ控制的带式运输机控制系统设计★　林二姝　（闽南理工学院，福建石狮３６２７００）　摘要：主要介绍ＰＬＣ技术在带式输送机中的控制应用，为了实现运输系统的稳定运行，处理诸如皮带跑偏、打　滑及撕裂等问题。在主电路中用传感器检测故障信号，软件中调用相应传感器检测到的故障信号处理子程序并执行处理。　另外，本控制系统选用变频器来实现对电机的调速控制，并给出控制梯形图。　关键词：ＰＬＣ控制；带式运输机；可编程控制　中图分类号：ＴＤ５６２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２．４８０１（２０１２）０３。０１２．０３　带式运输机是一种连续运行的运输设备，在　冶金、采矿、建材、动力等重工业部门及交通运　输部门中主要用来运送大量散状货物，如矿石、　煤炭、砂等粉、块状物和包装好的成件物品。随　着科学技术的发展，带式运输机受到机械制造、　化工、煤矿和冶金工业技术进步的影响，不断完　善，逐步成为物料运输系统机械化和自动化不可　图１带运输机控制不意图　缺少的组成部分。近年来，比较大型的正规矿山，　１）启动模块的设计：启动时，为避免在前段　物料输送基本都采用了自动化的带式运输机，但　运输带上造成物料堆积，要求逆物料流动方向按　在一些小型的民营企业仍采用传统的带式运输机　一定时间间隔顺序启动，即按Ｍ４　Ｍ３　Ｍ２一　即基于继电接触器和人工手动方式传输的半自动　Ｍ１的顺　序启动，间隔时间５　Ｓ。　化系统，使该些企业工作效率无法提高。为了提　２）停机模块的设计：停机时，为了使运输机　高工作效率，本文制定出一套由ＰＬＣ控制为核心　带上不残留物料，要求顺物料流动方向按一定时　的带式运输机控制系统。　间间隔顺序停止，即Ｍｌ—Ｍ２　Ｍ３＿÷Ｍ４的顺序　可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）是２０世纪８０年代发　停止，间隔时间５　Ｓ。　展起来的，是自动控制、计算机和通信技术相结　３）当某台带运输机发生故障时，该带运输机　合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的　及前面的带运输机立即停止工作，而后面　设备。目前，ＰＬＣ始终处于工业自动化控制领域　的带运输机物料运输完后才停止。　的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了　４）设紧急停止，当出现意外时，按下紧急停　非常可靠的控制应用。主要原因在于它能够为自　止按钮，则停止所有电动机。　动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方　５１可实现运输机调速控制功能。　案，适合于当前工业企业对自动化的需要。　１．２　ＰＬＣ的选型　ｌ　带式运输机的控制系统　根据带式运输机的工作情况和控制要求，可　本系统是由４台带运输机组成的物料传送系　选择采用日本三菱公司的ＦＸ系列的　统，如图１所示。每条运输带由相应的电动机　ＦＸ１Ｎ一４０一ＭＲ型的ＰＬＣ。该型ＰＬＣ的特点为编程　Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４带动，同时每台电动机均设　步数为８０００步，Ｉ／Ｏ总数为４０点，每条指令执行　置相应的故障继电器，当遇到堵转、撕裂、跑偏　时间为１２　ｕｓ，输入点数为２４点，输出点数为１６　等故障时，相应的故障继电器即动作，停止运输　点。能满足程序的控制要求。　机运行。　２　电机的调速控制　１．１控制要求　三相异步电机的转速公式为：　福建省教育厅科研项目（ＪＢ１　１２３５）。　作者简介：林二妹（１９８３一），女，助理实验师，研究方向：电子、电气自动化。　第３期　林二妹：基于ＰＬＣ控制的带式运输机控制系统设计　１３　＂＝一：—６０ｆ（１－ｓ）　—　（１）ｔｌ　Ｊ　　ｐ　式中：刀一一电机的转速，ｒ／ｍｉｎ；　Ｐ一一磁极对数；　Ｓ一一转差率；　厂一一频率，Ｈｚ。　由转速公式（１）可知，可以通过改变极对数、　转差率和频率的方法实现对异步电机的调速。前　两种方法转差损耗大，效率低，对电机特性都有　一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源频　率来改变同步频率实现电机调速的。因此，本系　统选用变频器来实现对电机的调速控制。变频器　可选择三菱ＦＲ—Ｅ７４０．２．２Ｋ—ＣＨＴ型。图２表示了　多段速运行的接线图。　图２多段速运行的接线图　变频器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３为三相交流电源输入端，　Ｕ、Ｖ、ｗ接电动机，正转启动ＳＴＦ开关由相对　启动电动机的软触点接通。ＲＨ、ＲＭ、ＲＬ为高速、　中速、低速控制端子，初始值端子ＲＨ为５０　Ｈｚ，　ＲＭ为３０　Ｈｚ，ＲＬ为１０　Ｈｚ，当然也可以重新对　各个端子赋值，改变时参照Ｐｒ．４，Ｐｒ．４５，Ｐｒ．６。　通过改变电源频率的方法实现电机的调速控制，　速度可自行控制。　３　ＰＬＣ控制程序设计　３．１　Ｉ／Ｏ地址分配　ＰＬＣ控制程序中Ｉ／Ｏ地址分配见表１。　３．２　ＰＬＣ控制系统梯形图程序　根据带式运输机的控制要求，编写梯形图程　序，如图３所示。　程序运行如下：　１）启动时，按下启动按钮ＳＢ１，Ｘ０闭合，　Ｙ４接通并自锁，Ｍ４电机启动，Ｙ４常开触点闭合。　同时，ＴＯ开始计时，计时５　Ｓ时间到，ＴＯ触点动　作，Ｙ３接通并自锁，Ｍ３电机启动，Ｙ３辅助触点　表１　Ｉ／Ｏ地址分配　图３带运输机控制梯形图程序　动作，为了使ＴＯ定时器不处于持续工作状态，所　以在接通ＴＯ线圈上串一个常闭的触点Ｙ３。同时，　Ｔ１开始计时，计时５　Ｓ时间到，Ｔ１触点动作，　Ｙ２接通并自锁，Ｍ２电机启动。依此即按　Ｍ４　Ｍ３一Ｍ２一Ｍｌ的顺序启动，间隔时间５　Ｓ；　２）停止时，按下停止按钮ＳＢ２，Ｘ１闭合，　中间继电器Ｍ０接通并自锁，Ｍ０常闭触点断开，　Ｙ１失电，Ｍ１电机停止。同时，Ｔ３开始计时，计　时５　Ｓ时间到，Ｔ３常闭触点断开，Ｙ２失电，Ｍ２　电机停止。依此即按Ｍ１一Ｍ２一Ｍ３一Ｍ４的顺序　停止，间隔时间５　Ｓ；　３）当某台电机发生故障时，如Ｍ２出故障，　则相应的故障继电器Ｘ３常闭触点断开，Ｙ２失电，　Ｍ２电机停止，同时，Ｙ２常开触点复位，Ｙｌ失电，　Ｍ１电机停止，即Ｍ２、Ｍ１立即停止。故障继电　器Ｘ３常开触点闭合，Ｔ４开始计时，计时时间５　Ｓ　到，Ｔ４常闭触点断开，Ｙ３失电，Ｍ３电机停止，　１４　机电技术　２０１２年６月　再经５　Ｓ后Ｍ４电机停止；　隔时间５　ｓ。　４）当出现意外时，按下紧急停止按钮Ｘ７，　按下Ｘ１，Ｙ１失电，Ｍ１电机停止；同时，　则停止所有电动机；　Ｔ３计时，计时５　ｓ到，Ｙ２失电，Ｍ２电机停止；　５）设置高速、中速、低速按钮Ｘ１０、Ｘｌ１、　同时，Ｔ４计时，计时５　ｓ到，Ｙ３失电，Ｍ３电机　Ｘ１２用于控制运输机调速。启动时，程序默认为　Ｍ砒Ｍ　紧高中低　停止；Ｔ５计时，计时５　ｓ到，Ｙ４失电，Ｍ４电机　中速运转。当需要改变电机转速时，按相应的按　停止；停止时实现了电机由Ｍｌ—Ｍ２一Ｍ３一Ｍ４　钮即可实现。　的顺序停止，间隔时间５　ｓ。　３．３　ＰＬＣ外部接线图　按下次启动Ｘ０，顺序启动４台电机，模拟故　障。假设Ｍ２出现故障时，Ｘ３常闭触点断开，Ｙ２　ＰＬＣ外部接线图如图４所示。　失电，使Ｙ１也失电，即Ｍ１、Ｍ２电机立即停止。　ＸＯ　Ｙ１　ｎ　！！　—＿＝　一　同时，Ｘ３接通Ｔ４，Ｔ４计时，计时５Ｓ到，Ｙ３失　一，／一　船　Ｙ２　＿＿（］＿－　，　～　Ｘ３　Ｙ３　厂１　！　电；同时，Ｔ５接通，计时，计时５Ｓ到，Ｙ４失电，　——，／—一　Ｍ４停止。　，／～　ｘｊ：０ｌｔ—ｌＮｎ－Ｙ４　—Ｄ　，一　［卜一　按下次启动Ｘ０，顺序启动４台电机，模拟急　—：　一　—　一　Ｘｌｌ　ＹＩ１　—（卜一　停。按下Ｘ７，Ｙ４失电，Ｍ４电机停止，同时，　—－＝　，．　ＸＩ２　Ｙ１　２　—［卜一　Ｙ３、Ｙ２、Ｙ１也失电，电机停止。　ｃ。＿Ｏ　ＣＯＩＬＳ　Ｃ一　因此，通过实验模拟仿真、调试所得的结果　图４　ＰＬＣ外部接线图　和预想的结果一样，能够实现其控制要求。　４系统调试运行　５结束语　按ＰＬＣ外部接线图连接线路，将编好的梯形　图写入ＦＸＧＰ　ｗＩＮ—Ｃ软件，转换后写出到ＰＬＣ　带式运输机控制系统采用三菱ＦＸ１Ｎ．４０ＭＲ　主机，开始监控运行。按下Ｘ０，Ｙ４、Ｙ１１接通，　型ＰＬＣ和变频器进行控制，实现对运输机自动化　Ｍ４电机启动，同时Ｙ１１接通变频器中速ＲＭ端　以及调速控制。满足了设备的生产运行环境和实　控制电机的中速转动。同时，Ｔ０计时，计时５　ｓ　际控制要求，设备运行可靠，性能稳定，故障率　大大减少。使用梯形图程序编写控制系统软件、　到，Ｙ３接通，Ｍ３电机启动；同时，Ｔｌ计时，计　时５　ｓ到，Ｙ２接通，Ｍ２电机启动；Ｔ２计时，计　设计思路和程序清晰，直观易懂，调试维修方便，　时５　ｓ到，Ｙ１接通，Ｍ１电机启动。启动时实现　抗干扰性强，大大提高设备的运行效率。带式运　了电机由Ｍ４＿÷Ｍ３　Ｍ２　Ｍ１顺序启动过程，间　输机的多元化功能及其广泛的应用，己逐渐成为　工农业生产不可缺少的设备。　参考文献：　［１］廖常初．可编程控制器应用技术［Ｍ】．重庆：重庆大学出版社，２００４．　［２史建成，２］孑，Ｊ＼毅．三菱ＰＬＣ／Ｑ系列ＰＬＣ应用技术［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００２．　［３］陈在平，赵向宾．可编程序控制器技术应用系统设计［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００２．　［４】周军．电气控制及ＰＬＣ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７．　［５】郭宗仁，吴亦锋．可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术【Ｍ】．北京：人民邮电出版社，２００２　［６】常晓玲．电气控制系统与可编程控制器［１　．北京：机械工业出版社，２００５．