破碎机控制系统PLC升级改造

白希 庞德龙

北方重工集团有限公司 辽宁沈阳 110000

随着西门子PLC设备的不断升级换代，1994年SimaticS5系列逐渐被SimaticS7系列替代，S7系统能完全替代S5的所有功能，在运算方面、稳定性、抗干扰性以及系统冗余方面都有很大的提升。我厂破碎机于2002年投产使用，当时采用的是S5-95U控制系统，由于近期PLC主机故障频发，导致设备无法稳定可靠运行且备件极其紧缺，因此决定对破碎机控制系统进行升级改造[1]。

1 破碎机PLC控制系统

破碎机PLC控制系统主要由电控柜和其他设备组成，电控柜中西门子PLC程序控制器是控制柜的核心部件，PLC程序控制器是西门子S7-1200可编程序控制器，而且还包括西门子数字扩展模块、模拟扩展模块、远程通信模块。辅助控制电气元件还有变压器、断路器、变频器等。变频器的工作主要是精确控制破碎机履带行走；变压器是将矿区高压输电转换成配电柜及相应设备所用电源的电压；CAN通信系统及相关设备主要是用于PLC程序控制器和HMI触屏控制界面之间的通信，并且用于破碎机远程操作控制信息的传输，对振动设备、犁煤设备、皮带传送设备之间的联动进行控制，能够对输送机马达进行正反转控制，对料斗进行升降控制。系统传感元件主要用于把控油位、压力、油温等，辅助设备包括照明灯具、信号灯具、应急停止开关、瓦斯检测变送器等[2]。

2 改造方案的思路

2.1 硬件设备的替换

考虑到空间、成本、程序编写等因素，将使用S7-300，CPU为312型来替换S5-95U。主要选择该主机的原因有两点：①S7-300基本上算是在S5基础上升级优化而来，大部分程序以及指令都有相通之处。在程序编译和修改方面可以减少相应的错误；②目前公司有完善的S7仿真设备以及人员均具备S7-300的日常维护能力。

2.2 程序方面的升级

先对S5程序以及破碎机工作方式进行整理，了解各个程序运行模式以及运转过程，再通过整理对S7程序进行重新编写仿真。

3 改造方案的实施步骤

3.1PLC与变频器选型设计

本系统PLC控制器选用西门子公司的S7-200型，S7-200型PLC控制器操作简单，适用于小型自动化控制系统，具有快速的数据处理能力；系统连接简便，组态处理方便；指令处理速度较快，缩短了系统执行命令的循环时间；最多可增加3个扩展模块，芯片集成度高，节省了系统空间；具有功能强大的编程器和编程软件。S7-200型PLC具有运行和停止2种模式，当系统处于运行模式时，控制器执行用户程序来满足系统的控制要求；当处于停止模式时，处理器不执行用户程序，用户在此模式下设置系统要实现的功能，并将从编程软件创建、编辑、编译好的程序和数据传输到CPU处理器当中。除了受到控制工作模式的转换以外，系统还可以通过软件控制的方式调节控制器的运行和停止。在对变频器选型时，考虑破碎机负载不均匀，工况恶劣，本文最终选用西门子公司生产的MM440型号变频器，其适用于高级矢量控制系统，可在负载突然变化的情况下保证高驱动性能。MM440变频器具有快速的输入响应，内部带有制动斩波器，在制动时保障设备安全稳定停止工作。

3.2 控制方式设计

本控制系统选用PLC控制器作为系统的核心处理器，PLC可编程控制器主要由CPU模块、电源模块、I/O模块以及通信模块等组成。PLC控制器在编译程序时较为简单，即可使用代码语言编程也可使用梯形图编程，工人在实际操作中操作简单，上手速度快。市场上PLC技术完全成熟，在工程控制领域应用广泛，不论是在编程还是在配套软件方面都具有完整的技术支持，并且具有良好的兼容性，通讯接口传输信号稳定，抗干扰能力强，在复杂环境下仍然具有稳定的工作能力，减少误差。系统对破碎机控制的方式选用变频驱动速度闭环控制，首先给系统设定1个速度值输入给PLC，控制器通过控制变频器改变电机的输入频率来改变电机的输出转速，安装在电机输出轴的速度传感器将速度信号传输到PLC控制器，构成闭环控制系统，其中速度信号的测量可使用光电编码器实现[3]。

3.3 对原功能的优化

原有S5报警出口只有一个，在排查故障和监护运行情况下不够明朗。为增强故障可见性，为此在原有主程序不变的情况下，设置独立故障报警出口，以便利用PLC指示灯读出故障原因。

4 结语

本文设计了一种基于PLC的破碎机变频控制系统来替代传统的继电器控制方式，系统通过在电机输出轴安装编码器的方式检测电机的转速，通过引入PID控制器调节优化了动态响应，实现系统变频驱动的闭环调速控制，PLC控制器与变频器之间采用USS协议进行通讯，控制器与上位机采用CAN总线的通信方式实现数据传输，增强了系统的抗干扰能力。控制系统的应用将会降低设备工作时的消耗，实现破碎机的软起动，减少设备在受到冲击时所造成的损坏，降低了故障发生率，提高了破碎机的稳定性与可靠性。