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摘要:大型带式输送机动态试验平台控制系统由工业计算机、触摸屏、PLC、网络交换机、变频器、传感器等组成，控制系统对大型带式输送皮带机实现就地手动、自动和远程集中控制，控制系统除了实现输送机的常规电气控制外，还对皮带运行压力和拉力、皮带在线张力、托辊轴向载荷、旋转阻力、输送物料瞬时流量和累积量等动态数据在线测试。另外，输送机采用液粘离合器，实现了对液粘离合器的输入与输出扭矩测试，控制油压、油温、润滑油压、油温特性等参数测试。
关键词：PLC集中控制在线测试
一、输送机系统的主要机械结构设计
输送机动态试验台由两条带式输送机组成，直线倾斜输送方式。物料在两条带式输送机间循环流动，可以保证试验连续进行。采用液粘离合器装置、自冷式盘式制动装置（可实现模拟加载试验）、低速轴逆止器，机身设置液压自动拉紧装置，输送机电机采用变频启动装置控制。输送机机身由固定机架组成，设有承载托辊和回程托辊，中间部分设置运行阻力测试台架、张力在线测试台架和托辊性能测试台架，两端设有转载溜槽；沿线安装输送机综合保护装置，实现在线保护，满足六大保护要求。
二、主要动态试验项目
（1）具有输送机常规功能；
（2）输送机运行功率测试、运行速度测试：系统运行时可以实时检测和显示输送机运行速度、电机功率、电流、电机轴承绕组温度、运量等参数；
（3）驱动系统启动扭矩测试：系统运行时可以实时检测和显示电机输出扭矩、液粘离合器输入输出扭矩、变频控制输出扭矩等；
（4）不同输送带的模拟运行阻力测试：能测试不同类型的输送带的运行阻力；
（5）输送带张力在线测试：能实现静止和运行过程中输送带的张力的在线实时测试；
（6）综合保护装置动作性能测试：带式输送机沿线安装综合保护装置，六大保护功能，如拉绳、打滑、跑偏、撕裂、堆煤、超温等保护功能，对保护系统进行性能测试；
（7）带式输送机用液粘离合器性能测试：液粘离合器的输入与输出扭矩测试，控制油压、油温、润滑油压、油温特性等参数测试；
（8）带式输送机用变频器性能测试：变频器的输入与输出频率与系统输出扭矩测试，安全保护性能测试等；
（9）托辊性能测试：旋转阻力试验、防尘防水性能试验、轴向承载试验等；
三、输送机系统的自动控制设计
1、自动控制架构设计
根据上述动态试验项目的要求，进行控制系统架构的设计分析。
首先，要考虑的是控制方式。控制系统采用集控、自动、手动和检修四种操作方式，因此集控采用工业计算机控制，就地自动采用触摸屏控制。集控室和就地操作台有一定距离，因此集控工控机和就地触摸屏、PLC通过交换机进行以太网通讯。
其次，由于现场设备、传感器较多，为了减少现场控制电缆的敷设，减少故障点和便于维护，采用总线网络通讯。Modbus网络通讯应用普遍，通用性较强，性价比高，而且大部分设备都支持它，故采用Modbus网络通讯。
最后，系统控制PLC采用西门子S7-200，它具有以太网通讯、Modbus通讯、高速计数、模拟量处理等功能。Modbus通讯从站为：液粘装置有单独的PLC控制系统，设立一个Modbus从站；综合保护装置信号较多，设立一个Modbus从站；变频器需要性能测试，变频器增加Modbus通讯卡；电量传感器具备Modbus通讯功能；皮带秤称重仪表具备Modbus通讯功能
通过对控制要求的分析，确立了整个控制系统的自动控制架构。
2、控制系统的PLC程序设计
（1）主PLC程序设计
主PLC程序设计主要包括：①变频器Modbus主站通讯程序的编写，读取变频器输出电压、频率、功率、扭矩、转速和故障信号；写入设置频率。②综合保护装置Modbus主站通讯程序的编写，读取拉绳、跑偏、撕裂、堆煤、超温、烟雾、皮带速度等信号。③皮带秤称重仪表Modbus主站通讯程序的编写，读取瞬时流量、累积量和皮带速度信号。④电量传感器Modbus主站通讯程序的编写，读取电压、电流、功率、功率因数等参数。⑤液粘系统Modbus主站通讯程序的编写，读取控制油压、油温、润滑油压、油温特性等参数以及逻辑控制需要的信号。⑥电机输入输出扭矩、运行阻力测试、旋转阻力试验、防尘防水性能试验、轴向承载试验等传感器模拟量信号的处理，电机前后轴温度、三相定子温度等热电偶模拟量信号的处理。⑦输送机、拉紧装置、盘闸装置、液粘装置各设备启停控制及它们之间的逻辑控制及保护信号的处理。⑧以太网通讯的组态、Modbus通讯的组态等。⑨初始化、错误处理、输出指示灯等辅助程序的编写
（2）综合保护装置PLC程序设计
综合保护装置PLC程序比较简单，主要包括三方面：首先是拉绳、跑偏、撕裂、堆煤、超温、烟雾等信号的处理；其次是皮带速度信号的处理，采用高速计数器读取脉冲输入，然后转换成线速度；最后是Modbus从站程序的编写。
（3）液粘系统是单独的控制系统，不在本文探讨范围。
3、控制系统的上位机和触摸屏程序设计
带式输送机监控系统分为上位机系统和触摸屏系统，这两套系统界面基本相同、功能相似，不同之处在于上位机监控系统具有对试验数据处理的功能，可以存储历史数据、显示历史曲线、生成数据报表等功能；而触摸屏监控系统则没有这些功能，只需要进行数据显示、参数设置、显示报警信息等等。
根据上述要求，上位机监控系统包括：
首先，上位机监控系统接收下位机传来的数据，实现输送机主电机、拉紧、盘闸、液粘等电机的启停、运行、故障状态及各传感器的实时数据的实时监视。
其次，上位机监控系统向下位机发送数据，实现远程控制启停设备。
再次，上位机监控系统将接收的数据经过处理，进行数据库存储，实现以下功能：①实时数据以图形、动画、曲线等方式直观地显示在上位机屏幕上。②根据试验需要编写相应数据处理模块，以报表、曲线、柱状图等方式显示试验结果。③存储、显示历史数据。④报表输出与打印。
另外，上位机监控系统还包括一些辅助安全功能，用户可以设置控制菜单、按钮和退出系统的操作权限，只允许有操作权限的人对某些功能进行操作，防止非法登录、意外地或非法地关闭系统、进入开发系统修改参数或者对未授权数据进行更改等操作，保证系统的安全。
四、总结
大型带式输送机通过使用PLC和总线网络控制，使大型带式输送机动态试验平台控制系统架构清晰、层次分明、操作简单、布线工作量和故障点减少、控制精度和性价比高，并且控制稳定可靠。
参考文献：
[1]薛迎成.罗克韦尔PLC技术基础及其应用.中国电力出版社,2009
[2]廖常初.PLC实用技术问答.机械工业出版社,2006
[3]宋伯生.PLC编程理论.算法及技巧.机械工业出版社,2005
[4]S7-200用户手册
[5]ABB变频器用户手册