西门子plc物料配送 一种基于PLC的煤炭输送控制系统设计

摘要：分析了煤炭输送控制系统的关键问题，利用西门子PLC S7-200软件，结合气动技术、传感器技术，通过对各控制环节逻辑关系分析后，对煤炭输送控制系统的控制环节进行了设计。该系统能与上位机进行通讯，实现地上在线监控，提高了煤炭输送过程中的自动化程度和安全性。

关键词：PLC；煤炭输送；控制系统；设计

0　引言

随着制造业自动化程度的不断发展，煤炭的输送过程控制也逐渐实现了自动化。为了减少因多机械造成的井下安全隐患，提高矿井中的作业效率，就需要将煤炭的挖掘、输送及分拣有机地结合起来。通过分析与考察，本文提出一种新型的煤炭输送机的控制系统设计方案，此装置包括装煤机械手、煤炭带式传输装置及触摸显示装置等。利用西门子S7-200 PLC编程软件，结合气动装置、光电传感器、变频器、步进电机等实现了装煤机械手的驱动，进而实现了煤炭的准确有效传输，并可以根据工位的需要调节传感器及限位开关的位置。

1　煤炭输送控制过程分析

针对目前煤炭输送以人工控制为主的情况，以气动装置、传感器、PLC为控制核心实现井下煤炭输送自动控制系统，煤炭输送机的控制流程如图1所示。

图1　煤炭输送机控制流程

2　煤炭输送机控制系统气动控制系统设计

气动控制是既经济又安全可靠的一种控制方式，在煤炭输送控制系统中，煤炭的推出、抓煤机械手臂伸缩和升降、手爪的夹紧及煤炭中金属及塑料物品的推出等动作都利用气缸来实现，通过6个电磁换向阀对6个气缸进行控制。煤炭输送机的气动控制原理如图2所示。

图2　光机电一体化煤炭输送机气动控制原理

3　基于PLC的控制系统设计

3.1　煤炭输送机控制系统硬件设计

3.1.1　I/O端点分配

控制系统通过输入端子将传感器、行程开关等输入信号传递给PLC，PLC经过程序运行和处理后再把输出信号通过输出端子输出，这些输出信号主要是对传输机的电磁阀、变频器等进行控制，根据要求，输入点数为I0.0～I0.7、I1.0～I1.7、I2.0～I2.4共21个，输出点数为14个，CPU型号为226可编程控制器。内部程序主要使用移位指令完成。控制系统I/O分配表如表1所示。

3.1.2　PLC外围接线设计

PLC外围接线图如图3所示。

3.2　煤炭输送机控制系统程序设计

PLC上电启动后首先执行内部初始化,且可以根据触摸屏实现手动和自动的转换。该系统设计采用了主程序和子程序调用的功能，在遇到故障后可以随机调用其中一段子程序进行检修。该控制系统程序主要包含的程序段有上煤检测程序段、抓煤机械手抓煤程序段、煤炭运输程序段、煤炭杂物检测与分拣程序段，并能进行相应的程序状态监控，实现故障复位。部分程序段如图4、图5所示。

表1　煤炭输送机控制系统I/O分配表

输入信号名称及功能说明输入信号名称及功能说明输出信号名称及功能说明I0.0启动按钮I1.6推料一缩回限位传感器Q0.0步进电机驱动器PUL+I0.1停止按钮I1.7导料转出限位传感器Q0.1步进电机驱动器DIR+I0.2复位按钮I2.0导料原位限位传感器Q0.2步进电机驱动器ENA+I0.3物料检测光电传感器I2.1入料检测光电传感器Q0.3物料推出I0.4物料推出检测光电传感器I2.2料槽一检测传感器Q0.4手臂伸出I0.5推料伸出限位传感器I2.3料槽二检测传感器Q0.5手爪下降I0.6推料缩回限位传感器I2.4分拣槽检测光电传感器Q0.6手爪夹紧I0.7手臂伸出限位传感器Q0.7手爪松开I1.0手臂缩回限位传感器Q1.0推料气缸I1.1手爪下降限位传感器Q1.1导料气缸I1.2手爪提升限位传感器Q1.2警示红灯I1.3手爪夹紧限位传感器Q1.3警示绿灯I1.4机械手基准传感器Q1.4警示黄灯I1.5推料一伸出限位传感器Q2.0变频器DIN1

图3　西门子PLC外围接线图

图4　上煤检测程序段　　　　图5　抓煤机械手程序段

4　在线监控及通讯

本文所设计的控制系统是由PLC、触摸屏、电控设备、数据交换设备、信号采集装置等组成。PLC负责完成信号处理、逻辑判断、故障诊断和参数记忆等功能。通过传输机上的数据采集模块采集煤炭的重量信号来确定是否开启自动挖掘机，输送机的传送量、上煤情况、每个分拣口的输出情况、传输电机的定子温度、轴承的温度等各参数经过数据采集模块采集后再经过转换显示在地面的触摸显示屏上，若出现超标情况，控制系统将出现报警信号，井上人员可以根据情况进行调整或紧急停车，实现地面监控站的实时监控。

5　小结

利用气动技术，以西门子S7-200型PLC为核心开发了煤炭输送机控制系统，通过对其逻辑关系的研究进行了程序设计，增强了井下煤炭输送的可靠性。通过触摸屏MT506MV可以实现井下输送机各工作界面的切换，进行故障的实施巡查及控制方式转换，还可以对其进行远程控制，提高了煤矿生产的安全性。总之，该控制系统的使用将大大提高井下煤矿作业的自动化程度，为煤矿安全生产提供了一定保障。