基于PLC和MCGS的带式输送机监控系统设计

胡瑞玲

摘 要：目前传统带式输送机已不能满足煤矿自动化生产的要求，本系统选择西门子公司S7-200系列PLC控制，利用组态软件MCGS组建监控系统，实时监测数据，及时处理故障，大大提高了生产效率。

关键词：PLC 带式输送机 MCGS 监控系统

1 前言

带式输送机是煤矿的主要生产设备之一，特别是大型现代化煤矿，从工作面到装车站，几乎全由带式输送机完成煤炭的输送任务。现代社会对煤矿安全和设备的自动化程度要求越来越高，传统的运输机已不能满足煤矿自动化的要求，因此如何设计性能完善、质量可靠、技术先进的皮带运输机监控系统，已成为重要的研究方向。

针对河南某矿目前使用的DTL型带式输送机，使用传统的继电器-接触器线路控制，以微机单片机及集成电路组成的监控系统，由于煤矿工作环境恶劣，不能够快速、准确的、可靠的进行远距离信息交流，存在操作分散、安全性差的特点。本文设计出以PLC为控制核心，MCGS监控软件的自动化系统，管理人员不用进入现场就可获得实时数据，大大提高工作效率。

2 总体设计方案

系统以PLC为控制核心，利用MCGS组态软件组建触摸屏监控画面实现对带式输送机的实时监控。在PLC控制方式下，设计出硬件电路、绘出顺序功能图、编制PLC梯形图相应的程序，实现多种控制方式，如手动，自动等，具有烟雾、洒水、跑偏、撕裂、急停、堆煤、温度、速度等多种保护，实现带式输送机的自动化运行可以有效地提高运行效率。利用组态软件MCGS组建监控画面实现触摸屏的有效监控利用，能够进行现场调试，实现对输送机的实时监控，大大提高了生产效率和从事煤矿生产人员的安全程度。

3 PLC控制系统设计

由于煤矿工作环境复杂，对设备安全的要求性较高，在选择硬件时，以保证系统的安全性，稳定行为原则，在综合在调研、分析现场监控和报警需求的基础上，确定了系统硬件设计方案提出了适应现场需求的控制方式，制定了合理的保护功能。

带式输送机必须实现初始状态所有设备均处于停止状态，在工作过程中应该能够及时处理如跑偏、撕裂、堆煤等各种各样的故障。

本系统的控制过程采用每一条输送带有一个可编程控制器控制，由于每条输送带除了启动、停车及复位按钮之外，还有烟雾保护、洒水保护、跑偏保护、撕裂保护、急停保护、堆煤保护、温度保护、速度保护等故障处理措施，本系统采用S7-200系列中的CPU226，有24个输入口及16个输出口，以及2个RS-485通信接口.每条输送带由2个电机拖动，1台小电机进行电机启动和停止时的松闸和夹紧保护，以及各个故障信号，

控制系统实现以下要求：

（1）启动后响铃，松闸，延时，主电机启动延时从电机启动延时，无故障如无按下停止输送机一直运行;如按下停止则输送机停止

（2）输送机运行起来后，如出现相应故障要一一进行处理

（3）故障处理结束后按复位按钮，夹紧，复位，没按停止，继续进行，按下停止则停止。

3.1 PLCI/O分配

为满足控制要求，设定输入对象共13个，与PLC的地址一一对应，地址分配为I0.0-I0.3，I1.0-I1.7，I2.0。输入按钮共4个分别为启动按钮I0.0、停止按钮I0.1，复位按钮I2.0，急停按钮I1.4;模式选择为自动模式I0.2、手动模式I0.3;故障信号7个为烟雾信号I1.0，洒水信号I1.1，跑偏信号I1.2，撕裂信号I1.3，堆煤信号I1.5，温度信号I1.6，速度信号I1.7。輸出对象是12个，PLC的地址安排从Q0.0-Q0.7;Q1.1-Q1.4.输出对象与地址一一对应关系为：松闸Q0.0，响铃Q0.1，M2电机Q0.2， M3电机Q0.3，烟雾处理Q0.4，洒水处理Q0.5，跑偏处理Q0.6，撕裂处理Q0.7，急停处理Q1.0，堆煤处理Q1.1，温度处理Q1.2，速度处理Q1.3，夹紧处理Q1.4。PLC输入、输出口分配地址如表1所示。

3.2 程序控制

为实现控制要求采用顺序控制功能图编制程序，初始状态S0.0步静止状态，按下启动按钮I0.0转化到S0.1状态，松闸Q0.0，响铃Q0.1动作;T37延时到，转换到状态S0.2步，M2电动机Q0.2运行并开始计时;T38延时到执行状态S0.3步，M2电动机Q0.2，M3电动机Q0.3启动运行并开始计时;如有T39延时到无故障，就执行S0.4步输送机继续运行，此时如果还没故障返回至步S0.1;如果超速了I1.7有信号，则执行S2.0步进行超速处理，直至处理完速故障，按下复位I2.0转换至S1.7步，Q1.4得电夹紧，T40延时到回到初始状态S0.0。如果输送机运行中出现故障烟雾信号I1.0报警，则执行S1.0步，烟雾处理Q0.4执行处理故障;如果输送机运行中需要洒水，洒水信号I1.1报警，则执行S1.1步，洒水处理Q0.5执行处理故障;如果输送机运行中严重跑偏，跑偏信号I1.2报警，则执行S1.2步，跑偏处理Q0.6执行处理故障;如果输送机运行中出现撕裂，撕裂信号I1.3报警，则执行S1.3步，撕裂处理Q0.7执行处理故障;如果输送机运行中出现堆煤，堆煤信号I1.5报警，则执行S1.5步，堆煤处理Q1.1执行处理故障;如果输送机运行中出现温度过高，温度信号I1.6报警，则执行S1.6步，温度处理Q1.2执行处理故障。故障处理完毕后，按下复位按钮后执行夹紧返回。如果按下停止则返回初始态。顺序功能图如图2所示。

4 监控系统设计

监控系统采用MCGS组态软件设计，在监控画面中，烟雾处理、洒水保护等用指示灯表示，正常为绿色，出现故障或处理为红色，单独设置报警画面。本系统在实时数据库中至少需要设置24个变量，分别为开关量启动，停止，自动，手动，急停，复位，烟雾信号，洒水信号，跑偏信号，撕裂信号，堆煤信号，温度信号，速度信号，电动机1，电动机2，烟雾处理，洒水处理，跑偏处理，撕裂处理，堆煤处理，温度处理，速度处理，变量中出煤堆为数值，故障组为组对象外，其他均为开关型，初值均为0，输出1有效。监控画面如图3所示，可实时监控输送机的运行情况。

设备窗口中，需添加串口通信，并设置西门子PLC相关参数，通道连接，目的是告诉MCGS：启动按钮等变量是通过PLC哪个通道送进来的，报警灯等信号又是通过哪个通道送出去的。把实时数据库的变量与PLC的变量一一连接起来，建立通道连接，这一步直接关系到MCGS与PLC的通信，能够实现触摸屏上的显示状态与PLC状态一致。在设置时一定要注意，PLC中I寄存器在与MCGS通信中是只读数据，要想实现双向通信，可以使用M寄存器读写数据保证双向。Q本身就是读写数据，不用更改。

为了模拟仿真输送带的动画效果，运行策略窗口脚本程序中编写程序如下：

IF电动机1AND电动机2=1THEN

煤堆=煤堆+1

ELSE

煤堆=0

ENDIF

在本设计中单独设置报警画面，当输送带运行过程中出现烟雾、洒水、跑偏、撕裂、堆煤、温度、速度等故障要进行处理，等处理结束后报警解除，记录报警数据，可方便随时查看，及时了解带式输送机的情况。

5 结语

经过实验，在带式输送机的工作过程中可实时监控工作状态，对偶然出现的各种各样的故障，例如跑偏、撕裂、堆煤等情况，能根据不同的情况进行相应的处理，系统设计完全可以实现控制要求。本设计应用到实际中，实时监控带式输送机运行状态，实现智能化控制，提高设备可靠性和安全性，大大提高生产效率，节省人工和成本。

参考文献：

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]袁秀英，石梅香.计算机监控系统的设计与调试[M].北京：电子工业出版社，2010.

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[4]杜功儒，刘凯深，李建华.基于PLC的带式输送机控制系统设计[J].煤矿机械，2009，30（11）：125-126.