基于PLC的物料运输控制系统设计.pdf

一、引言

连续配料输送自动控制系统在水泥、煤炭、冶金、化工、饲料、食品等行业有很广

泛的应用。具有功能全面，灵活性强，性价比高等特点，受到连续配料系统集成商

和用户的欢迎。该系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体，是CIMS中

的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国许多

行业中。

加盟WTO后，我国商品分销、配送服务市场将逐步扩大开放的领域和范围。而物流

是企业发展的关键问题，物流会影响企业总体的生存和发展。在2000年物流成本占

国内国民经济生产总值（GDP）的16.7%，而美国仅为10%以下。尤其是企业的物流

设备水平与发达国家之间存在着巨大的差距，主要表现为，运输效率低，物流过程

浪费惊人。我们知道，差距就是潜力和发展空间，因此，提高物流设备化水平，已

成为当务之急。自动配料车是物流体系中运输分配的重要组成部分，它是能自动地

存储和取出物料的系统。

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物料输送系统在产品包装、流水作业、检测等相关行业中应用广泛，但对

系统的准确性、可靠性以及自动化水平要求都很高。某水泥厂有运输皮带

16条，分别将水泥运往包装库或散库。该水泥厂采用传统继电器、接触

器控制方式的物料输送控制系统，由于该类控制系统电气元件多、安装比

较分散，控制系统复杂、操作难度大、并且安装和维修工作量大、修改

控制方案艰难，从而大大影响了企业的生产效率［1］。另外由于水泥厂环

境较恶劣，加之皮带运输系统使用年限较长，所以故障率高，可靠性低，

急需改造或重建。在排除了对运输线进行改造的方案后，决定对运输系统

进行重建。在设计方案上采用了PLC与变频器相结合的控制方式。

1运输线设计方案

1)皮带运输系统采用自动、手动两种控制方式，由自动/手动开关进行切

换。全部设备的操作在主控制室里进行，系统与设备的运行状态可以在控

制室的控制界面中观察，工作人员可在控制界面中控制各设备的起停。

2)系统开启时各皮带电机按逆物料流方向启动，系统关闭时各皮带电机按

顺物料方向停机，以避免皮带上物料堆积。

3)在各皮带两侧设跑偏开关，皮带跑偏超过10°时发出警告信号，跑

偏超过20°时发出警告信号并强制停机。

4)在传送带上设置物重传感器，传送带上的物重转换后经PLC的PID

运算器进行比例、积分、微分运算后，作为变频器的给定频率．对电

机转速进行自动控制。

5)上位机实时监控并显示系统及各设备的运行情况，对报警、紧急停机
等事件做出实时记录。

2PLC控制的硬件设计

根据该厂车间工艺的特点及控制任务，本方案控制系统的主控制器选用了

德国西门子S7—300可编程控制器，并以主从方式通过PROFIBUSDP

缆线完成连接。上位监控机设置在中心控制室，通过PLC控制系统来控

制变频器的起动停止操作。系统检测信号经PLC处理后对直接与变频器

连接的电动机进行自动控制．并通过PLC对各电机进行短路、断路以

及过流、过载等情况的监测及保护。PLC及变频器控制系统结构框图如

图1所示，硬件选型如表1所示。

3控制系统的结构设计

系统结构如图2所示。

1)在本系统中，作为上位机与PLC进行通信，并实时采集皮带跑偏信号

和设备运行状态及时显示仿真画面及测试数据的是工业控制计算机;而根

据外部的输入信号，执行对应的程序，控制变频器、电机实现对应功能

是皮带控制PLC，它同时承担向上级工业控制计算机发送工作组态信息，

接收上级工业控制计算机发送的事故停机信号，实现事故停机处理功能

并启动报警设备的任务。

2)本系统有自动和手动两种控制方式。在手动方式下，皮带电机通过开关

进行控制;在自动方式下，以各皮带电机作为控制对象，按逆物料方向顺

序起动，按顺物料方向顺序停止;故障时要停掉本段及前面所有的传送带;

另外利用物重传感器检测皮带上物体的重量信号，将信号送入PLC后利

用PLC内置的PID调节器计算后产生的的控制信号送变频器去控制电

机的工作频率与转速。

4控制软件设计

系统控制程序如图3所示。

该系统软件设计核心是运输带电机控制程序，其次是PID控制程序。

4．1运输电机控制程序

运输电机控制程序除了控制度电机的正常运转外，主要考虑避免物料堆积

而需要控制各皮带电机起、停顺序和故障停机顺序［2］。举例:以运往包

装库的A线自动控制方式为例，A线由1号、2号、3号皮带组成。

1号为近端皮带，3号为远端皮带，控制程序流程如图4所示。

启动时，先启动远端的3号皮带，然后检测3号皮带的运行信号，如

果检测到3号带有运行信号，则