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物料輸送系統(tǒng)在產(chǎn)品包裝、流水作業(yè)、檢測等相關(guān)行業(yè)中應用廣泛，但對系統(tǒng)的準確性、可靠性以及自動化水平要求都很高。某水泥廠有運輸皮帶16條，分別將水泥運往包裝庫或散庫。該水泥廠采用傳統(tǒng)繼電器、接觸器控制方式的物料輸送控制系統(tǒng)，由于該類控制系統(tǒng)電氣元件多、安裝比較分散，控制系統(tǒng)復雜、操作難度大、并且安裝和維修工作量大、修改控制方案艱難，從而大大影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率［1］。另外由于水泥廠環(huán)境較惡劣，加之皮帶運輸系統(tǒng)使用年限較長，所以故障率高，可靠性低，急需改造或重建。在排除了對運輸線進行改造的方案后，決定對運輸系統(tǒng)進行重建。在設(shè)計方案上采用了PLC與變頻器相結(jié)合的控制方式。
1運輸線設(shè)計方案
1)皮帶運輸系統(tǒng)采用自動、手動兩種控制方式，由自動/手動開關(guān)進行切換。全部設(shè)備的操作在主控制室里進行，系統(tǒng)與設(shè)備的運行狀態(tài)可以在控制室的控制界面中觀察，工作人員可在控制界面中控制各設(shè)備的起停。
2)系統(tǒng)開啟時各皮帶電機按逆物料流方向啟動，系統(tǒng)關(guān)閉時各皮帶電機按順物料方向停機，以避免皮帶上物料堆積。
3)在各皮帶兩側(cè)設(shè)跑偏開關(guān)，皮帶跑偏超過10°時發(fā)出警告信號，跑偏超過20°時發(fā)出警告信號并強制停機。
4)在傳送帶上設(shè)置物重傳感器，傳送帶上的物重轉(zhuǎn)換后經(jīng)PLC的PID運算器進行比例、積分、微分運算后，作為變頻器的給定頻率．對電機轉(zhuǎn)速進行自動控制。
5)上位機實時監(jiān)控并顯示系統(tǒng)及各設(shè)備的運行情況，對報警、緊急停機等事件做出實時記錄。
2PLC控制的硬件設(shè)計
根據(jù)該廠車間工藝的特點及控制任務，本方案控制系統(tǒng)的主控制器選用了S7—300可編程控制器，并以主從方式通過PROFIBUSDP纜線完成連接。上位監(jiān)控機設(shè)置在中心控制室，通過PLC控制系統(tǒng)（plc皮帶控制系統(tǒng)）來控制變頻器的起動停止操作。系統(tǒng)檢測信號經(jīng)PLC處理后對直接與變頻器連接的電動機進行自動控制．并通過PLC對各電機進行短路、斷路以及過流、過載等情況的監(jiān)測及保護。PLC及變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，硬件選型如表1所示。
3控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1)在本系統(tǒng)中，作為上位機與PLC進行通信，并實時采集皮帶跑偏信號和設(shè)備運行狀態(tài)及時顯示仿真畫面及測試數(shù)據(jù)的是工業(yè)控制計算機;而根據(jù)外部的輸入信號，執(zhí)行對應的程序，控制變頻器、電機實現(xiàn)對應功能是皮帶控制PLC，它同時承擔向上級工業(yè)控制計算機發(fā)送工作組態(tài)信息，接收上級工業(yè)控制計算機發(fā)送的事故停機信號，實現(xiàn)事故停機處理功能并啟動報警設(shè)備的任務。
2)本系統(tǒng)有自動和手動兩種控制方式。在手動方式下，皮帶電機通過開關(guān)進行控制;在自動方式下，以各皮帶電機作為控制對象，按逆物料方向順序起動，按順物料方向順序停止;故障時要停掉本段及前面所有的傳送帶;另外利用物重傳感器檢測皮帶上物體的重量信號，將信號送入PLC后利用PLC內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器計算后產(chǎn)生的的控制信號送變頻器去控制電機的工作頻率與轉(zhuǎn)速。
4控制軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件設(shè)計核心是運輸帶電機控制程序，其次是PID控制程序。
4．1運輸電機控制程序
運輸電機控制程序除了控制度電機的正常運轉(zhuǎn)外，主要考慮避免物料堆積而需要控制各皮帶電機起、停順序和故障停機順序［2］。舉例:以運往包裝庫的A線自動控制方式為例，A線由1號、2號、3號皮帶組成。1號為近端皮帶，3號為遠端皮帶，控制程序流程如圖4所示。
plc皮帶控制系統(tǒng)
啟動時，先啟動遠端的3號皮帶，然后檢測3號皮帶的運行信號，如果檢測到3號帶有運行信號，則啟動2號帶，如果檢測不到3號帶的運行信號，則不能啟動2號帶，其他皮帶起動順序依此類推。停止時，先停進料口，先檢測進料口的關(guān)閉信號，如果檢測到時料口關(guān)閉，且1號帶上物品已運出，即1號皮帶空，則先停近端的1號皮帶，如果檢測不到進料口關(guān)閉信號，或檢測不到1號皮帶上物品運出的信號，則不能關(guān)閉1號帶，其它們皮帶停止順序依此類推。故障時，若1號帶故障，則將進料口關(guān)閉，2號，3號繼續(xù)運行直至將皮帶上的物品運出為止;若2號故障，則將進料口關(guān)閉，1號，2號皮帶都關(guān)閉。若3號故障，剛將整條運輸線包括進料口全部關(guān)閉。按此順序起停各段皮帶，將有效防止物料堆積。
4．2PID控制程序
物重傳感器檢測到物重后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，送入PLC與設(shè)定好的相應物重值進行比較，經(jīng)PIC內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器計算出輸出信號，用以控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。
這樣得到的電機轉(zhuǎn)速相對恒定，且波動比較小，皮帶張力恒定［3］。S7－300系列PLC中的CPU315－2DP提供了PID運算指令。應用時與PLC配套的STEP7Micro/Win編程軟件通過梯形圖設(shè)定PID控制參數(shù)。
5系統(tǒng)運行結(jié)果
1)采用S7—300PLC技術(shù)的水泥傳送帶運輸系統(tǒng)，運行效果良好，可以對物料進行自動控制，也可以對現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況進行遠程監(jiān)測．實踐證明重建后系統(tǒng)故障率降低、工作可靠提高、性能更穩(wěn)定，操作更方便，且整個系統(tǒng)易于維護，生產(chǎn)效率大大提高．另外可以通過設(shè)置應用軟件參數(shù)隨時改變工藝參數(shù)，使系統(tǒng)的靈活性大大提高。
2)本控制系統(tǒng)根據(jù)傳送帶上的載量大小利用變頻器來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。因為調(diào)速范圍寬，系統(tǒng)的一大優(yōu)點是:綜合節(jié)電效果更好，綜合用電僅為傳統(tǒng)系統(tǒng)的80%～85%。并且功率因數(shù)提高到0．97，所以經(jīng)濟效益好。另外由于變頻器的軟啟動功能，通過電機的慢速起動帶動帶式輸送機緩緩起動使起動過程中形成的張力波很小，大大減少起動過程對傳送帶的損害。

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