浅析PLC在皮带输送系统节能控制中的应用

国能珠海港务有限公司 马林英

在相关工业生产中皮带运输系统是其重要的组成部分，能够对煤炭以及矿石等散货进行有效输送。但在实际运行过程中，该系统很容易受到外界环境的干扰和影响，如皮带工作负荷增加，加大电力消耗和机械磨损等。因此为提高资源利用效率，应注重实施节能控制。而PLC 作为当前比较先进的控制技术，合理进行设计应用有利于构建完整、高效的皮带输送节能控制系统，优化设备产能，降低总成本。

在矿产开发、金属冶炼以及电力、港口等产业中，皮带输送系统的利用效率相对较高，通过多个皮带输送装置相互配合实现对物料的有效传送。不过在实践运用环节，皮带输送系统经常会受到工况变化的影响，出现电机效率降低、能源浪费等问题。

1 PLC 工作原理

PLC 是指可编程逻辑控制器，相比于传统的顺序控制器能够进行数字运算操作，在工业环境下可实现对内部存储执行逻辑运算、顺序控制、计算操作等，对各种机械及生产过程起到控制管理作用。所以PLC 的实质是一种柔性控制系统的新型工控装置，具有通用性、可靠性、功能完整性、能耗低、体积小、编程简单等优势。

PLC 一般是采用循环扫描的工作方法，原理是在操作系统的控制下反复循环、连续的执行某一程序，可在任一时刻执行一条指令。当应用PLC 时如图1所示。该结构是比较典型的PLC 控制系统，先为PLC 的输入端子接入相应的设备，如按钮、触点或行程开关等，然后对输出端子接入指示灯、电磁线圈、电磁阀等输出设备。将已编程好的程序利用通讯接口传输到PLC 内部的存储器中，如需进一步增强PLC 的功能，可借助扩展接口与相应的扩展设备相连接[1]。

图1 PLC 控制系统结构框图

2 PLC 在皮带输送系统节能控制中的设计应用

2.1 调速控制系统运行设计

当前PLC 在工业自动化领域具有广泛的应用，具有良好的节能提效作用。因此在皮带输送系统的节能控制中应用PLC，能有效实现资源利用效率提高，优化皮带输送性能。在此基础上，结合现代技术发展趋势以及皮带输送功能要求，可利用PLC 设计调速控制系统，即是将PLC 与皮带输送系统的变频器相连接，有利于增强系统通信能力，提高可扩展性，基于高效的数据互换实现对系统的远程监控。且PLC 能取代中间存在的大量继电器设施，利用较少的端口开展可靠接入，在一定程度上简化了系统电路，促使电控柜的尺寸缩小，便于后期管理维护。在皮带输送系统节能控制设计环节，应将PLC 设置在电控柜中，与上位机形成良好配合，构建调速控制系统，对设备运行情况开展实时监控[2]。

另外，基于PLC 的皮带输送机调速控制系统在运行时通常采用自动或工频两种方式。如实施自动运行，则是在连接电源后该系统对电机进行自动化变速调频，流程包括系统程序初始化、传感器收集模拟信号，并转换为PLC 的数字信号、按照既定逻辑和CPU 计算处理，将信号传输到变频器，对皮带输送机进行有效调节。如采用工频工作方式，则是利用电气柜中的开关对设备进行控制，这一过程电机调速控制不发挥作用。而当系统出现失效状况后，可切换到工频方式，保证生产工艺正常运行。

2.2 调速控制系统硬件设计

PLC 应用在皮带输送系统节能控制中，应注重以下要点：

合理设计主电路。为保障输送电机具有稳定动力，一般采用380V 电路等级。在设计中避免变频器输出端直接与交流电源连接，并保证变频器与电机的I/O 端接线的连接顺序正确。对变频器的启停应当采用面板操作，从而有效防范变频器发生故障。对接地端子与电机应做好接地处理，预防发生触电事故。

优化电气控制电路。在皮带输送系统节能控制中运用PLC，要尽量避免出现过电压的现象，防止对设备产生损害。在实际设计环节严禁PLC 输出端与交流接触器的直接相连，必须通过继电器来控制接触器，以便于有效隔离强弱电。同时考虑驱动电机无法同步连接工频和变频电源的情况，应注重优化接触器的硬件互锁设计，与软件形成配合，提高互锁可靠性。并设置手动切换控制电路的方式，保证节能控制系统整体具有稳定性。

科学选择变频器型号。为保障PLC 能发挥良好的节能控制效果，需保障变频器信号能够高效转化为PLC 可识别的数字信号。因此要科学选择变频器类型，基于具体需求选用性价比更好的变频器。保证其具有较为广泛的适用范围、稳定的可靠性、组合功能较强、力矩特性良好等优势，并考虑电机的实际功率等级。另外为确保系统运行状态得到有效监控，还需合理选择上位机类型，如工控机、工作站、触摸屏等。将上位机与监控系统软件组合形成人机界面有利于实现多种功能互动，如系统运行状态显示、操控和响应设备、记录运行数据、检查和诊断故障等[3]。

2.3 调速控制系统软件设计

控制系统软件是基于PLC 的皮带输送节能控制的重要组成部分，为充分提高资源利用效率，需重视利用PLC 优化调速控制系统程序。

首先，针对主程序开展设计。明确其是整个系统的管理者，也是系统软件运行的首要环节，当系统执行PLC 指令进行循环时应先对主程序开展扫描。其中第一次扫描可促使主程序通过复位子程序实现初始化，为后续执行PLC 命令提供良好条件。同时PLC 在使用循环扫描方式对电表、计时、变频速度选择、平均值等子程序进行调用时，可对设备动作实施控制。

其次，对子程序进行设计。一般情况下只有通过主程序才能实现对子程序的调用。在皮带输送系统节能控制中应用PLC，能对平均值、电表、选择变频速度、保护、复位、计时等子程序实施调用，并在系统运行中发挥相应的功能。如平均值子程序可计算变量均值，电表子程序用于计算机与电能表之间的通信，计时子程序可记录系统的运行时间，保护子程序的功能是对故障、异常运行等发生报警，复位子程序的功能是对系统进行初始化设置，有效为皮带输送系统节能控制应用PLC 提供服务。

最后，基于PLC 的皮带输送系统节能控制，应合理设计调速控制上位机监控软件。技术人员可借助组态软件设计对其进行优化，并设置具有灵活性的组合模块，以构建完善的上位机监控系统，便于软件和硬件联通，提高数据采集以及控制效率。另外，对于上位机监控系统软件组态中应用PLC，主要利用PM 综合管理器对管理画面进行集中开发，形成模拟化的现场控制画面，便于开展人机交互，提高节能控制成效。在设计应用过程中，应在初始化设置的基础上采用组态软件对监控画面进行编辑，显示完整的系统运行参数，再将画面下载到触摸屏，经调试后可实现节能控制管理。

综上，在环保理念不断深入的背景下，对皮带输送电机应当采取节能控制措施，应用PLC 技术可优化其调速控制系统，按照节能需求进行运行设计、硬件设计和软件设计，构建自动化的变频调速控制系统，通过实施监控皮带负荷对电机频率实施调节，有效提升电机运行效率，降低资源浪费程度，实现节能目标。