三菱PLC控制带式输送机物料输送系统的应用

李欢良

（江西铜业集团公司 教育培训中心，江西 贵溪 335421）

三菱PLC控制带式输送机物料输送系统的应用

李欢良

（江西铜业集团公司 教育培训中心，江西 贵溪 335421）

带式输送机在江铜各大厂矿得到广泛应用，它的控制形式有继电接触器、单片机、微机和PLC控制等多种形式。根据江铜输送矿石的实际需求和应用，提出多级带式输送机集中控制系统设计方案。根据带式输送机的工作流程和控制要求，利用三菱FX2N系列PLC的集中控制和简单可视化的程序开发设计带式输送机物料输送控制系统。根据设计条件、控制要求，分析输入输出地址，设计了电路图、接线图和梯形图，对PLC进行了选型、程序的编制，并对程序进行模拟仿真，确保程序的可运行性。

带式输送机；自动控制；PLC；编程；选型

1 引言

带式输送机作为一种重要的物料输送设备，由于它的输送量大、结构简单、维护方便、成本低、通用性强等优点，被广泛应用于冶金、矿山、建筑和化工等各行各业中，输送各种散状物料及成件物品，它既可以单台实现输送，也可与其他带式输送机组成水平或倾斜的复杂输送系统，实现物料运输系统的自动化控制。带式输送机在江铜也有广泛应用，随着江铜各厂矿规模的不断扩大，传统的控制形式已经满足不了发展的速度，需要对带式输送机系统的性能、保护装置的控制要求以及运行的稳定性要求等不断提高，以适应企业不断发展过程中的生产需求。

2 PLC简介与应用

在带式输送机的控制系统中，PLC控制方式已成为一种重要的基本控制单元。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高、简单、方便等优点，是目前工业自动控制的首选装置［1］。

PLC即可编程控制器（Programmable Logic Controller），是为了适应工业生产的需求而产生的，它由原来的继电器、接触器控制换成了计算机控制，实现了生产自动化。它不仅具有逻辑控制功能，还能进行算数运算、数据处理和数据传送，而且随着微电子技术的迅速发展，它的控制功能越来越强大，目前已经成为工业生产过程控制不可或缺的现场设备。PLC的硬件组成主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口、外部设备接口、编程装置和电源等部分组成，其结构框图如图1所示。它通过改变程序来改变控制功能，可以针对具体问题研发各种专用的编程指令及编程软件。

图1 PLC结构框图

目前，以PLC为主构成的控制系统在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，用于实现机械设备、生产流水线和生产过程的自动控制［2］。随着计算机的不断发展，其应用领域也不断扩大。它的应用大致可以分为以下几种类型：

（1）开关量的逻辑控制，例如：红绿灯、机械手、带式输送机、生产流水线和电梯。

（2）运动控制，例如：各类机床、机械设备的位置控制。

（3）过程控制，例如：恒压供水、锅炉和化学反应。

（4）数据处理，例如：自动售货机和密码锁。

（5）通信联网，例如：PLC与计算机、PLC与PLC、PLC与触摸屏以及其它设备之间的通信联网。

3 控制系统设计

3.1 设计条件

带式输送机的驱动装置是设备的动力来源，它由电动机、偶合器、减速器、联轴器以及传动滚筒组成。驱动装置一般由1台或2台电动机驱动1台传动滚筒，大功率或特殊场合可由多台电动机带动多个传动滚筒进行驱动。带式输送机的电气保护装置主要有急停按钮、双向拉绳开关、皮带跑偏检测开关、皮带打滑检测开关、皮带防撕裂检测开关等。

带式输送机控制系统是一个高效率的传送分配物料系统。它包括控制料斗下料、皮带运转、停止、物料运输、安全保护开关等多个工作单元。它们既相互独立，又同时相互协作完成复杂的生产任务。

图2是江铜某厂输送原料的带式输送机工作示意图，由三级带式输送机系统组成。

图2 带式输送机工作示意图

物料从料斗下料，经过3台输送机A、B、C送至料仓内。料斗由电动推杆电机M0驱动，输送机A、B、C分别用3台电动机M1、M2、M3驱动，电动推杆电机M0以及3台电动机M1、M2和M3分别由接触器KMl、KM2、KM3、KM4进行控制。每台电动机均有短路及过载保护开关。图3是带式输送机控制主电路图。

图3 主电路图

3.2 控制要求

（1）初始状态。带式输送机控制系统全部为关闭状态。

（2）启动要求。为避免造成物料堆积，启动时需要逆物料流动方向逐台启动各台电动机，其时间间隔为5s，系统启动顺序为M3→延时5s→M2→延时5s→M1→延时5s→M0，同时用4个指示灯来指示系统运行的状态，正常运行时指示灯亮灯为绿色。

（3）停止要求。为了避免输送带上残留物料，停止时要求顺物料流动方向逐台停止各台电动机，其时间间隔为1min，其停止顺序为M0→延时1min→M1→延时1min→M2→延时1min→M3。

（4）紧急停止要求。为保证意外发生时的安全，在紧急情况下，还要有急停按钮，当急停按钮按下时，无条件地把M1、M2 、M3 、M0全部同时停止。

急停双向拉绳开关主要用于带式输送机紧急停机。当带式输送机现场出现紧急事故时，现场工作人员可在带式输送机两侧任意地点拉动急停双向拉绳开关的钢丝绳，使带式输送机驱动系统立即停机。排查、解除故障，确认系统恢复正常状态后，拉出急停双向拉绳开关的复位杆，人工手动复位，使带式输送机系统恢复正常工作。

（5）必要的短路、过载、连锁保护。

（6）报警系统。利用皮带跑偏检测开关、打滑检测开关、物料超高检测开关、纵向撕裂检测开关等作为带式输送机的报警系统，确保系统的安全运行。

①跑偏检测开关：带式输送机输送带出现一定跑偏时，检测开关会发出报警信号，使跑偏指示灯亮。当跑偏达到开关设置的极限位置时，系统断电停止运行。跑偏检测开关本身并不能调整输送带的跑偏，它只能通过PLC控制系统实现报警和自动停机。

②打滑检测开关：在启动或运行过程中，带式输送机输送带与传动滚筒之间出现打滑时，检测开关会发出报警信号，使打滑指示灯亮，同时系统停止运行，避免因皮带打滑造成安全事故。

③物料超高检测开关：当物料超高时，超高指示灯亮。如果在设置时间内物料恢复到正常状态，则指示灯自动熄灭；如果不能自动恢复，其前面的所有装置都停止运行，当物料恢复到正常高度时指示灯熄灭。

④纵向撕裂检测开关：带式输送机物料输送过程中，由于混杂在物料中的金属等尖硬物体刺穿输送带，造成输送带纵向撕裂事故时，纵向撕裂检测开关进行报警和紧急停车。

4 控制系统的组成及选型

控制系统主要由控制面板、可编程控制器（PLC）组成。选择用PLC来控制带式输送机的整个运行过程，使得系统的电路变得简明清晰，而且便于日后的运行维护。

4.1 控制面版

控制面版，如图4所示，主要由各类检测开关报警指示灯、各台电动机运行指示灯、单台电动机的运行/停止按钮、整个控制系统的启动按钮与停止按钮以及系统的急停按钮等构成。

图4 控制面版

4.2 选择PLC

根据控制要求和设计的需要，控制系统控制4台电动机的启动及停止，输入和输出端子都不超过16个，所以我们选择PLC的型号为三菱FX2N-48，除能满足设计要求外，还有一定的余量［3］。三菱FX系列PLC是一种小型机，速度快、性能先进、结构紧凑、价格适中，是三菱PLC家族中比较先进的系列，能满足各种控制的需要，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 它可以在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合，可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展，可根据电源以及输出形式，自由选择。程序容量内置8K步，最大可扩充至16K步［4］。

5 程序编制

5.1 分配PLC的输入点和输出点

带式输送机用三菱FX2N-48型PLC通过程序来控制系统的运行与停止。所设计的带式输送机控制系统共有11个输入点，其中7个输入按钮：启动按钮、停止按钮、急停按钮各1个，单台电动机的启动/停止按钮4个；保护开关4个。输出点共有8个：控制4台电动机的4个接触器、4个保护开关对应的4盏指示灯，如表1所示。

表1 输入/输出地址表

其接线图如图5所示。

图5 接线图

5.2 程序的设计

带式输送机控制系统的运行通过PLC程序来实现。控制要求是启动时需要逆物料流动方向逐台启动各台电动机，其时间间隔为5s，以防止输送带上物料的堆积。停止时，为了避免输送带上残留物料，要求顺物料流动方向逐台停止各台电动机，其时间间隔为1min。另外带式输送机配置的报警指示灯、每台电动机的启动/停止指示灯均受PLC控制。

控制系统的动作顺序流程图如图6所示。

图6 流程图

实现PLC控制系统其中一个重要步骤是编写程序。结合本系统流程图和接线图，可编写出PLC控制系统运行的梯形图和指令语句表，图7为该控制系统的部分梯形图，表2为该控制系统的指令语句表。

图7 部分梯形图

表2 指令语句表

5.3 调试

控制系统的调试，首先采用GX-Simulator6仿真软件对PLC程序进行模拟调试，再进行现场测试［5］。

模拟调试：将编写好的程序下载到GXSimulator6仿真软件中进行模拟运行，按下启动按钮X0，第四台电动机M3启动，经过5s，第三台电动机M2启动，其他的电动机逐台启动直至料斗控制电动机M0启动，整个系统开始运行。当整个系统需要急停时，按下停止按钮X1，4台电动机同时停止。在调试中，不断观察软件中各个点的信号的变化，直到调试结束。

现场测试：调试完毕后将程序下载到PLC中，与现场设备相连，进行在线调试，直到系统运行正常为止。

当然整个系统的调试不可能一次就完成，还需要在现场与使用人员进行沟通，通过不断了解现场的使用情况，根据生产的需求，进行程序的修改，直到满足现场生产的需要。

6 PLC控制系统的可靠性措施

PLC是专为工业控制研发的计算机，采用了多次抗干扰设置，正常情况下不需要采取特殊措施，稳定性较高，但是在环境十分恶劣的情况下，如果电磁波干扰强烈，就有可能导致PLC无法接收到信号或者收到错误的信号，造成无动作或误动作。所以在现场使用时，一要保证配电柜的密闭性，要防尘、防水；二要降低电磁干扰对PLC的影响，布线时，主回路与控制回路分开，控制回路电缆最好使用屏蔽电缆，信号电缆的屏蔽层要双端接地，在PLC的交流电源输入端加装EMC滤波器，减少辐射干扰［6］。

由于与PLC连接的输入和输出设备，如开关按钮、传感器、接触器、电磁阀等引起的故障率很高，当这些外部元件出现故障后，PLC是不能诊断出来的，系统不会自动停止，会使故障范围扩大，甚至造成人身安全事故和设备事故。因此在设计时，要采取相关可靠性措施，以消除或减少外部设备故障，保证系统的正常运行。在本项目中，现场的保护开关采用的均是可靠性高的接近开关，用于代替寿命低、故障率高的机械开关，以提高设备的安全性能。

7 故障的检测与诊断

PLC自身具有很强的自检诊断功能，如出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到出现故障，提高维修效率，节省了因人工查找故障原因而浪费大量时间影响生产。

8 结语

选择三菱FX2N-48型PLC作为控制系统，有效地满足了对三级带式输送机物料输送系统的控制。该控制系统取代了控制电路相当复杂的继电器接触器控制线路［7］，具有操作简单、运行可靠、稳定性好、低能耗和易维护等优点，能有效提高设备的运行效率，为企业产生更大的经济效益。

［1］王烈准. 电气控制与PLC应用技术［M］. 北京：机械工业出版社，2010：100.

［2］金沙， 郑凤翼. 轻松看懂PLC系统梯形图［M］. 北京：中国电力出版社， 2008：5.

［3］王国海. 可编程控制器及其应用［M］. 北京：中国劳动社会保障出版社， 2007：204.

［4］严盈富. PLC实战指南［M］. 北京：电子工业出版社， 2014：98-100.

［5］姚建飞， 张米雅. 电气控制技术［M］. 北京：北京师范大学出版社，2011：167-168.

［6］郭艳萍. 电气控制与PLC技术［M］. 北京：北京师范大学出版社，2007：219.

［7］张豪. 三菱PLC应用案例解析［M］. 北京：中国电力出版社， 2012：59.

The Application ofMaterial Handling System ofBeltConveyor Controlled by Mitsubishi PLC

LI Huan-liang
（JCC Education Training Center， Guixi 335421， Jiangxi， China）

With the development of modern industrial technology， the applicationof belt conveyor hasbecome increasingly widespreadin Jiangxi Copper with diversified forms of relay contactor， single - chip microcomputer， microcomputer and PLC control. This paper puts forward the centralized control system design of multi-stage belt conveyor on the basis of the practical needs and application. It introducesthe application of PLC to the electric control system of the belt conveyor. According to the requirements for production control of the belt conveyor， we develops the control systembased on the centralized control and simple visualization of the Mitsubishi FX2N PLC. We analyze the input and output address analysis， design the circuit diagram， wiring diagram and ladder diagram， select the PLC model and program it based on the design condition and control requirement， and simulate the program to ensure its performability.

beltconveyor；automatic control；PLC；programming；model selection

TH222

B

1009-3842（2016）04-0086-06

2016-04-19

李欢良（1982-），男，湖南桃江人，机械工程师，主要从事带式输送机的生产设计与技术管理等工作。E-mail：jxccyj@163.com