1、概述
胶带
输送机是一种连续运输设备，既可以运送散状物料，也可以运送成件物品。它具有结构简单、输送量大、噪音小等特点。早期的胶带输送机的电气控制大多采用继电器、接触器控制、手工操作的方式，存在劳动强度大、能耗严重、维护量大、可靠性低等缺点。随着技术的进步，生产机械对电器自动控制提出了更高的要求，继电器控制系统已难以适应生产过程的需求。为此，采用PLC技术控制胶带输送机是十分必要的。
可编程逻辑控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合自动控制、计算机和通信技术发展起来的通用工业自动控制装置，与其他工业控制装置相比较，PLC有以下特点：①可靠性高，抗干扰能力强。②使用方便、通用性强、配置灵活、能满足各种要求的控制系统，当生产工艺改变，控制要求发生变化时，只需改变控制程序。既：可以控制1台生产机械，又可以控制一个生产过程。③容易掌握，编程较简单。④体积小，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。⑤维修方便，PLC采用�？榛峁�，使维修也极为方便。
金能公司原14井地面输煤装车自控系统中，要求在远离输煤走廊的主厂房控制室里对输煤线的运输设备进行控制，并实时监测设备的运行状态。当时使用的是继电控制系统，线路复杂，维修难度大，事故率高。输煤系统中有4台输送机在整个控制系统中起着极为重要的作用，若其中1台输送机出现故障，后面输送机就会出现堆煤压车事故，影响煤炭外运。后来，在技改过程中，根据胶带运输的实际情况，选用PLC对原有的电控系统进行了自动化改造，实现输煤设备的联锁控制以保证其可靠性，并针对此问题进行了硬件及软件设计。其功能特点如下：系统设有自动／手动两种控制方式。微机控制箱上有正常起车、正常停车、紧急停车、故障复位等按钮。当系统发生故障时，只有排除故障后按下复位按钮才能重新起车。本系统在投入运行后，整个系统安全可靠、稳定性高，能够准确地完成控制操作，并且能对现场出现的各种突发事件及时做出响应。减少了维修量，保证了系统运行的可靠性，提高了工效，取得了良好的效果。本文将主要介绍PLC的控制应用。
2、胶带输送机集中控制系统的结构及工作过程
2.1胶带输送机的结构
胶带输送机由胶带、驱动装置、托辊、机架、张紧装置、制动装置、清扫器等零部件组成。原材料输送机输送示意图如图1所示。
2.2胶带输送机的电气控制要求
设计目的和技术要求：
(1)输送系统启动时先启动最后1台皮带机PD4，然后间隔15s，从后向前依次启动各台皮带机。
（2）输送系统停车时先停止最前面1台皮带机PD1，物料运送完毕后，以30s时间间隔依次从前向后停止各台皮带机。
(3)当某台皮带机发生故障时，该皮带机和前面的皮带机立即停车，而该皮带机以后的皮带机待物料运送完后停车。例如，当胶带输送机PD2发生故障，PD1、PD2立即停车，延时30s后PD3停车，再经过30s后，PD4停车。
2.3胶带输送机的总体方案确定
胶带输送机控制可采用PLC控制与继电器控制两种控制方法，两种控制方法的特点如下：
(1)方式。继电器的控制是采用硬件接线完成，采用的是“触点控制”形式，利用继电器触点的串联或并联及延时继电器的动作等组合完成控制逻辑，只能完成固定的逻辑控制。继电器长时间使用触点易损坏和产生接触不良。因此，其可靠性与继电器、接触器触点有关。而PLC组成的控制系统是以计算机芯片完成逻辑处理和数据处理功能，由专用软件实现控制功能。其逻辑控制在内部实现，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，寿命长、可靠性高。
(2)速度。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，触点的动作一般在几十毫秒。另外，机械触点还会出现抖动问题。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快、严格同步、无抖动现象。
(3)限时控制。继电器控制系统里的时间继电器定时精度不高，易受环境影响，而PLC定时器时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高、调整方便、定时范围大、定时时间不受环境影响。
通过对两种控制方式的比较，PLC控制方式控制效果比较好，可实现胶带输送机的自动化；而采用继电器控制方式，这种控制方式还停留在人工操作，效果也不明显。为此采用PLC控制胶带输送机是一个很好的选择。PLC控制方式又分集中控制和分散控制两块。集中控制就是1台多个I/O点PLC控制多台设备，实行的是一对多的控制方式；分散控制是多台PLC，而每台的PLC的I/O点相对来说就比较少，实现的是多对多的控制方式。在PLC出现以前，硬接线电路的RLC是逻辑、顺序控制的唯一执行者，它结构简单、价格低廉，一直被广泛应用，而PLC出现后，几乎在所有方面都超过了RLC。
3、控制系统的硬件电路设计
3.1 PLC选型及I/O表的分配
输入信号：
启动开关 需要1个输入端
停车开关 需要1个输入端
故障开关 需要4个输入端
故障复位 需要1个输入端
检修控制 需要1个输入端
现场控制 需要4个输入端
以上共需12个输入信号点，考虑到以后对系统的调整与扩充，需要留有备用点，确定共需14个输入点。
输出信号：
电动机 需要4个输出端
故障报警灯 需要4个输出端
以上共需8个输入信号点，考虑到以后对系统的调整与扩充，留有15%~20%的备用点，共需要要10个输出点。
根据胶带输送机系统的控制需求，在PLC的选型上，选用了德国SIEMENS公司的S7-200型PLC．S7-200PLC是一体化整体式PLC，具有结构紧凑、安装简单、扩展方便的特点。
基本CPU单元选用的是CPU224，主机的输入输出点数为24点，14点输入，10点输出；可扩展到168点数字量。
根据控制要求将输入点与输入信号、输出点与输出控制进行分配。I/O分配表如表l所示。
3.2PLC外围电路的设计与电路图
3.2.1 PLC外围电路图
SBl:启动按扭(10.0)。SB2:停止按扭(10.1)。SB3-SB6:4台输送机相对应的故障信号。经SB3-SB6(10.2~ 10.5)输入PLC处理输出。当其中任何1台输送机发生故障，故障指示灯HL便开始报警。各种故障信号（过流、断相、短路、过载）均可由这4个输入端输入。SB7:复位按钮，SA-1:检修转换开关，SB8-SB11:现场控制按钮。
3.2.2硬件电路主电路图及说明
在图3所示中，接触器KM1控制电机Ml、接触器KM2控制电机M2、接触器KM3控制M3、接触器KM4控制M4。在主电路中，每1台输送机，都可由对
应的低压电器来切断电路，进行保护。刀开关QF起电源隔离作用。熔断器FU作为电路短路�；ぁＨ燃痰缙鱂R对电机提供过载�；�。
3.3 电路的接线要求
在硬件电路图的基础上（见图2、图3），对相关的控制接线做具体要求：
(1)采用“远程集中”控制，完全由PLC按照工艺要求来启动生产线上各台设备。
(2)电动机容量小于lOkW或其容量不超过电源变压器容量15%。20%，可实行直接启动。
(3)交流接触器的容量根据电机功率来选取，所有接触器线圈电压均为AC220V。
(4)所有电机都配有相应的低压电器�；�；具有短路、过载、过电流、断相等保护功能。
(5)电控系统采用三相四线制供电系统。
4、控制系统的软件设计
4.1软件设计
在继电器控制线路中，为达到某种控制功能，又要安全可靠，还要节约使用继电器触点，设置了许多制约关系的互锁电路，而PLC是采用串行扫描工作方式不存在几个支路并列工作的因素，互锁条件也可在软件编程中编制进去，根据加工工艺要求和工序需要，同时考虑设备的可靠性、故障保护与报警状态显示的要求，以及实现系统各设备协调工作，用梯形图语言编制整个控制程序。此PLC控制系统在集控方式下，系统可实现启动、停车，并能显示相对应的故障设备。在设备检修状态时，可由现场的操控箱进行现场就地控制。
4.2程序流程图与梯形图及说明
上电后PLC初始化，当按下启动按扭，胶带输送机PD4先启动，然后每隔15s启动胶带输送机PD3、PD2、PD1。物料运送完毕需要停车时，只需按下停车按扭SB2(10.1)，第一台输送机PD1立即停止工作，以免继续送料，然后以每间隔30s时间停止PD2、PD3、PD4输送机。当某台设备出现故障时或在设备巡检时发现隐患，按下故障按扭，这台输送机以及之前的输送机马上停止工作，再通过30s定时器停止后面的输送机。系统动作过程的流程图如图4所示。
根据控制要求及流程图，做出梯形图并编写出语句指令表，梯形图如图5所示，在程序中，QO.O、QO.1、Q0.2、Q0.3控制电机M4、M3、M2、Ml;Ql.0、Ql.l、Q1.2、Q1.3为故障报警输出。每个电动机启动的时间用定时器控制。当按下启动按扭SBl(10.0)时，使线圈KM4通电，使KM4主电路通电，接触器闭合，PD4电机M4启动，以15s间隔依次控制（由定时器T37、T38、T39控制）KM3、KM2、KM1线圈通电，主电路闭合，相应的电动机开始工作。接下来是停车过程，按下停车按扭SB2(IO．1)，使PD1电机Ml电机停止，然后每隔30s按M2、M3、M4顺序停止。通过低压电器的�；ぃǘ搪�、过载，过电流等）切断电路，保证安全。在出现故障时是用手动来控制的。当M2电机发生故障时，可按下SB3(10.3)按扭，M2与Ml电机立即停止，然后通过T41的定时30s，切断M3；通过T403定时30s，切断M4。
在按下启动按钮SB1，最后1台输送机PD4开始起动，在通过定时15s后，依次起动PD3、PD2、PD1胶带输送机。停车时应先停止最前面的皮带机PD1，停车按钮为SB2，按下此按钮PD1电机停止，在通过程序的控制依次使PD2、PD3、PD4皮带机停止，这就是在正常情况的启动与停止控制。在有故障的情况下，按下对应的皮带机的故障按钮就能使电机停止并及时报警，同时定时器开始定时，一段时间后全部的电机停止工作。另外还有故障报警，提醒有关人员注意。
当设备需要检修时，将检修开关置于检修位置，此时开关将启动按钮与PLC的输入端IO.O断开，通过内部继电器将检修按钮接通，这时，电机的运转将由现场的控制按钮进行点动控制。
5、系统调试
尽管PLC的程序经过人工检查和模拟调试，但是很多现场因素无法预料。必须通过PLC和现场控制台控制电机的启动、切换和停止，发现错误后立即停止调试进行修正。调试的目的就是使电机能够按照设计的步骤进行，并且能够对各种意外情况进行处理。
系统调试将手动与自动操作控制独立分开，自动操作控制首先保证单机程序调试成功后，再转入连续控制，最后连接整个系统试运行。由于PLC可灵活、方便的通过变成来控制过程，使调试变得更简单。该系统经过一段时间运行表明，系统陛能可靠，自动化程度高，完全能够满足生产工艺要求，它不仅提高了生产效率，而且减轻了劳动强度，改善了工作环境。
通过对本系统的设计和调试，对于逻辑控制，如果采用常规的仪表和继电控制，不仅系统繁琐、调试困难，故障概率大，而对以后的维护也带来困难。用PLC控制不仅能解决以上问题，还具有几大特点：①控制条理清楚，接线简单明了。②用软件代替传统的继电控制，减少了设计困难，减少了系统故障。③模块化程序设计，便于调试，便于功能的改进。④编程图形化，使之一目了然。
6、结论
现代化矿井对设备的要求越来越高，设备需要不断更新、不断进步，可靠性、易操作性、可监视性、易维护等特性是对设备最基本的要求。用继电器搭成的控制电路具有可靠性差、不易维护、不易监视，已不能适应当前的要求。现在迫切需要可靠性高、易维护、易操作、可监视并且价格不高的控制器来代替继电器搭成的电路。目前，电子技术、软件技术、控制技术飞速发展．可编程控制器(PLC)发展迅猛，性能牢靠，价格较为合理，与继电器控制电路比具有非常大的优势。因此，选用PLC来代替继电器、接触器控制是矿井发展的必然趋势。
相关输送机产品：
1、
皮带输送机
2、
刮板输送机
3、
斗式提升机
