董德杰

摘要：运用PLC和组态软件设计皮带运输机控制系统。该系统利用PLC运行可靠性高及系统通用性强的特点和组态软件实时人机通讯功能，实现了对设备运行情况进行在线监控和故障报警，满足皮带运输机控制系统的控制要求。

关键词：皮带运输机；控制系统；PLC；组态软件

中图分类号：TP273.5；TH222 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）04-0048-03

皮带运输机具有输送方便、运送距离长、物料运输量大的优点，其作为物料搬运机械在现代工业生产中起到十分重要的作用。但皮带运输机在长期工作中，往往存在皮带滚筒过热、皮带打滑、设备火灾等常见故障，对工业生产造成严重危害。

本文主要通过下位机PLC和上位机组态软件对皮带运输机控制系统进行设计。系统使用急停开关保障设备的紧急停机，使用红外温度传感器作为温度检测元件，使用烟雾传感器进行系统的火灾检测，使用接近开关防止皮带打滑。下位机主控器件选用西门子S7-200系列PLC，其中CPU单元为CPU-224XP，通信模块选用CP243-1，扩展模块选用EM221。系统选用两台三相异步电动机和一对齿轮实现速度的传递。采用西门子PLC S7-200编程软件STEP7进行软件程序编写。上位机选用北京亚控科技有限公司的组态王软件完成系统的实时在线监控、故障报警等功能。

1 皮带运输机控制系统硬件电路

在皮带运输机工作过程中，当现场出现突发状况时，需要设备紧急停车，以确保现场工作人员及设备安全。系统选用上海东升仪表有限公司的SPS-ZD系列急停开关作为保护器件，该开关触点容量10 A/500 V，法向报警角度20°，外壳防护等级IP65，作用力5～7 kg。

滚筒过热是皮带运输机控制系统中常见的故障，如不能及时发现及处理，将成为很大的安全隐患。系统选用北京市博达昌正科技发展有限公司的IRTP系列红外线温度传感器， 利用红外线的物理特性进行温度的测量，该传感器测温范围广，环境温度-25～85 C°，响应时间150 ms，距离系数8∶1，工作电源DC 24 V。

系统长时间工作会导致防滑胶严重磨损，天气潮湿时会导致滚筒表面摩擦系数降低，这些都会使系统出现皮带打滑现象。系统选用上海东升仪表有限公司的E2RF7413系列接近开关，该开关利用位移传感器对物体正在接近的这种敏感特性控制电路开通或关断。在皮带运输机的机架上安装一个传感器，滚筒的轴每转一周，速度传感器就接收一个脉冲信号，根据每秒内传感器接收到的脉冲信号数可以算出从动滚筒的速度，因此，根据滚筒轴端速度传感器每秒接收到的脉冲信号数，即可测出皮带的打滑程度。

在皮带发生着火的事故中，主要是由于滚筒停转或滚筒在皮带表面打滑而导致滚筒温度升高甚至着火。系统采用上海东升仪表有限公司的55-168P系列温度传感器检测烟雾信号，该传感器工作环境温度为-10～50 C°，报警工作电流为10～30 mA。

系统使用两台山西防爆电机集团有限公司的Y160M2-2型三相异步电机，该电机额定功率15 kW，额定转速293 r/min。两台电机分别安装在两条皮带的尾端，在电机的转轴和皮带机架滚轴连接处安装一对齿轮，实现速度的传递。

系统选用西门子S7-200系列PLC，其CPU模块为CPU-224XP，集成了2个输入、1个输出共3个模拟量输入、输出点，14个输入、10个输出共24个数字量输入、输出点，最多可连接7个扩展模块。通信模块选用CP243-1，有助于PLC通过因特网进行编程、诊断和远程组态。扩展模块选用EM221，其功耗3 W，隔离组4组，最大延时4.5 ms，光电隔离1 500 VAC。系统控制回路接线图如图1所示，PLC内部接线图如图2所示。

2 皮带运输机控制系统软件设计

系统软件采用西门子PLC S7-200编程软件STEP 7进行软件程序编写。其I/O地址分配包括：AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、DI（数字量输入）和DO（数字量输出）。系统的PLC接线图如图3所示，皮带启动流程如图4所示。

3 上位机设计

上位机设计主要使用北京亚控科技有限公司的组态王软件实现。系统有3个画面，分别为过程画面、趋势画面和报警画面；其中，过程画面有3个窗口，分别为按钮窗口、指示灯窗口和故障指示窗口。系统运行时，点击过程画面按钮窗口按钮箱上相应的按钮以实现相应的皮带机的启动，这时指示灯窗口实时显示按钮状态，故障窗口在设备运行发生故障时进行相应的故障报警；趋势画面可实时显示温度和速度曲线；当温度和速度超过系统预设值时，报警画面发出相应的报警信息。

4 结论

基于PLC和组态软件的皮带运输机控制系统运行过程中，当出现皮带滚筒过热、皮带打滑、设备火灾等故障时，系统相应的传感器发生动作，将故障信号传送到PLC中，通过PLC实现皮带停机保护，同时上位机中也会实时显示相应的故障类型，从而实现对系统的保护。

参考文献

[1] 胡学林.可编程控制器教程[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2] 翁国华.皮带机速度保护传感器[J].自动化仪表，2002，23（7）：41-43.

[3] 汪晓光.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

Abstract： Using PLC and configuration software to design the control system of belt conveyer. The system makes use of PLC's features of high operating reliability and strong generality and live man-machine communication function of configuration software to fulfill on-line monitoring and fault alarm for the supervision of equipment operating situation， and meet the control request of belt conveyer control system.

Key words： belt conveyer； control system； PLC； configuration software