基于嵌入式软PLC的带式输送机控制系统设计

冯晓莉

摘要：根据带式输送机运行要求，软PLC控制系统采用了高性能的微处理器，使用标准的编程语言设计控制系统梯形图程序。本文通过对软PLC系统的优点及其设计步骤进行简单介绍，进而对带式输送机的工作原理和基于嵌入式软PLC的带式输送机控制系统的软硬件组成进行了相关探讨。

关键词：PLC控制系统;带式输送机;控制系统

引言

带式输送机因具有结构简单、运送距离长、运输量大以及连续运输等特点，被广泛应用在矿山、煤炭、糖厂等企业。国产传统带式输送机控制系统主要采用硬PLC控制器，其在输送过程中使用继电器控制，灵活性比较差，输送带的控制启停，相对独立，控制系统比较分散，而且传统的PLC构架是封闭的，系统的扩展性和移植性比较差，不利于控制系统的分散化和个性化发展。现在最先进的技术就是使用PLC（可编程控制器）控制系统完成自动化生产环节中设备的科学调度，PLC技术在煤矿带式输送机控制系统中的设计融合了系统自动化控制、设备监测及故障提醒的功能，目的在于提高煤炭的生产自动化，为安全高效生产提供了帮助。因此，为了改善传统带式输送机的缺陷，采用软PLC控制技术提高系统的自动化控制、设备监测及故障提醒等的功能。

一、软PLC控制系统的优点

近年来，随着计算机技术的迅猛发展以及PLC方面国际标准的制定，一项打破传统PLC局限性的新兴技术发展起来了，这就是软PLC技术。

软PLC的硬件体系结构不再封闭，用户可以自己选择合适的硬件组成满足要求的软PLC。

传统PLC的指令集是固定的，而实际工业应用中可能需要定义算法。软PLC指令集可以更加丰富，用户可以使用符合标准的操作指令。

PC机厂家的激烈竞争使得基于PC机的软PLC的性价比得以提高。

传统PLC限制在几家厂商生产，具有私有性，因此很难适应现有标准计算机网络，常常是PLC与计算机处在不同类型的网络中。软PLC不仅能加入到已存在的私有PLC网络中，而且可以加入到标准计算机网络中。这使得现有计算機网络的很多研究成果很容易地应用到PLC控制技术中。

软PLC的技术是基于IEC61131-3标准的，因此在掌握标准语言后开发就比较容易。

二、PLC控制系统设计步骤

设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。

（一）熟悉被控对象，制定控制方案分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。

（二）确定I/O设备。根据系统的控制要求，确定用户所需的输入（如行程开关、按钮、选择开关等）和输出设备（如电磁阀、接触器、信号指示灯等）由此确定PLC的I/O点数。

（三）选择PLC时主要包括PLC机型、I/O模块、容量、电源的选择。

（四）分配PLC的I/O地址。根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、电磁阀、接触器、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、数量、规格;根据所选的PLC的型号列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。

（五）设计软件及硬件，进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。因为程序与硬件设计可同时进行，所以，可大大缩短PLC控制系统的设计周期，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。

（六）联机调试。联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。开始时，先不带上输出设备（信号指示灯、接触器线圈等负载）进行调试。利用编程器的监控功能，分段调试。各部分都调试正常后，再带上实际负载运行。若不符合要求，则对硬件和软件程序作调整。通常只需修改部分程序即可，全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。

（七）整理技术文件包括设计说明书、电气元件明细表、电气安装图及使用说明书等。

三、带式输送机控制系统的工作原理

（一）手动控制操作

采取手动控制操作，系统管理员能够控制设备的启动与停止，能够设置每条输送带的解锁和互锁状态，正常启动和带式输送机启动方式。检测到输送带上没有煤的时候，延时启动，在输送带的煤完成输送任务时，输送带停止工作，目的在于减少输送带的空转工作，这就是正常启动操作，在检测到输送带上有煤的状态时，启动输送带之后启动煤机。

（二）自动控制操作

自动控制操作主要通过程序软件实现，控制人员能够在控制机上启动、停止设备。在系统进入自动控制操作后，自动开启设备或者停止带式输送机，根据分布在监测点的数据汇总分析，对信号自动实现报警，在发生故障时，自动控制系统能发出维修警报，自动停止工作，同时在组态系统中创建维修日志，方便维修人员对设备的检测和维修工作。

（三）变频控制图

输送带的电机使用变频控制技术，变频器实现电机的开启和关停，这些都能够在主控界面显示出来，在遇到输送机控制系统出现故障和报警时，记录设备故障地点时间与故障信息。

四、带式输送机控制系统硬件与软件组成

（一）硬件组成

带式输送机控制系统硬件结构带式输送机由伺服电机、输送带、传动滚筒、驱动装置、制动装置、拉紧装置以及保护装置等设备组成。经过尾部滚筒和传动滚筒，输送带形成一个封闭的环形带。由托辊支撑传输带，传输带工作时所需要的拉紧力由拉紧装置提供。电动机驱动滚筒，带动传输带，使传输带在带式输送机中连续运动。过去的带式输送机控制系统大多采用硬PLC做控制器。传统的硬PLC采用的是封闭式的硬件结构，而软PLC结构是开放式的。在系统的设计过程中，不仅要保证控制系统的稳定性、可靠性，还要考虑系统以后的扩展性、二次开放性、开放性。所以嵌入式的控制系统能很好满足上述要求。并且基于嵌入式的软PLC具有丰富的外围接口：USB接口、以太网接口、CAN总线接口、串行接口以及人机接口等。这样能满足更多控制要求的需要，也缩短了系统开发周期。根据带式输送机的结构以及煤矿对带式输送机的工作要求，设计的带式输送机控制系统结构主要包括三个部分：软PLC控制器核心电路、输入信号部分和输出信号部分。

（二）软件组成

1、带式输送机的软件系统结构

软PLC控制系统，是一种基于PC开放式构架，利用嵌入式硬件资源和软件资源，来实现传统硬PLC基本功能的控制系统。它既具有传统PLC的快速性、可靠性、故障查找等优点，又具有计算机良好的开放性、兼容性，网络通讯能力与处理数据的能力。软PLC控制系统的结构包含两个部分：编程系统和运行系统。编程系统的工作环境为pc机的操作系统。在编程系统中，结合IEC61131-3标准规定的编程语言，运用OpenPCS编程工具，编写带式输送机应用控制程序，然后编译生成目标代码，再进行资源配置和运行系统的通信。

2、带式输送机软PLC编程系统软件设计

为提高程序的可读性以及方便用户维护，系统应用程序采用模块化设计方法。分成数据采集、通讯以及数据输出等功能模块。以数据采集模块为例，阐述其实现过程。因为带式输送机需要采集的模拟信号有输送带速度、油箱温度、给煤仓煤位、电机电流，所以硬件中选用AD7874模数转换芯片，在编程系统中设计一个AD7874数据采集模块。而编程系统中主要是定义数据采集模块的原型，具体实现部分需要由运行系统来完成。

3、带式输送机软PLC运行系统软件设计

软PLC具有传统PLC的特点，按照输入采用、程序执行和输出刷新三个阶段周期扫描。软PLC运行系统被作为vxworks操作系统上的一个

任务来执行。因此运行系统设计过程中，先需完成vxworks操作系统在S3C2410微处理器中的移植，然后编写功能模块的驱动程序。在编程系统中定义的某些地址的物理I/O变量，能够通过I/O过程映像，映射到段表的某一个地址，这样实现外围硬件与映像区的数据存取。

结束语

带式输送机通过应用PLC控制技术运行，简化了设备运行的控制系统，整套系统运行稳定，设备操作方便，提高了控制的可靠性，确保了带式输送机运行过程的安全性，降低了启动和停止过程对输送带、机械传动设备及电网的冲击影响。该控制系統已在多条井上和井下的带式输送机上使用，运行情况表明，控制系统安全可靠。

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