基于西门子S7-1200PLC的带式输送机控制系统设计

2021-11-28贺小飞贺江华

绿色科技 2021年4期

凌超，贺小飞，贺江华

(衡阳运输机械有限公司，湖南衡阳 421002)

1 系统控制要求

以西门子S7-1200PLC为主控核心单元，其可靠性高，抗干扰能力强，维护简单，并且通过西门子WinCC组态软件可以直接反馈现场输送机的实时工作状态，结合各类传感保护装置，最终构成带式输送机的电气控制系统。该系统能对输送带跑偏检测装置、打滑检测装置、纵向撕裂保护装置、溜槽堵塞保护装置、料流检测装置、双向拉绳开关等故障信号进行实时监控，以及对驱动电机的起保停控制，最终实现自动化控制。具体要求如下。

(1)输送带跑偏检测装置。当输送带跑偏使防偏开关的侧辊偏转10°时，开关发出报警信号，通知操作者要对输送带的跑偏进行纠正。当输送带使侧辊偏转30°时，则开关动作，切断电机电源使其紧急停车。同时通过触摸屏(简称HMI)进行跑偏控制监测。

(2)传动滚筒打滑检测控制。给滚筒上安装打滑检测装置，通过此检测装置来检测皮带的打滑。当测得输送带速度小于传动滚动线速度的30%时，立即切断电机电源使其紧急停车。

(3)纵向撕裂开关用于对异物可能刺入输送带，使之纵向被切割开的工况进行监测。一旦测得纵向撕裂工况的发生，开关立即向PLC发出信号，PLC发出切断电源指令，使之紧急停车，以防止输送带纵向撕裂事故进一步扩大。

(4)溜槽堵塞保护装置安装在溜槽或漏斗壁上，用于检测溜槽或漏斗是否发生堵塞。当发生堵塞时，检测器发出报警或停机信号，以便现场操作人员采取相应措施，消除堵塞。

(5)料流检测器用于检查输送带上是否有料，以供系统控制装置决定输送机是否停机，电子皮带秤、除尘装置和取样装置是否工作。

(6)拉绳开关是用于带式输送机事故紧急停车的一种保护装置，设于输送机中间架两侧，在开关操作距离内的任何一处拉动钢丝绳，使输送机紧急停车。

2 系统硬件

2.1 PLC控制器

S7-1200控制器使用灵活、功能强大，可用于控制各种各样的设备以满足用户的自动化需求。S7-1200设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。选用西门子S7-1200，CPU为1214C的PLC,其集成的PROFINET以太网接口与西门子HMI精简系列面板触摸屏通信。

2.2 监测开关

用于监测和保护的传感器有打滑保护用的开关及安全保护用的纵向撕裂开关、跑偏开关、速度开关、溜槽堵塞检测、料流检测、电流过载检测等。

2.3 显示报警设备

上位机和现场操控台作为显示报警设备，现场操控台上面有西门子HMI、事故报警显示灯及操控按钮等，以及输送机沿线的报警电铃做报警。

3 控制系统的功能

3.1 带式输送机系统工作方式

本监控系统对输送机的控制有上位机控制和现场人工控制两种控制方式：上位机控制方式是由上位机的监控系统发出相应的控制指令，实现带式输送机的启动、停止控制及各种工况的监控，通过该种控制达到保护设备的目的；现场人工控制是利用现场操控台的操作按钮，实现其启动和停止，同前一种方式一样，此种方式下保护装置仍有工况监控和保护作用。

3.2 工况监测

保护装置主要监测输送带跑偏、打滑和撕裂，溜槽堵塞、料流、驱动电机电流过载等，同时对带式输送机的过载，输送带速度进行实时监测，在非正常状态下输送机的紧急停机。上述监测信息都进入上位机，实现现场工况监测。工况监测能够有效地保护带式输送机的安全运行，同时保障了操作人员的操作安全，避免造成设备安全事故。

3.3 设备工况显示

设备工况可分为6种情况：正常运行、撕裂报警、跑偏报警、打滑报警、堵料报警和事故急停。在上位机及操作台上HMI都有带式输送机工况显示，同时在上位机及操作台上都以指示灯的方式在操作上显示运行情况。

3.4 设备管理和运行数据记录

上位机控制系统同时具有设备运行管理和运行数据记录功能，可以查询、打印各项实时监控数据，以便对出现的故障进行分析。

4 控制系统工作流程

上电初始化，得到启动确认信号；在上位机上操作，按系统启动按钮，系统启动，电机一启动，皮带开始运行；在运行过程中，若遇到各种事故信号，系统马上停机，等待检修，检修完毕，再上电初始化，重新启动。

5 控制系统界面设计

基于对 WinCC组态软件认识，利用WinCC组态软件制作带式输送机监控系统界面，建立一个直观且易操作的输送机控制系统界面。

①建立带式输送机监控项目；②建立HMI与PLC之间的通信连接，HMI与组态的上位机的通信连接；③在组态软件中定义需要监控的过程变量；④创建带式输送机监控系统的画面；组态画面中的元素与变量建立连接，实现动态监控；⑤采集，处理和归档现场的过程值数据，以表格的形式显示或打印输出；⑥编辑报警信息；⑦用户管理，分级设置操作权限。