基于PLC技术的皮带机调速系统的研究

【摘 要】传统的皮带机控制体系以继电器为主，通过互锁、换位等设置来完成较为复杂的控制指令，但该种模式存在较大缺陷，如接线复杂、调试困难、触点过多导致故障概率的增加，以及排查困难等。本文设计了基于PLC的皮带机调速系统，采用日本三菱公司的FX3U-64MR/ES-A为内核模块，在设计上兼顾了手动和自动两种控制需求，同时采用传感器技术对皮带机的主要运转参数进行监控，最终实现了皮带机的分级调速控制，明显的提高了整个控制系统的自动化、集约化水平，降低了控制成本，具有一定的经济价值和实践意义。

【关键词】PLC;皮带传输;分级调速

引言

皮带机在工业生产中发挥着不可替代的作用，是物流运输的主要模式之一，尤其在需要以流水作业的方式传输物料时，皮带机最能够发挥其高效能、持续性强、可控性好等优势。在工业生产的多种类型场合中，可能会遇到传输距离过长或地形较为复杂等情况，使用单条传送带将物料送至目的地的方式已经不太适用，应当选取合适的多条皮带来组成一个接力式的传输系统，共同完成物料传输任务。此时，各条皮带之间的协调一致就显得非常重要，而这一需求是以往继电器控制模式的短板所在，恰恰确是PLC控制模式的优势。

1 三级皮带机控制系统设计

在划分皮带机传输模式的时候，一般而言，超过3条皮带组成的传输系统都被称为多级皮带传输系统，本文选取3级皮带传输系统研究对象，如图1所示，由M0，M1和M2分别驱动皮带机A，B和C。系统采用自动/手动两种控制方式，通过切换开关来改变运行模式，通过屏蔽电缆将操作台与控制柜异地相连，最远可隔离50米左右，因此操作人员在处于远端的控制室内对整个系统进行实时监控，在控制界面中可以观察各个环节的运行状态，根据需要随时加以调整，皮带机的协调启动、停止等功能由PLC实现。

系统功能如下：

（1）启动和停止顺序：为避免物料堆积与残留，皮带机的开启顺序为M0M1M2启动时间间隔为5s;皮带机的关闭顺序为M2M1M0，停机时间间隔为5s。

（2）紧急停机控制：为了应对意外状况下需要紧急停机的需求，加入紧急停机控制，启动紧急停机控制时，3台电动机同时无条件停止。

（3）调速控制：分为分级调速和无级调速两种模式。

图1三级皮带传输系统结构

（4）跑偏保护控制：对皮带进行跑偏保护，跑偏15°即信号警告，跑偏达到30°强制停机。

（5）运行温度监控：系统内置热传感器，当温度超标时，紧急停机，保障系统安全。

2 PLC控制系统设计

2.1 整体结构设计

控制模块芯片选用日本三菱公司的FX3U-64MR/ES-A，该模块共64个控制端子，其中输入、输出各半，继电器输出信号可方便的与其他控制器对接;采用模块化的控制方法，数据传输速度快;耐高温，抗干扰性能突出;集成化程度高，系统平台支持多种控制技术。机架之间用1756～CNB/D模板连接成control net网络进行扩展，模拟量输人模块选用1756～IF16;模拟量输出模块选用1756～OF8;开关量输入模块选用1576～IB16;开关量输出模块选用1756～OW161。软件采用与模板配套的编程软件RSlogx5000，操作界面采用组态王;通信协议采用工业以太网协议，通信速率为10Mbps。

2.2 PLC 程序设计

PLC采用梯形图作为编程的主要模式，这使得PLC可以非常方便的将电路控制转化为软件控制，这也是PLC能够得到迅速普及的主要原因之一，本程序的主要功能主要有以下几个模块组成：

模块l：初始化子程序。在PLC加电时根据各个开关的位置设置标志位。使用特殊标志位，使得模块1仅在第一个扫描周期执行。

模块2 ：分级调速程序。本系统的调速模式分成两种，分别是分级调速和无级调速，通过调节皮带机上变频器的输出频率来调节速度。分级调速是指在某一频段均匀选择若干个目标值作为作为变频器的输出频率，本设计中设定为4级调速。变频器输出频率分别为6.4HZ、12.8HZ、25.6HZ、51.2HZ;无级调速则指在同一频段内采用无级调频来调节速度。由于篇幅有限，故选取电机M2为例画出程序梯形图，SW21、SW22、SW23、SW24是四个选择按钮，成互锁关系，避免了梯级冲突。

图2 M2分级调速梯形图

模块3：无级调速程序。通过在0～60HZ 之间调节变频器输出频率来实现无级调速，其中频率为先验系数（选定a=3.2） ，改变的值即可调节变频器的频率。

模块4： 如前文所述，为避免物料堆积与残留，皮带机的连锁启动顺序为M0M1M2，启动时间间隔为5s;皮带机的连锁停止顺序为M2M1M0，停机时间间隔为5s。如遇紧急情况需要停机，3台电动机应无条件同时停止。

启动程序开始时，计时器timer0（初值为0ms）开始计时，保持计

时器工作loc k2置位，计时状态被保持;计时器timer0=5000

时，M0以初速度启动;timer1=10000时，M2以初速度启动;

timer2=15000，M2以初速度启动，且lockl被置位，于是常

闭开关lockl断开，上面梯级失效，确保了程序的稳定。停

机顺序与开机顺序相反。

3 小结

本设计采用PLC模块为核心，对传统的继电器控制电路

进行改进，极大地提高了皮带机传输的自动化水平，实现了

多级皮带传输系统的安全稳定运行。该系统经过实践测试，

能够在高温、高粉尘、高电磁干扰等恶劣环境下正常工作，

其原因就在于本设计将操作台与控制柜隔离开来，将易受干

扰的器件设置在远端，从而减少外界环境对该系统的影

经此设置后，大大提高了设备的可靠性，减少了故障率，同时安装、操作、检修都非常便利。随着我国微电子技术的迅速发展，PLC将会在电气控制领域中发挥越来越大的作用。

参考文献

[1]马丽萍，孙义学.PLC在物料输送系统中的应用[J].陕西科技大学学报，2010（4）.

[2]汤兰溪.PLC在皮带传输系统中的应用[J].华东交通大学学报，2009（10）.

[3]陈松立.控制电器与控制系统[M] .徐州：中国矿业大学出版社，2006.

作者简介：

韩超云，男，出生于1965年，安徽颍上人，工作于淮南矿业集团物资供销分公司，工程师，二级建造师，主要从事物资供应。