基于PLC实现的连锁功能在胶带运输机控制系统中的设计及应用

康富军

（甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司，嘉峪关 735100）

电气系统自动化是提高生产效率、实现产能跃升的有效方法，同时也是很多传统行业进行技术革新的重要突破点[1]。采矿行业在传统意义上具有劳动密集型的特点，多采用人工方式进行开采和运输，不但工作效率较低，而且容易发生安全事故，从而危及工作人员的生命健康。目前，随着我国经济综合水平的提升和科学技术水平的进步，很多矿产运输企业积极引进胶带运输系统来实现矿石的快速运输，并且有全面取代人拖马拉、轮式机械运输的态势。

胶带运输机主要由输送带、托辊、滚筒、驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载以及清扫等装置组成，是运输大吨位粉、块状物品的理想工具，既可以水平运输、也可以倾斜运输，因此在矿石、采煤、冶金等行业获得到了广泛应用[2]。该设备的控制系统相当于整套机械设备的“智能大脑”和“神经中枢”，不但能够有效地将功能各异的设备连接起来，而且能够指挥这些设备协同动作，并通过发挥出不同的功能来实现整项工作任务[3]。然而，控制系统对工作稳定性要求较高，且必须确保能够长时间可靠工作，否则一旦出现故障极易导致整套输送系统无法工作，从而带来不必要的经济损失。为了提高胶带运输机控制系统工作的稳定性，可以采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）设计连锁机构，在实现电气自动化控制的基础上确保整套运输系统可靠、稳定、长时间安全运行。

1 PLC器件及PLC控制技术概述

1.1 PLC器件基本原理

PLC是指一种智能控制器件，主要用来代替继电器或者与继电器配合实现电气设备的逻辑控制。与继电器相比，PLC除了能够实现远程电气自启停功能之外，还能够利用集成的逻辑芯片实现在线编程功能，并对控制指令进行预加载，从而提高电气系统的智能化程度[4]。相比于基于微型计算机的控制系统，利用PLC进行电气系统自动化控制具有投入成本少、电路结构简单、单一控制功能精准等特点，因此在当今电气自动化控制领域占有重要的地位。

1.2 PLC控制技术基础理论

基于PLC可以开发出不同功能导向的控制技术[5]，这些控制技术的实现过程类似，可以用图1进行表示。由图1可以看出，PLC控制技术通过对输入信号的处理来实现自动控制，同时采用反馈校正机制提高控制精度。另外，PLC控制技术的可扩展性强，可以与多种功能的设备配合使用，借助其逻辑控制可以简化编程难度，在工业环境下能够直接应用，且不易受到外部噪声的干扰，对工作环境要求较低，因此便于工程应用，是进行胶带运输机控制系统技术改进的重要实现手段。

2 胶带运输机连锁控制系统设计的理论基础

在胶带运输机工作过程中，需要重点关注系统运行的可靠性[6]。连锁机构配合启停功能可以实现对胶带运输机工作状态的稳定控制。一般来说，进行胶带运输机连锁机构控制系统设计时，既要关注运输机的启动控制方式，也要设置相应的保护装置实现装置的可靠运行[7]。

2.1 连锁功能支持下胶带运输机启停方式分析

基于连锁功能的胶带运输机可以采用直接启停、软启停和变频启停3种方式进行控制。这3种启停方式的异同见表1。在进行连锁机构设计时，需要结合3种启停方式的适用范围和技术特点进行比较选择，配合PLC控制器采用合适的启停方式实现对胶带运输机工作状态的可靠控制。

表1 基于连锁功能的胶带运输机启停方式比较

2.2 用于连锁功能的保护装置分析

为了确保胶带运输机在工作过程中稳定运行，需要时刻关注胶带运行状态，确保胶带不会出现跑偏、打滑、撕裂的情况，同时避免紧急停机带来的危害。因此，基于连锁功能可以设计胶带跑偏保护、打滑保护、撕裂保护和紧急停机保护装置。其中：跑偏保护由设置在机头和机尾的跑偏开关实现；打滑保护由多齿轮冗余联动实现；撕裂保护由跑偏装置联合等间隔拉绳开关实现；紧急停机保护主要依靠逻辑控制电路的短时记忆功能实现。

3 基于PLC控制的胶带运输机稳定运行连锁系统设计方法

PLC控制器最重要的功能是可以实现远程控制。对于胶带运输机这种大型机械设备而言，其工作环境往往较为恶劣，且启停较为频繁。因此，有必要对这种设备进行远程控制，同时需要准确监测远程控制信号，并进行有效性分析，一旦出现错误启停要能够立刻启动停机保护，避免在无人值守的情况下造成不必要的损失。

3.1 胶带运输机连锁机构设计思路

利用PLC控制器进行胶带运输机连锁系统设计时，需要对输入信号进行分类并采取有效集成的方式。连锁系统的输入信号需要融合本级接触器KM的常开信号与后级设备的启动信号，同时加入胶带跑偏保护、打滑保护、撕裂保护和紧急停机保护等信号，确保在工作过程中能够达到上级设备、本机设备和下级设备的开、关机联动控制，即上级设备开机的同时将信号传至本级和下级设备，实现设备的同步开机。关机时的操作模式与此相同。PLC控制器内部的控制指令逻辑分析元件可以对输入信号进行逻辑判断，并根据采集到的本级接触器常开信号与后级设备的启动信号进行逻辑比较，在必要时启动保护信号（保护信号并不是一直启动），通过3种信号的联动实现对胶带运输机的连锁启停控制。

3.2 胶带运输机连锁机构系统实现

进行胶带运输机连锁机构设计时，需要结合监控系统和显示系统的设计，可以采用分级布控的方式实现连锁机构系统的功能。现场级用于布置PLC控制系统及相关信号采集装置，同时架设监控摄像头，以实时采集PLC控制器及胶带运输机的工作状态。传输级建立工业以太网，通过工业以太网将采集到的信号远程传输至用户级。用户级建立指挥显示系统和决策推演系统，用来对胶带运输机工作现场的状态进行监测和查看，并对决策信息进行电脑模拟推演，供工作人员进行状态监测和评判使用。利用PLC控制器设计胶带运输机连锁系统时，其系统实现如图2所示。

图2 胶带运输机连锁机构系统实现

4 结语

PLC是当前比较高效且成本低廉的一种电气自动控制装置，尤其是其远程控制的高可靠性使其在工业应用中占有较大市场份额。胶带运输机工作现场环境复杂，需要采用远程控制的方式实现安全、可靠工作。基于此，本文利用PLC控制器及相关控制技术，建立了一整套胶带运输机连锁启停系统，帮助胶带运输机实现可靠稳定运行。本文提出的基于PLC控制的胶带运输机稳定运行连锁系统设计方案具有一定的普遍适用性，相关企业可以结合特定型号的胶带运输机工作现场特殊情况进行扩展改进，进一步探索PLC控制器的工业化应用，实现对传统行业生产技术的更新换代式变革。