胡瑞玲

摘 要：目前傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)已不能滿足煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，本系統(tǒng)選擇西門子公司S7-200系列PLC控制，利用組態(tài)軟件MCGS組建監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)處理故障，大大提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：PLC 帶式輸送機(jī) MCGS 監(jiān)控系統(tǒng)

1 前言

帶式輸送機(jī)是煤礦的主要生產(chǎn)設(shè)備之一，特別是大型現(xiàn)代化煤礦，從工作面到裝車站，幾乎全由帶式輸送機(jī)完成煤炭的輸送任務(wù)?，F(xiàn)代社會對煤礦安全和設(shè)備的自動(dòng)化程度要求越來越高，傳統(tǒng)的運(yùn)輸機(jī)已不能滿足煤礦自動(dòng)化的要求，因此如何設(shè)計(jì)性能完善、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)的皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，已成為重要的研究方向。

針對河南某礦目前使用的DTL型帶式輸送機(jī)，使用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器線路控制，以微機(jī)單片機(jī)及集成電路組成的監(jiān)控系統(tǒng)，由于煤礦工作環(huán)境惡劣，不能夠快速、準(zhǔn)確的、可靠的進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息交流，存在操作分散、安全性差的特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)出以PLC為控制核心，MCGS監(jiān)控軟件的自動(dòng)化系統(tǒng)，管理人員不用進(jìn)入現(xiàn)場就可獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，大大提高工作效率。

2 總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)以PLC為控制核心，利用MCGS組態(tài)軟件組建觸摸屏監(jiān)控畫面實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在PLC控制方式下，設(shè)計(jì)出硬件電路、繪出順序功能圖、編制PLC梯形圖相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)多種控制方式，如手動(dòng)，自動(dòng)等，具有煙霧、灑水、跑偏、撕裂、急停、堆煤、溫度、速度等多種保護(hù)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行可以有效地提高運(yùn)行效率。利用組態(tài)軟件MCGS組建監(jiān)控畫面實(shí)現(xiàn)觸摸屏的有效監(jiān)控利用，能夠進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，大大提高了生產(chǎn)效率和從事煤礦生產(chǎn)人員的安全程度。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于煤礦工作環(huán)境復(fù)雜，對設(shè)備安全的要求性較高，在選擇硬件時(shí)，以保證系統(tǒng)的安全性，穩(wěn)定行為原則，在綜合在調(diào)研、分析現(xiàn)場監(jiān)控和報(bào)警需求的基礎(chǔ)上，確定了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案提出了適應(yīng)現(xiàn)場需求的控制方式，制定了合理的保護(hù)功能。

帶式輸送機(jī)必須實(shí)現(xiàn)初始狀態(tài)所有設(shè)備均處于停止?fàn)顟B(tài)，在工作過程中應(yīng)該能夠及時(shí)處理如跑偏、撕裂、堆煤等各種各樣的故障。

本系統(tǒng)的控制過程采用每一條輸送帶有一個(gè)可編程控制器控制，由于每條輸送帶除了啟動(dòng)、停車及復(fù)位按鈕之外，還有煙霧保護(hù)、灑水保護(hù)、跑偏保護(hù)、撕裂保護(hù)、急停保護(hù)、堆煤保護(hù)、溫度保護(hù)、速度保護(hù)等故障處理措施，本系統(tǒng)采用S7-200系列中的CPU226，有24個(gè)輸入口及16個(gè)輸出口，以及2個(gè)RS-485通信接口.每條輸送帶由2個(gè)電機(jī)拖動(dòng)，1臺小電機(jī)進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)的松閘和夾緊保護(hù)，以及各個(gè)故障信號，

控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下要求：

（1）啟動(dòng)后響鈴，松閘，延時(shí)，主電機(jī)啟動(dòng)延時(shí)從電機(jī)啟動(dòng)延時(shí)，無故障如無按下停止輸送機(jī)一直運(yùn)行;如按下停止則輸送機(jī)停止

（2）輸送機(jī)運(yùn)行起來后，如出現(xiàn)相應(yīng)故障要一一進(jìn)行處理

（3）故障處理結(jié)束后按復(fù)位按鈕，夾緊，復(fù)位，沒按停止，繼續(xù)進(jìn)行，按下停止則停止。

3.1 PLCI/O分配

為滿足控制要求，設(shè)定輸入對象共13個(gè)，與PLC的地址一一對應(yīng)，地址分配為I0.0-I0.3，I1.0-I1.7，I2.0。輸入按鈕共4個(gè)分別為啟動(dòng)按鈕I0.0、停止按鈕I0.1，復(fù)位按鈕I2.0，急停按鈕I1.4;模式選擇為自動(dòng)模式I0.2、手動(dòng)模式I0.3;故障信號7個(gè)為煙霧信號I1.0，灑水信號I1.1，跑偏信號I1.2，撕裂信號I1.3，堆煤信號I1.5，溫度信號I1.6，速度信號I1.7。輸出對象是12個(gè)，PLC的地址安排從Q0.0-Q0.7;Q1.1-Q1.4.輸出對象與地址一一對應(yīng)關(guān)系為：松閘Q0.0，響鈴Q0.1，M2電機(jī)Q0.2， M3電機(jī)Q0.3，煙霧處理Q0.4，灑水處理Q0.5，跑偏處理Q0.6，撕裂處理Q0.7，急停處理Q1.0，堆煤處理Q1.1，溫度處理Q1.2，速度處理Q1.3，夾緊處理Q1.4。PLC輸入、輸出口分配地址如表1所示。

3.2 程序控制

為實(shí)現(xiàn)控制要求采用順序控制功能圖編制程序，初始狀態(tài)S0.0步靜止?fàn)顟B(tài)，按下啟動(dòng)按鈕I0.0轉(zhuǎn)化到S0.1狀態(tài)，松閘Q0.0，響鈴Q0.1動(dòng)作;T37延時(shí)到，轉(zhuǎn)換到狀態(tài)S0.2步，M2電動(dòng)機(jī)Q0.2運(yùn)行并開始計(jì)時(shí);T38延時(shí)到執(zhí)行狀態(tài)S0.3步，M2電動(dòng)機(jī)Q0.2，M3電動(dòng)機(jī)Q0.3啟動(dòng)運(yùn)行并開始計(jì)時(shí);如有T39延時(shí)到無故障，就執(zhí)行S0.4步輸送機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)如果還沒故障返回至步S0.1;如果超速了I1.7有信號，則執(zhí)行S2.0步進(jìn)行超速處理，直至處理完速故障，按下復(fù)位I2.0轉(zhuǎn)換至S1.7步，Q1.4得電夾緊，T40延時(shí)到回到初始狀態(tài)S0.0。如果輸送機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)故障煙霧信號I1.0報(bào)警，則執(zhí)行S1.0步，煙霧處理Q0.4執(zhí)行處理故障;如果輸送機(jī)運(yùn)行中需要灑水，灑水信號I1.1報(bào)警，則執(zhí)行S1.1步，灑水處理Q0.5執(zhí)行處理故障;如果輸送機(jī)運(yùn)行中嚴(yán)重跑偏，跑偏信號I1.2報(bào)警，則執(zhí)行S1.2步，跑偏處理Q0.6執(zhí)行處理故障;如果輸送機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)撕裂，撕裂信號I1.3報(bào)警，則執(zhí)行S1.3步，撕裂處理Q0.7執(zhí)行處理故障;如果輸送機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)堆煤，堆煤信號I1.5報(bào)警，則執(zhí)行S1.5步，堆煤處理Q1.1執(zhí)行處理故障;如果輸送機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)溫度過高，溫度信號I1.6報(bào)警，則執(zhí)行S1.6步，溫度處理Q1.2執(zhí)行處理故障。故障處理完畢后，按下復(fù)位按鈕后執(zhí)行夾緊返回。如果按下停止則返回初始態(tài)。順序功能圖如圖2所示。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，在監(jiān)控畫面中，煙霧處理、灑水保護(hù)等用指示燈表示，正常為綠色，出現(xiàn)故障或處理為紅色，單獨(dú)設(shè)置報(bào)警畫面。本系統(tǒng)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中至少需要設(shè)置24個(gè)變量，分別為開關(guān)量啟動(dòng)，停止，自動(dòng)，手動(dòng)，急停，復(fù)位，煙霧信號，灑水信號，跑偏信號，撕裂信號，堆煤信號，溫度信號，速度信號，電動(dòng)機(jī)1，電動(dòng)機(jī)2，煙霧處理，灑水處理，跑偏處理，撕裂處理，堆煤處理，溫度處理，速度處理，變量中出煤堆為數(shù)值，故障組為組對象外，其他均為開關(guān)型，初值均為0，輸出1有效。監(jiān)控畫面如圖3所示，可實(shí)時(shí)監(jiān)控輸送機(jī)的運(yùn)行情況。

設(shè)備窗口中，需添加串口通信，并設(shè)置西門子PLC相關(guān)參數(shù)，通道連接，目的是告訴MCGS：啟動(dòng)按鈕等變量是通過PLC哪個(gè)通道送進(jìn)來的，報(bào)警燈等信號又是通過哪個(gè)通道送出去的。把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的變量與PLC的變量一一連接起來，建立通道連接，這一步直接關(guān)系到MCGS與PLC的通信，能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸屏上的顯示狀態(tài)與PLC狀態(tài)一致。在設(shè)置時(shí)一定要注意，PLC中I寄存器在與MCGS通信中是只讀數(shù)據(jù)，要想實(shí)現(xiàn)雙向通信，可以使用M寄存器讀寫數(shù)據(jù)保證雙向。Q本身就是讀寫數(shù)據(jù)，不用更改。

為了模擬仿真輸送帶的動(dòng)畫效果，運(yùn)行策略窗口腳本程序中編寫程序如下：

IF電動(dòng)機(jī)1AND電動(dòng)機(jī)2=1THEN

煤堆=煤堆+1

ELSE

煤堆=0

ENDIF

在本設(shè)計(jì)中單獨(dú)設(shè)置報(bào)警畫面，當(dāng)輸送帶運(yùn)行過程中出現(xiàn)煙霧、灑水、跑偏、撕裂、堆煤、溫度、速度等故障要進(jìn)行處理，等處理結(jié)束后報(bào)警解除，記錄報(bào)警數(shù)據(jù)，可方便隨時(shí)查看，及時(shí)了解帶式輸送機(jī)的情況。

5 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，在帶式輸送機(jī)的工作過程中可實(shí)時(shí)監(jiān)控工作狀態(tài)，對偶然出現(xiàn)的各種各樣的故障，例如跑偏、撕裂、堆煤等情況，能根據(jù)不同的情況進(jìn)行相應(yīng)的處理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完全可以實(shí)現(xiàn)控制要求。本設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際中，實(shí)時(shí)監(jiān)控帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化控制，提高設(shè)備可靠性和安全性，大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)省人工和成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]袁秀英，石梅香.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]陳志文.組態(tài)控制實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]杜功儒，劉凱深，李建華.基于PLC的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2009，30（11）：125-126.