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

李显军 叶坤茂

摘 要：随着电力电子技术的发展PLC技术得到很大的发展，PLC在现代控制系统中得到越来越多的应用，传统低压电气控制系统中连锁的实现需要依靠硬件接线才能实现，在PLC控制系统能轻松的实现设备之间的连锁，文章结合具体胶带群控制系统说明连锁实现的设计及应用。

关键词：PLC；胶带机；控制；连锁

中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0009-01

采规模的不断增长，矿石运输方式也经历了人拖马拉、汽车运输、电机车运输，胶带运输等多种运输方式。胶带运输系统由多条胶带接力运输，构成统一的运输系统，任何一条胶带出现故障都会影响系统开机，其控制系统需要良好的稳定性和可靠性。

1 PLC介绍

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmab

ble Logic Controller，PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

PLC具有以下鲜明的特点：①功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强；②使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易；③安装简单，容易维修。PLC可以在各种工业环境下直接运行，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，写入程序即可运行；④抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型；⑤环境要求低；⑥易学易用。

2 胶带运输电气控制系统

2.1 起动方式

根据不同长度和不同角度的胶带机采取不同启动方式，一方面满足启动要求，另一方面保证可靠运行。

2.1.1 直接启动

直接启动就是常说的启停保控制回路，采用断路器、接触器、热继电器等低压元器件作为设备启动的控制器，一般应用在胶带机长度在100 m左右且平直段电机功率在45 kW及以下的胶带机上。该启动方式最为常见、使用范围较大，在胶带机和其他小型设备的启动控制上应用已经十分成熟了。

2.1.2 软启动

软起动器（软启动器）是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额 定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软启动器启动主要应用于电机功率大于45 kW，小于200 kW的较长胶带。

2.1.3 变频器启动

变频器启动是比软启动器启动模式，启动性能更好的方式。尤其是应用在胶带机角度较大，距离较长，电机功率在200 kW及以上的胶带机上。在实际应用中一般采用ABB ACS800交流变流器作为启动器，它具有良好的启动性能，尤其是在重载情况下，直接转矩模式能够提供超过的输出转矩满足重载启动要求。

2.2 保护装置

胶带的保护包含跑偏保护、紧急停机保护、纵向撕裂保护、打滑保护等。30 m以下短距离胶带机在机头、机尾分别设置一对跑偏开关；30 m以上水平胶带机在机头、机尾分别设置2对跑偏开关，沿胶带机每隔30 m安装拉绳开关并配合拉绳线实现紧急停机功能；斜井主胶带运输机出采用跑偏、拉绳保护意外，还需要利用撕裂保护装置和打滑保护装置实现撕裂保护和打滑保护。

3 传统电气控制系统连锁的实现

传统电气控制系统连锁功能的实现，要依靠硬件接线从前级设备接触器KM上取得常开信号串接与本级设备的启动回路，将本级接触器KM1的常开信号串接与后级设备的启动回路。实现开机时，上级设备不开机，本级设备不能开机，本级设备不开机，下级设备不能开机；运行时，一旦上机设备停机，本级设备、下级设备均停机，本级设备停机，下级设备停机的连锁功能。

4 基于PLC实现的胶带控制系统

4.1 控制系统的构建

PLC作为远程控制系统常用的控制器，在胶带运输系统远程控制功能的实现中扮演了重要角色。将所有必须的远程控制信号SA，胶带运行信号KM，胶带故障信号KH，胶带机头跑偏信号PB1，胶带机尾跑偏信号PB2，胶带紧急停车信号YTC，胶带主电源合闸信号QF，胶带控制电源合闸信号QF1，作为输入信号接入控制器输入模块。将设备远程启动信号OUT，从控制器输出模块对应的输出继电器的常开出点接到低压控制回路远程启动回路上，实现设备的远程控制。在远控控制的程序中可以通过读取对应的运行信号KM，实现设备在远程模式下的连锁功能。

4.2 PLC控制系统连锁的实现

上述连锁功能只有在所有设备都处于远程模式才能实现设备间的连锁。PLC实现的连锁功能在控制程序的停机回路上并接一个用于手动停机的输出OUT1与SA常闭点的串联块。同时，在连锁停机设备前串接连锁投入常开点，即可实现系统设备间真正的连锁。

4.3 控制系统的特点

①系统投入成本低。只需增加1个中间继电器和1个PLC输出点即可实现设备本地模式的连锁。尤其是在多条胶带、构成的胶带群在由不同控制器实现自动控制时，配电室之间的距离一般在1 000 m左右，要实现手动连锁需要的控制电缆就达 1 000 m以上。

②系统更灵活。 连锁一旦投入，无论本地模式还是远程模式均能实现设备之间的连锁，一旦连锁退出，无论本地远程均能自由开机。一切都能在已经形成的控制系统上位实现，传统硬件接线实现连锁后要单独开机，需要到现场拆除硬件接线或强行驱动前端接触器才能实现。

③系统更可靠。 用于连锁的运行信号与显示后端设备的运行信号为同一输入点，避免了接触器辅助触点损害造成连锁失效。

5 结 语

基于PLC实现的胶带运输控制系统在开磷集团马路坪矿、青菜冲矿、用沙坝矿、沙坝土矿已经实施了31套PLC，31个变配电硐室共计近100跳胶带机。其中最大的控制点用沙坝920控制室最多时共涉及55条胶带机，通过采用分段连锁和手动连锁功能实现胶带安全稳定运输3 a，实现矿石、废石运输累计320万t。

参考文献：

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