基于S7-1200PLC的碼頭單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)

摘要近年來，隨著我國碼頭進(jìn)出口貨物量上升，碼頭的運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)于保證正常生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全的重要作用愈發(fā)明顯。而皮帶輸送機(jī)作為散裝物料運(yùn)輸、裝卸環(huán)節(jié)中最關(guān)鍵的設(shè)備，具有運(yùn)輸距離長(zhǎng)、運(yùn)輸速度快、運(yùn)輸量大等比較優(yōu)勢(shì)。為使碼頭的單向皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，利用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)視、控制及故障檢測(cè)以保證運(yùn)輸系統(tǒng)正常安全地自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)很有必要。本文以基于S7-1200PLC的碼頭單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)展開，設(shè)計(jì)了控制器并通過SimaticWincc進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。首先大致介紹了本研究選題相關(guān)背景、意義，當(dāng)前國內(nèi)外在該領(lǐng)域的技術(shù)差距和將來的發(fā)展趨勢(shì)，以及皮帶輸送機(jī)傳統(tǒng)控制方法和集中自動(dòng)化控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較，然后簡(jiǎn)述整個(gè)控制系統(tǒng)的工作流程，進(jìn)行硬件設(shè)備的選型、軟件控制程序的編寫和仿真頁面的設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)的碼頭單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)可以有效監(jiān)控皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行工況，并通過PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，借助保護(hù)傳感器裝置提高現(xiàn)場(chǎng)安全性，滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。關(guān)鍵詞：皮帶輸送機(jī)；S7-1200；TIAPortalTheControlSystemofTerminalOne-wayBeltConveyorBasedonS7-1200PLCAbstract:Inrecentyears,withtheincreaseintheimportandexportvolumeofgoodsatportsinChina,thetransportationsystematportshasbecomeincreasinglyimportantinensuringnormalproductionefficiencyandsafety.Asthemostcriticalequipmentinthetransportationandloadingandunloadingofbulkmaterials,beltconveyorshavecomparativeadvantagessuchaslongtransportationdistance,fasttransportationspeed,andlargetransportationvolume.Inordertoensurethesafeandreliableoperationoftheone-waybeltconveyorsystematthedock,itisnecessarytouseautomationtechnologyforcentralizedmonitoring,control,andfaultdetectionofthebeltconveyortoensurethenormalandsafeautomaticoperationofthetransportationsystem.ThisarticlefocusesonthecontrolsystemofaunidirectionalbeltconveyorfordocksbasedonS7-1200PLC,designsacontroller,andconductssimulationexperimentsusingSimaticWincc.Firstly,thebackgroundofthisdesignwasintroduced;Secondly,thestructureandbasicfunctions,parameterdetection,andsafetyprotectiondevicesoftheone-waybeltconveyorcontrolsystemweredesigned.Onthisbasis,useSiemensBotusoftwaretodesignthehardwareandsoftwareofthesystem,includingPLCmoduleconfiguration,externalwiring,andladderdiagramprogramming.Thesimulationresultsshowthatthedesignedone-waybeltconveyorcontrolsystemforthedockcaneffectivelymonitortheoperatingconditionsofthebeltconveyortransportationsystem,andachieveremotecentralizedcontrolthroughPLCtoachieveautomatedproduction.Withthehelpofprotectivesensordevices,theon-sitesafetyisimproved,meetingthedesignrequirementsofthecontrolsystem.Keywords:Beltconveyor；S7-1200；TIAPortal

1緒論1.1本課題的研究背景及意義港口碼頭是水路運(yùn)輸和陸路運(yùn)輸?shù)慕粎R集中點(diǎn)、貨物多種方式聯(lián)合運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~，是衡量國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平和進(jìn)出口貿(mào)易的重要標(biāo)志。港口行業(yè)的發(fā)展不僅能解決我國工業(yè)、制造業(yè)對(duì)大宗物資的需求，還能有效加強(qiáng)我國在世界航運(yùn)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力?？茖W(xué)技術(shù)的日益提高以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得皮帶輸送機(jī)已經(jīng)成為散裝物料輸送的重要設(shè)備。然而隨著我國港口碼頭運(yùn)輸行業(yè)的高速發(fā)展以及貨物進(jìn)出口數(shù)量的急劇上升，原港口的操作人員數(shù)量多、自動(dòng)化裝備水平低下等作業(yè)特點(diǎn)和設(shè)備性能限制導(dǎo)致的在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全性等方面的缺陷也日漸突出。以往在碼頭生產(chǎn)運(yùn)輸作業(yè)中對(duì)皮帶輸送機(jī)的控制方式多為人工就地分臺(tái)控制，每臺(tái)皮帶輸送機(jī)都需要操作工在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)就地控制，這種控制方式較為簡(jiǎn)單，且不需要增加額外的電氣控制設(shè)備，在生產(chǎn)線建設(shè)初期可以節(jié)省一定的成本，但需要的司機(jī)人員較多，且在人工手動(dòng)操作過程中可能會(huì)出現(xiàn)操作失誤、控制不精準(zhǔn)的情況，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)事故發(fā)生，這種較原始的控制方式不僅限制了生產(chǎn)運(yùn)輸效率的上限，還嚴(yán)重影響了生產(chǎn)安全進(jìn)行。而利用可編程邏輯控制器等先進(jìn)設(shè)備對(duì)整個(gè)皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控、控制、故障檢測(cè)的控制方式，是在整個(gè)皮帶輸送機(jī)生產(chǎn)運(yùn)輸線上增加一套集中控制裝置，由控制層進(jìn)行集中操縱機(jī)構(gòu)運(yùn)行，并可以在上位機(jī)中實(shí)時(shí)監(jiān)視各皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀況，監(jiān)測(cè)有無故障出現(xiàn)，所有操作均可由一名司機(jī)單獨(dú)完成。這種自動(dòng)化控制方式不但節(jié)省了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)大量的司機(jī)人員，也為提高控制精度、準(zhǔn)確性，減少誤操作并及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、縮短停產(chǎn)維護(hù)時(shí)間創(chuàng)造了條件，大幅提升了綜合自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率。目前集中控制以及成為皮帶輸送機(jī)的主流控制方式之一。1.2國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)目前，港口散貨物料到達(dá)碼頭后，大多需借由皮帶輸送機(jī)來完成裝卸貨和運(yùn)輸，皮帶輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、長(zhǎng)距離、自動(dòng)地運(yùn)輸物料，這種方式可以節(jié)省一部分的車道、車輛成本，在經(jīng)濟(jì)性方面是一種可靠的選擇。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等生產(chǎn)規(guī)模的增大，且我國港口碼頭運(yùn)輸行業(yè)正在高速發(fā)展、貨物進(jìn)出口數(shù)量的急劇上升，現(xiàn)代碼頭的運(yùn)輸對(duì)皮帶輸送機(jī)也提出了更高的要求，以短距離運(yùn)輸向長(zhǎng)距離運(yùn)輸、設(shè)備大型化、自動(dòng)化方向?yàn)榘l(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多條線路交互聯(lián)通。經(jīng)過多年的科學(xué)研究投入，我國在運(yùn)輸業(yè)方面已經(jīng)取得了可觀的進(jìn)展，但不可否認(rèn)的是國外在相關(guān)行業(yè)擁有更豐厚、更成熟的技術(shù)積累，且與我國有著一定差距。隨著科學(xué)技術(shù)水平日益提高，設(shè)備自動(dòng)化水平上升，皮帶輸送機(jī)的用途也得以拓寬，開發(fā)了更廣泛、更全面的功能。當(dāng)前已有大批量結(jié)合了新技術(shù)的皮帶輸送機(jī)投入到了實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)輸中，一定程度上彌補(bǔ)了部分在運(yùn)輸距離、運(yùn)輸量和運(yùn)輸速度等方面相較于國外的不足，同時(shí)也有效提升了裝備的自動(dòng)化水平，不斷向著國外先進(jìn)技術(shù)靠攏，改善了皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性、能效經(jīng)濟(jì)性，降低了故障率，大幅提升了碼頭散貨物料的運(yùn)輸效率。不僅在港口碼頭運(yùn)輸中需要依靠皮帶輸送機(jī)，在散貨的運(yùn)輸中皮帶輸送機(jī)也發(fā)揮著重要作用。皮帶輸送機(jī)也分化出了適用于多種場(chǎng)合的不同類型，并加入了一些新技術(shù)以提高皮帶輸送機(jī)的生產(chǎn)能力，同時(shí)改善皮帶機(jī)的節(jié)能性、可靠性。在皮帶輸送機(jī)的初始電機(jī)功率方面，中國與國外也有著一定差距。國內(nèi)皮帶輸送機(jī)最大多電機(jī)額定功率為4×750kw，而國外皮帶輸送機(jī)可達(dá)到4×970kw,且從數(shù)據(jù)上看，國內(nèi)大部分電機(jī)額定功率約為國外的10%至20%。在皮帶機(jī)輸送能力方面，國外的皮帶輸送機(jī)也遠(yuǎn)優(yōu)于國內(nèi)的，這主要是受裝機(jī)容量影響[1]。單向皮帶輸送機(jī)中的上下托輥的作用是支撐皮帶和物料，但由于托輥與皮帶間摩擦力不足和皮帶打滑等原因?qū)е碌钠c物料之間發(fā)生相對(duì)位移影響，國內(nèi)皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸速度多數(shù)低于國外的皮帶機(jī)。同時(shí)，由于國內(nèi)的皮帶輸送機(jī)連接技術(shù)較落后，在皮帶機(jī)輸送距離方面也較國外相對(duì)落后。在皮帶長(zhǎng)度方面，受限于材料水平，當(dāng)前國內(nèi)膠帶長(zhǎng)度最多只能達(dá)到9.8km，而國外皮帶輸送機(jī)的作業(yè)膠帶長(zhǎng)度可達(dá)到15km?？傮w來看，國內(nèi)在皮帶輸送機(jī)上與國外水平仍有較大差距，無論是在皮帶輸送機(jī)的硬件構(gòu)造質(zhì)量方面，還是布置安裝技術(shù)方面，都仍有很大的發(fā)展進(jìn)步空間。以往國內(nèi)的皮帶機(jī)種類少、功能性較弱等各種技術(shù)差距導(dǎo)致投入成本較大但經(jīng)濟(jì)效益低下，目前國內(nèi)正致力于提高皮帶輸送機(jī)的種類和功用。國內(nèi)外的皮帶輸送機(jī)除了在上述方面有差距外，國外的皮帶輸送機(jī)也擁有比國內(nèi)皮帶機(jī)更長(zhǎng)的使用壽命，普遍能工作多年并保持較為良好的工作性能。此外，在實(shí)際的運(yùn)輸應(yīng)用中，國內(nèi)的皮帶機(jī)也更容易出現(xiàn)諸如斷軸、停機(jī)等故障問題，在設(shè)備運(yùn)行可靠性方面依然不及國外。圖1為碼頭皮帶輸送機(jī)。圖1碼頭皮帶輸送機(jī)1.3本課題研究的主要內(nèi)容碼頭裝卸貨運(yùn)輸設(shè)備自動(dòng)化控制已經(jīng)成為未來趨勢(shì)，而皮帶輸送機(jī)作為碼頭裝卸貨運(yùn)輸中重要的一環(huán)，實(shí)現(xiàn)集中自動(dòng)控制可以有效改善工作效率。利用工業(yè)PLC對(duì)整個(gè)皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量、遠(yuǎn)程信號(hào)、遠(yuǎn)程控制，使皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)鎖、報(bào)警與顯示以及在緊急情況下啟動(dòng)和停機(jī)的功能。提高工作效率、設(shè)備自動(dòng)化水平，減少停產(chǎn)時(shí)間、減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員、改善產(chǎn)能經(jīng)濟(jì)效益。本文以此為目的，以碼頭單向皮帶輸送機(jī)為背景，設(shè)計(jì)一種基于PLC的皮帶機(jī)控制系統(tǒng)。主要內(nèi)容分為以下部分：第一章緒論主要介紹本選題背景和意義，國內(nèi)外在皮帶輸送機(jī)上的研究現(xiàn)狀、技術(shù)差距和未來發(fā)展趨勢(shì)，以及本文的主要研究?jī)?nèi)容。首先介紹了皮帶輸送機(jī)在當(dāng)前生產(chǎn)運(yùn)輸中的重要作用，闡述了傳統(tǒng)人工就地控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后就皮帶輸送機(jī)的各項(xiàng)基本性能、特點(diǎn)進(jìn)行國內(nèi)外的對(duì)比以及本文內(nèi)容的大致介紹。第二章以常見的散貨碼頭裝卸貨工作為背景，概述皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)的主要控制流程，設(shè)計(jì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行傳感器、CPU、觸摸屏等硬件設(shè)備選型介紹，并簡(jiǎn)述其工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。第三章進(jìn)行單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，進(jìn)行S7-1200PLC模塊選型和計(jì)算本設(shè)計(jì)中所需的CPU配置。第四章利用TIAPortal軟件對(duì)單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)，介紹程序控制的大致原理和工作流程，同時(shí)用Wincc軟件進(jìn)行控制臺(tái)頁面的仿真測(cè)試，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基本功能。第五章為結(jié)論，總結(jié)本文設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的仿真效果，體現(xiàn)出利用TIAPortal進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)工作中的不足之處進(jìn)行反思、總結(jié)。1.4本章小結(jié)大致介紹了本研究選題相關(guān)背景、意義，當(dāng)前國內(nèi)外在該領(lǐng)域的技術(shù)差距和將來的發(fā)展趨勢(shì)，以及皮帶輸送機(jī)傳統(tǒng)控制方法和集中自動(dòng)化控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較，并大致介紹本文的研究主要內(nèi)容。2碼頭單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)本單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)具有的主要功能如下所述：（1）本系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式。平時(shí)系統(tǒng)正常以自動(dòng)模式工作，選定了工作流程后，按下啟動(dòng)按紐，皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)逆料流延時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)；按下停機(jī)按紐，皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順料流延時(shí)自動(dòng)停機(jī)[2]。皮帶機(jī)根據(jù)前后聯(lián)鎖關(guān)系自動(dòng)進(jìn)行起保停動(dòng)作，同時(shí)監(jiān)測(cè)各檢測(cè)保護(hù)傳感器的工作狀況。以手動(dòng)工作模式運(yùn)行時(shí)，每條輸送機(jī)都可在中控室或生產(chǎn)線上單獨(dú)啟動(dòng)或停機(jī)，同時(shí)所有的安全保護(hù)設(shè)備都正常投入運(yùn)行，多在設(shè)備調(diào)試、檢修、和故障時(shí)使用該工作方式。為保證安全起見，設(shè)定只有在皮帶輸送機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以更改控制系統(tǒng)的工作模式，若當(dāng)前皮帶輸送機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)，則不能更改系統(tǒng)的工作模式，并設(shè)置自動(dòng)和手動(dòng)模式的電路互鎖。（2）在軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)故障信號(hào)設(shè)計(jì)自鎖保持功能，即當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警停車等故障信號(hào)后，應(yīng)自動(dòng)保持該信號(hào)，即使經(jīng)人工檢修后故障排除，計(jì)算機(jī)內(nèi)仍保持故障停機(jī)狀態(tài)[3]，需要通過復(fù)位按鈕手動(dòng)清除故障保持信號(hào)后系統(tǒng)才能恢復(fù)運(yùn)行。由于在故障情況下，采用全線設(shè)備同時(shí)停機(jī)方案，故重新啟動(dòng)時(shí)，輸送帶上堆積著大量物料，全線設(shè)備均在重載下啟動(dòng)，容易產(chǎn)生故障。故障啟動(dòng)，采用全線啟動(dòng)。（3）各皮帶輸送機(jī)應(yīng)按照逆物料流方向啟動(dòng)，順物料流方向停止以保證安全性，是目前工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中非常重要的一種行為準(zhǔn)則，是確保皮帶輸送機(jī)正常運(yùn)行，保障生產(chǎn)環(huán)境安全的有效措施。相關(guān)企業(yè)安全管理部門和操作者，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守各項(xiàng)操作要求，按照正確運(yùn)行方式開停機(jī)，確保安全性及正常運(yùn)行的效率。此外，應(yīng)定期對(duì)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行檢查保養(yǎng)，鎖定合理的潤(rùn)滑油，確保皮帶輸送機(jī)處于理想運(yùn)行狀態(tài)，以便長(zhǎng)期使用。（4）由于長(zhǎng)期的使用和惡劣的工作環(huán)境，皮帶輸送機(jī)也容易出現(xiàn)一些故障。其中，常見的故障包括皮帶打滑、物料堆積、溫度過高、煙霧報(bào)警、皮帶撕裂、跑偏等等。為了避免以上故障的發(fā)生，我們需要在運(yùn)行皮帶輸送機(jī)時(shí)加強(qiáng)安全措施。例如，在輸送物料過程中，不要讓物料堆積太高，以免出現(xiàn)堆積堵塞的情況，導(dǎo)致物料無法正常轉(zhuǎn)移。此外，我們也要經(jīng)常檢查和保養(yǎng)皮帶輸送機(jī)的設(shè)備，定期清理物料堆積和灰塵，及時(shí)更換磨損的部件，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。另外，在皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，溫度過高也是一個(gè)比較常見的問題。如果皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，可能會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生較高的溫度，從而導(dǎo)致部件的燒損或者煙霧報(bào)警的情況。因此，我們需要及時(shí)加水噴淋或者冷卻，及時(shí)維修損壞部件，從而降低設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，確保生產(chǎn)的安全性。當(dāng)然，在不幸的情況下，如果皮帶出現(xiàn)撕裂和跑偏的情況，我們也需要通過保護(hù)裝置、安全拉線開關(guān)、緊急按鈕開關(guān)等措施來及時(shí)切斷電源，停止傳送物料，避免造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。此外，堆料故障聲光報(bào)警、急停指令、超溫信號(hào)以及滾筒溫度過高等報(bào)警信號(hào)也需要及時(shí)處理。最后，為了有效減少皮帶輸送機(jī)的故障率，我們需要加強(qiáng)維護(hù)和保養(yǎng)工作。在設(shè)備安裝、調(diào)試、維護(hù)和轉(zhuǎn)移的過程中，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)要求和操作規(guī)范，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查、修理和保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決隱患，以確保皮帶輸送機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。（5）系統(tǒng)顯示對(duì)應(yīng)故障點(diǎn)，更便于維護(hù)。近幾年，越來越多的企業(yè)選擇安裝設(shè)備運(yùn)行狀況和工藝參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)來提高設(shè)備的運(yùn)行效率。該監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀況和工藝參數(shù)狀況，了解設(shè)備的變化趨勢(shì)，及早發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備的異常和問題，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。關(guān)于發(fā)現(xiàn)異?；蚬收蠁栴}時(shí)，設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并立即在系統(tǒng)顯示中提出原因和位置，使維護(hù)人員快速定位，節(jié)約時(shí)間和精力。而在解決問題時(shí)，維護(hù)人員對(duì)設(shè)備和工藝參數(shù)變化的及時(shí)調(diào)整和實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以最大程度保證設(shè)備的正常運(yùn)行和正確性，有利于提高設(shè)備的可靠性和安全性。此外，設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)也可以有效提高企業(yè)的信息化水平，使得企業(yè)的工藝流程和技術(shù)運(yùn)行規(guī)范更加統(tǒng)一有序，并且能夠更好地為技術(shù)管理、維護(hù)管理和生產(chǎn)分析提供支持。（6）可加入工業(yè)電視系統(tǒng)配合使用，工業(yè)電視系統(tǒng)可以將現(xiàn)場(chǎng)各重點(diǎn)部位的實(shí)時(shí)工作情況一目了然，維護(hù)安全操作環(huán)境。智能分析系統(tǒng)可以檢測(cè)工作參數(shù)在指定范圍內(nèi)的變動(dòng)，對(duì)偏離范圍的工作參數(shù)立即發(fā)出預(yù)警，并將報(bào)警情況及時(shí)傳輸至管理端，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控提供必要的保障。西門子工業(yè)電視系統(tǒng)還具備追蹤目標(biāo)實(shí)時(shí)定位功能，有效解決技術(shù)人員、工作人員、重要設(shè)備在區(qū)域外的無界監(jiān)管問題；另外，它還具有喊話和打點(diǎn)通訊系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控室和現(xiàn)場(chǎng)的音視頻聯(lián)系，以及其他模式的無人值守。且該系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)以及歷史紀(jì)錄的查詢，擴(kuò)展性強(qiáng)。（7）在皮帶輸送機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)就地控制箱上設(shè)置啟停、預(yù)警按鈕，設(shè)備發(fā)出預(yù)警信號(hào)后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備，以保障工作人員的安全。若設(shè)備起動(dòng)，預(yù)警信號(hào)立即被觸發(fā)，以距離較遠(yuǎn)的位置監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)。此外，現(xiàn)場(chǎng)可以隨時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)停車操作，這是一項(xiàng)及時(shí)有效的操作，具有最高優(yōu)先級(jí)，即使已經(jīng)進(jìn)行了集控，這種操作也可行。系統(tǒng)安全設(shè)置可以根據(jù)實(shí)際情況而變換，適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)管理狀況，確保安全可靠。（8）配備聯(lián)網(wǎng)功能，能與碼頭的其他自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)全局生產(chǎn)監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)工作流程圖如圖2.1所示。圖2.1控制系統(tǒng)工作流程2.2單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)某中型散貨碼頭皮帶輸送機(jī)布置如圖2.2所示。圖2.2中型散貨碼頭皮帶輸送機(jī)布置示意圖注：U-卸船機(jī)，L-裝船機(jī)，D-斗輪機(jī)，B-皮帶機(jī)；本次課程設(shè)計(jì)針對(duì)中型散貨碼頭皮帶輸送機(jī)流程為U→B1→B11→B12→D2，按照控制要求實(shí)現(xiàn)流程的正常運(yùn)行的啟動(dòng)、停止及故障后的啟動(dòng)、停止等控制要求。PLC通過監(jiān)測(cè)傳感器發(fā)出的信號(hào)、對(duì)各部件的工作情況和狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，發(fā)出程序控制指令，將皮帶輸送機(jī)的工作集中在一起進(jìn)行統(tǒng)一控制，使各個(gè)部件保持協(xié)調(diào)，從而完成預(yù)定的工作。PLC搭載系統(tǒng)可以有效地完善皮帶輸送機(jī)的故障自檢和控制、信號(hào)報(bào)警等功能。此外，PLC同時(shí)可以將數(shù)據(jù)記錄到內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的完整保存，滿足不同現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)故障診斷的要求，可以極大地提高皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行效率，提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平，節(jié)約大量生產(chǎn)成本。集中控制操作臺(tái)和HMI觸摸屏是人機(jī)交互界面，控制操作臺(tái)面板上設(shè)置有各皮帶輸送機(jī)的啟?？刂瓢粹o，整個(gè)系統(tǒng)的總啟動(dòng)、停止按鈕，起動(dòng)預(yù)警按鈕以及控制系統(tǒng)兩種工作模式的切換開關(guān)，系統(tǒng)急停按鈕。HMI觸摸屏可以讓工廠操作更加高效，它可以實(shí)時(shí)顯示各皮帶輸送機(jī)的詳細(xì)狀況，并且可以監(jiān)測(cè)每一臺(tái)皮帶輸送機(jī)上的保護(hù)傳感器的運(yùn)作，在故障發(fā)生的時(shí)候能夠準(zhǔn)確地指出故障部位，從而縮短人工排查的時(shí)間。同時(shí)，工廠的現(xiàn)場(chǎng)管控箱內(nèi)裝有控制皮帶輸送機(jī)啟停按鈕和急停按鈕，并配置有拉線開關(guān)，可以滿足不同的生產(chǎn)需求。另外，HMI觸摸屏的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示也可以極大地減少操作工人的疲勞度，比如當(dāng)某臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，觸摸屏?xí)皶r(shí)報(bào)警，這樣，操作員就不用一直觀察了，節(jié)省了大量的勞動(dòng)力，也有效的減少了出錯(cuò)的可能性。2.3單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備組成皮帶輸送機(jī)的集中控制系統(tǒng)主要由PLC、HMI等部分組成，如圖2.3所示，主要控制皮帶輸送機(jī)、故障保護(hù)傳感器和參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置，并將系統(tǒng)運(yùn)行狀況等信息集中顯示在觸摸屏上。以下是對(duì)皮帶機(jī)控制系統(tǒng)各部件的詳細(xì)介紹。圖2.3控制系統(tǒng)主要組成2.3.1單向皮帶輸送機(jī)皮帶輸送機(jī)是以皮帶作為承載和牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，也成為膠帶輸送機(jī)，廣泛應(yīng)用于電子電器、機(jī)械、食品、印刷等各行各業(yè)。圖2.4為皮帶輸送機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖。圖2.4皮帶輸送機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖帶式輸送機(jī)主要由兩個(gè)端點(diǎn)的滾筒及套合在滾筒上的閉合傳送帶構(gòu)成，皮帶同時(shí)作為承載機(jī)構(gòu)和牽引機(jī)構(gòu)，理想狀態(tài)下工作時(shí)皮帶與貨載之間沒有相對(duì)位移，共同在托輥上運(yùn)行。托輥內(nèi)設(shè)有滾動(dòng)軸承，皮帶通過滾動(dòng)摩擦向托輥傳遞動(dòng)力，因此傳動(dòng)效率高、運(yùn)行阻力較少，有效降低無用功耗的同時(shí)提升運(yùn)輸距離。在皮帶輸送機(jī)中，其牽引力的傳遞效率主要取決于皮帶張力大小、驅(qū)動(dòng)滾筒上皮帶的圍包角以及驅(qū)動(dòng)滾筒與皮帶之間的摩擦力大小。為盡量避免皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生皮帶與驅(qū)動(dòng)滾筒間的打滑，在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中常采取以下幾種方法來提升牽引力傳遞效率：（1）增大初張力。皮帶輸送機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中會(huì)使皮帶發(fā)生形變拉長(zhǎng)，造成皮帶與傳動(dòng)滾筒間摩擦力下降，因此可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整螺旋張緊裝置以拉緊皮帶，增大初張力從而提高牽引力傳遞效率。（2）增大摩擦系數(shù)。在傳動(dòng)滾筒上覆蓋木或橡膠等材質(zhì)的襯墊，增加摩擦系數(shù)。（3）增加圍包角。當(dāng)單傳動(dòng)滾筒不能滿足工作所需牽引力時(shí)，可以采用雙滾筒傳動(dòng)的方式，這種傳動(dòng)形式相較于單滾筒能傳遞更大的功率、帶動(dòng)較大的負(fù)載，且能增加圍包角以加強(qiáng)牽引力，但可能會(huì)導(dǎo)致皮帶機(jī)出現(xiàn)功率不平衡的問題從而增大電動(dòng)機(jī)備用功率。2.3.2故障保護(hù)及參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置皮帶輸送機(jī)在使用中可能會(huì)出現(xiàn)一些故障，如電機(jī)故障、皮帶破損、皮帶緊松滑落等。在這些故障發(fā)生時(shí)，可以使用特殊設(shè)備以及故障保護(hù)系統(tǒng)，檢測(cè)出這些故障，防止對(duì)設(shè)備的及時(shí)維修。此外，可以在控制系統(tǒng)中使用一些傳感器，對(duì)皮帶輸送機(jī)上的一些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，如帶速、溫度、振動(dòng)、噪音、扭矩等，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，有效降低故障出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，皮帶輸送機(jī)的參數(shù)檢測(cè)也可以反映出皮帶機(jī)的能效情況，為優(yōu)化制造工藝提供素材。因此，為皮帶輸送機(jī)配備參數(shù)檢測(cè)和故障保護(hù)系統(tǒng)十分必要，不僅能夠檢測(cè)出可能發(fā)生的故障，同時(shí)可以確保設(shè)備的正常運(yùn)行，使得生產(chǎn)過程更加安全有效。使用傳感器對(duì)于控制系統(tǒng)來說，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)出設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，以便更好及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，在損失降到最小的前提下，最大程度的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的安全。皮帶跑偏跑偏是皮帶輸送機(jī)上最常見的故障，若不及時(shí)處理，可能會(huì)由于皮帶與輸送機(jī)上其他部件劇烈摩擦導(dǎo)致皮帶表面保護(hù)層磨損，帶芯解除空氣容易受潮而減短使用壽命，甚至因此造成斷帶事故。另外，皮帶嚴(yán)重跑偏時(shí)也會(huì)導(dǎo)致撒料，因此采取防護(hù)措施防止皮帶跑偏是必要的。目前針對(duì)皮帶跑偏主要有兩種解決辦法：人工調(diào)整驅(qū)動(dòng)滾筒或托輥來對(duì)皮帶進(jìn)行調(diào)偏。利用平行調(diào)偏托輥或回轉(zhuǎn)式槽型調(diào)偏托輥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)偏。為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶有無出現(xiàn)跑偏，通常需要安裝防跑偏保護(hù)裝置。跑偏開關(guān)的主要功能是監(jiān)測(cè)皮帶輸送機(jī)上皮帶的跑偏量，并在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)主動(dòng)報(bào)警、進(jìn)行停車動(dòng)作。通常在實(shí)際應(yīng)用中將跑偏開關(guān)安裝在皮帶輸送機(jī)兩側(cè)，當(dāng)皮帶機(jī)運(yùn)行中皮帶跑偏時(shí)，會(huì)觸發(fā)跑偏開關(guān)的立輥，此時(shí)立輥發(fā)生偏轉(zhuǎn)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)角度大小設(shè)置對(duì)應(yīng)的響應(yīng)方式，當(dāng)立輥偏轉(zhuǎn)到一級(jí)角度時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警信號(hào)提示工作人員，并將故障情況上報(bào)至PLC，當(dāng)皮帶跑偏程度較嚴(yán)重，觸發(fā)二級(jí)角度時(shí)，直接進(jìn)行停機(jī)動(dòng)作，并將停機(jī)信號(hào)上傳至PLC，同時(shí)在HMI觸摸屏上故障指示燈亮起當(dāng)跑偏故障完成維修后，可手動(dòng)復(fù)位消除故障信號(hào)標(biāo)志，回到初始工作狀態(tài)。跑偏開關(guān)外形如圖2.5所示。圖2.5跑偏開關(guān)外形圖帶速檢測(cè)通過對(duì)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行中的帶速檢測(cè)，可以推算出皮帶打滑、超速、斷帶的故障。因此為每條皮帶都配置一個(gè)速度傳感器來檢測(cè)運(yùn)行帶速。皮帶速度檢測(cè)器DH02E-1-TH可以通過監(jiān)測(cè)單向皮帶輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)滾筒與皮帶之間有無發(fā)生打滑現(xiàn)象來避免嚴(yán)重生產(chǎn)事故的發(fā)生。作為保障皮帶輸送機(jī)安全運(yùn)作的一種可靠手段，廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)各種機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的故障。皮帶速度檢測(cè)器DH02E-1-TH工作原理是檢測(cè)皮帶輸送機(jī)上皮帶的實(shí)際運(yùn)行速度，并將該運(yùn)行速度與皮帶機(jī)額定速度進(jìn)行對(duì)比，從而計(jì)算比較得出皮帶打滑的情況，當(dāng)差值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警和停車信號(hào)。另外，非接觸式速度傳感器可以通過接收被測(cè)物發(fā)出的磁、光等信號(hào)來實(shí)現(xiàn)速度的精準(zhǔn)測(cè)量，避免了測(cè)量?jī)x器與皮帶接觸可能造成的皮帶損耗，也能提高測(cè)量精度。速度傳感器外形如圖2.6所示。圖2.6速度傳感器外形圖皮帶斷帶目前廣泛采用斷帶信號(hào)采集方法如下：

（1）張力檢測(cè)法。皮帶輸送機(jī)是通過驅(qū)動(dòng)滾筒與皮帶間的摩擦力來進(jìn)行傳動(dòng)的，皮帶輸送機(jī)通常設(shè)置有預(yù)拉緊裝置來保證傳動(dòng)效率，因此可以借助拉力傳感器來監(jiān)測(cè)拉緊裝置的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生斷帶故障時(shí)，拉力下降，斷帶傳感器觸發(fā)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)斷帶監(jiān)測(cè)。

（2）懸垂度檢測(cè)法。在皮帶輸送機(jī)工作區(qū)域沿線設(shè)置多點(diǎn)垂懸度傳感器，用于檢測(cè)該點(diǎn)皮帶垂懸度，正常情況下皮帶是被拉緊狀態(tài)，垂懸度較低，當(dāng)發(fā)生斷帶時(shí)，垂懸度增加至超過設(shè)定值，傳感器發(fā)出斷帶信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)斷帶檢測(cè)。

（3）帶速檢測(cè)法。通過非接觸式速度傳感器檢測(cè)皮帶的運(yùn)行帶速，當(dāng)皮帶機(jī)出現(xiàn)斷帶故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致帶速降低，此時(shí)帶速與皮帶機(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)速度出現(xiàn)差值，通過比較器后發(fā)出斷帶信號(hào)。為防止突發(fā)事故，在皮帶輸送機(jī)上采用DDZ-80型帶式輸送機(jī)用斷帶保護(hù)裝置，當(dāng)皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)斷帶故障時(shí)，故障信號(hào)傳送到PLC，同時(shí)控制斷帶抓捕機(jī)構(gòu)動(dòng)作，及時(shí)控制事故損失。斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。圖2.7斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖一組左右對(duì)稱的敞開式凸輪壓帶方式構(gòu)成了抓捕皮帶的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體積小，緊湊實(shí)用。凸輪壓帶部分采用高分子復(fù)合材料一次注塑成型，擁有強(qiáng)度大、韌性好、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，保證與皮帶緊密接觸，防滑不損傷皮帶，夾緊力隨著皮帶位移的增大而逐漸增加。裝置沿線多點(diǎn)布置，使用速度傳感器檢測(cè)皮帶運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)皮帶異常時(shí)，所有斷帶抓捕裝置同時(shí)動(dòng)作，抓捕指令準(zhǔn)確無誤，動(dòng)作一致可靠。該產(chǎn)品還配備位置狀態(tài)傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置工作狀態(tài)。堆煤傳感器非接觸式堆料傳感器的工作原理是，傳感器持續(xù)發(fā)出超聲波信號(hào)，信號(hào)碰到目標(biāo)障礙物反射回傳感器，通過兩次的時(shí)間差來計(jì)算測(cè)量距離。當(dāng)皮帶機(jī)上出現(xiàn)堆料故障時(shí)，測(cè)量距離小于設(shè)定值，觸發(fā)故障報(bào)警信號(hào)，使皮帶輸送機(jī)停止工作，并將故障情況上報(bào)至PLC。典型商用型號(hào)如：GUE1.5堆煤傳感器，如圖2.8所示。圖2.8堆煤傳感器外形圖拉線急停開關(guān)急停拉線開關(guān)的作用是在某些特殊情況下立即停止膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行，方便工作人員進(jìn)行操作。它們分布在膠帶輸送機(jī)的行人側(cè)，每50米安裝一臺(tái)，以便于觀察和使用。所有的拉線開關(guān)都由鋼絲繩連接，松緊適度，垂度一致。試驗(yàn)方法是在正常運(yùn)行時(shí)拉緊鋼絲繩，以停止膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行并且關(guān)閉膠帶輸送機(jī)開關(guān)。圖2.8為急停拉線開關(guān)外形圖。圖2.8急停拉線開關(guān)外形2.3.3HMI人機(jī)界面經(jīng)過多年的實(shí)踐驗(yàn)證，以西門子PLC為核心的智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)在各行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。SIMATICHMI面板的精心開發(fā)，不僅展現(xiàn)出無與倫比的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和精湛制造精度，而且可以實(shí)施基于TIAPortal和SIMATICWinCC的自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)，極大的提升客戶的工程搭建效率。SIMATICHMI面板擁有著完全相同的硬件功能的所有規(guī)格，只需要根據(jù)用戶的應(yīng)用需求而選擇觸屏式或者按鍵式等不同的顯示屏規(guī)格便可實(shí)現(xiàn)正確的顯示結(jié)果。用戶可以根據(jù)直觀的用戶界面調(diào)用軟件來進(jìn)行靈活的應(yīng)用擴(kuò)展，無論是從小型解決方案開始，需要逐步進(jìn)行進(jìn)程變量操作等功能，還是為獲得由更多變量組成的完整控制系統(tǒng)，SIMATICHMI的這種靈活性永遠(yuǎn)可以滿足用戶的各種需求。此外，SIMATICHMI面板還采用了更加現(xiàn)代化的圖形界面，使得操作和監(jiān)測(cè)變得更加可視化、便捷，從而顯著提升了整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制效率。西門子S7系列PLC是目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的自動(dòng)化控制設(shè)備之一，其模塊化架構(gòu)和高性能處理能力贏得了客戶的信賴。在S7PLC的基礎(chǔ)上，西門子還開發(fā)了S7-1200系列，為小型自動(dòng)化任務(wù)提供了高效可靠的解決方案。S7-1200PLC是一款緊湊型控制器，具備多種通信接口和控制功能，可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的小型自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。同時(shí)，S7-1200還配備了與之配套的面板和觸控屏，方便用戶進(jìn)行操作和監(jiān)測(cè)。該系列PLC可采用TIAPortal集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行編程和組態(tài)，使得開發(fā)人員可以快速構(gòu)建高效穩(wěn)定的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通過S7-1200PLC，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的高度自動(dòng)化控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低成本。此外，S7-1200系列還具有出色的可靠性和實(shí)用性，適用于各種復(fù)雜環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景，滿足客戶不同需求的自動(dòng)化控制要求。西門子為用戶提供了完整的自動(dòng)化控制解決方案，并為其提供技術(shù)支持和售后服務(wù)，為客戶創(chuàng)造更大的價(jià)值。2.3.4PLC簡(jiǎn)述可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）簡(jiǎn)稱PLC，是一種廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域的運(yùn)算控制器，它使用一組存儲(chǔ)在內(nèi)存中的指令來控制機(jī)器和工廠自動(dòng)化過程中的設(shè)備。PLC可以處理輸入和輸出信號(hào)，執(zhí)行控制任務(wù)，并根據(jù)特定的程序來完成控制功能，也應(yīng)用于控制各種復(fù)雜的過程，從單純的\o"開關(guān)供應(yīng)商"開關(guān)控制到復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)。PLC通常由一個(gè)可編程的中央處理器（CPU）和多個(gè)輸入/輸出（I/O）模塊組成。PLC的CPU的主要功能是控制I/O模塊的運(yùn)行，I/O模塊的功能是接受外部設(shè)備的信號(hào)，以及在PLC的指令下發(fā)送控制信號(hào)。PLC的工作原理是通過PLC的CPU，用戶可以編寫程序來控制PLC的運(yùn)行。這些程序和程序?qū)?yīng)的I/O模塊之間建立起連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的控制。當(dāng)PLC接收到外部設(shè)備發(fā)出的信號(hào)時(shí)，CPU會(huì)讀取程序，根據(jù)程序的指令發(fā)出控制信號(hào)，從而控制外部設(shè)備的運(yùn)行。PLC基本結(jié)構(gòu)如圖2.9所示。圖2.9PLC基本結(jié)構(gòu)2.4本章小結(jié)簡(jiǎn)述了碼頭皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的大致工作流程，介紹本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)成、工作流程圖，進(jìn)行傳感器、控制器、皮帶機(jī)、觸摸屏等硬件的選型介紹，分別說明了所選器件的優(yōu)點(diǎn)。3單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1西門子s7-1200系列PLC簡(jiǎn)介SIMATICS7-1200小型可編程控制器充分滿足于中小型自動(dòng)化的系統(tǒng)需求，讓自動(dòng)化系統(tǒng)變得可實(shí)現(xiàn)、可靠和易用，便于大企業(yè)及中小企業(yè)的中小型自動(dòng)化應(yīng)用。S7-1200的研發(fā)過程中充分考慮了系統(tǒng)、控制器、人機(jī)界面和軟件的無縫整合和高效協(xié)調(diào)性的需求。它集成了PROFINET接口，使編程、調(diào)試過程以及控制器和人機(jī)界面的通信能夠完全利用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，且還可以非常好地升級(jí)現(xiàn)有PROFIBUS系統(tǒng)。S7-1200擁有優(yōu)良的性能、完善的功能整合與機(jī)械安全使用，此外其可靠性更是優(yōu)秀。因此，S7-1200非常適合各類生產(chǎn)企業(yè)的中小型自動(dòng)化系統(tǒng)。它不但具備運(yùn)行安全性和集成度高的特點(diǎn)，而且具有高可靠性，其低功耗也是理想之選，活用控制器的有效性增加了控制器的可用性。SIMATICS7-1200系統(tǒng)有5種不同的CPU型號(hào)：CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C。這些CPU不僅存儲(chǔ)控制程序，而且為增加數(shù)字或模擬I/O提供了一種機(jī)動(dòng)，而且不必改變控制器的體積。比如，CPU1212C可以連接2個(gè)信號(hào)模塊，而CPU1214C可以連接8個(gè)，以及最多3個(gè)通訊模塊。SIMATICS7-1200系統(tǒng)還確保它們有一些特性以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便的安裝即使在面板安裝中。比如所有S7-1200硬件都具有內(nèi)置的夾子，這些夾子可以支持在標(biāo)準(zhǔn)的35mmDIN導(dǎo)軌組件中安裝，另外每個(gè)CPU還帶有能夠伸縮至花孔層的安裝孔。此外，微小的寬度也使SIMATICS7-1200CPU能夠節(jié)省許多安裝空間，使其成為許多應(yīng)用程序的理想之選。3.2CPU選型經(jīng)過對(duì)皮帶機(jī)、傳感器等工作器件輸入輸出的大致估算，本設(shè)計(jì)中需要數(shù)字量輸入29點(diǎn)，數(shù)字量輸出16點(diǎn)，模擬量輸入通道6路，具體見下表3.1、3.2、3.3。表3.1模擬量輸入通道分配模擬量輸入通道數(shù)量皮帶機(jī)速度1*3滾筒溫度1*3總計(jì)6表3.2數(shù)字量輸入點(diǎn)分配數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)操作臺(tái)控制方式選擇2總啟動(dòng)按鈕1總停止按鈕1急停按鈕1皮帶跑偏開關(guān)2*3煙霧傳感器1*3斷帶傳感器1*3拉線急停開關(guān)1*3就地箱啟動(dòng)按鈕1*3就地箱停止按鈕1*3就地箱急停按鈕1*3總計(jì)29表3.3數(shù)字量輸出點(diǎn)分配數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)皮帶電機(jī)開1*3皮帶電機(jī)關(guān)1*3警鈴1狀態(tài)指示燈1*3就地故障指示燈1*3灑水裝置閥門1*3總計(jì)16在先前設(shè)計(jì)中輸入輸出點(diǎn)數(shù)量計(jì)算可能有誤差，為避免實(shí)際應(yīng)用過程中控制點(diǎn)數(shù)不足，通常應(yīng)在統(tǒng)計(jì)得出的總點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上增加15%裕量。綜上所述，在本設(shè)計(jì)中選擇西門子S7-1200系列中的CPU1214C，擁有100

KB

工作存儲(chǔ)器；24VDC

電源，板載

DI14

x

24VDC

漏型/源型，DQ10

x

24VDC

和

AI2；板載

6

個(gè)高速計(jì)數(shù)器和

4

路脈沖輸出；信號(hào)板擴(kuò)展板載

I/O；多達(dá)

3

個(gè)用于串行通信的通信模塊；多達(dá)

8

個(gè)用于

I/O

擴(kuò)展的信號(hào)模塊；0.04ms/1000

條指令；PROFINET

接口，用于編程、HMI

以及

PLC

間數(shù)據(jù)通信，滿足本設(shè)計(jì)的要求。3.3本章小結(jié)計(jì)算了本設(shè)計(jì)控制流程所需的CPU配置并進(jìn)行相應(yīng)的西門子S7-1200PLC選型。4單向皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1控制流程控制系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先檢查故障標(biāo)志位狀況，如果故障標(biāo)志位已被置位，說明上一次停機(jī)是緊急全線停機(jī)，啟動(dòng)時(shí)會(huì)選擇全線啟動(dòng)的方式。沒有故障標(biāo)志位時(shí)，選擇手動(dòng)/自動(dòng)控制模式，在有檢修、調(diào)試等需求的情況下應(yīng)選擇手動(dòng)控制，可以單臺(tái)控制皮帶機(jī)啟停。正常情況下自動(dòng)啟動(dòng)，皮帶輸送機(jī)由逆物料流方向依次延時(shí)啟動(dòng)，同時(shí)各保護(hù)傳感器開始工作，當(dāng)收到故障信號(hào)時(shí)，應(yīng)全線停機(jī)并發(fā)出故障警告信號(hào)，同時(shí)置位故障標(biāo)志位，以使下一次全線啟動(dòng)。若沒有出現(xiàn)急停狀況，則系統(tǒng)正常收到停機(jī)信號(hào)后，順物料流依次延時(shí)停止皮帶機(jī)。以上以為皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)一次完整的工作流程。4.2人機(jī)操作界面HMIHMI作為在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制中的重要設(shè)備之一，可用于操作人員與PLC之間的聯(lián)通。在本設(shè)計(jì)中，HMI在現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)置就地控制箱，在控制層設(shè)置觸摸屏控制臺(tái)，其中觸摸屏控制臺(tái)選用西門子精智系列面板?，F(xiàn)場(chǎng)控制箱主要用于監(jiān)視故障情況、控制啟停保護(hù)生產(chǎn)安全?？刂婆_(tái)用于控制模式的切換、監(jiān)視皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行工況，并對(duì)整個(gè)輸送系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，同時(shí)在手動(dòng)控制模式下可以通過按鈕單臺(tái)點(diǎn)動(dòng)控制皮帶機(jī)啟停。圖4.1、4.2分別為本設(shè)計(jì)中的操作臺(tái)和就地控制箱界面，使用博途軟件制作。圖4.1控制臺(tái)界面圖4.2就地控制箱4.3程序設(shè)計(jì)通過控制面板的兩個(gè)控制方式按鈕來選擇自動(dòng)或手動(dòng)控制模式，且兩種模式為互鎖關(guān)系，只能同時(shí)啟用一種模式。且出于安全起見，在有皮帶輸送機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)下不能更改控制模式。同時(shí)在觸摸面板上設(shè)置有對(duì)應(yīng)指示燈顯示當(dāng)前控制狀態(tài)。在集中自動(dòng)控制模式下，按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，經(jīng)過啟動(dòng)預(yù)警后各皮帶輸送機(jī)依次啟動(dòng)，以下是程序段功能介紹?？刂颇Ｊ竭x擇控制模式切換程序段如圖4.3所示，Q0.0、Q0.1、Q0.2分別為三臺(tái)皮帶輸送機(jī)輸出點(diǎn)，M0.3、M0.4分別為操作面板上的手動(dòng)模式按鈕和自動(dòng)模式按鈕，M0.1、M0.2為皮帶輸送機(jī)控制模式的標(biāo)志位。將三臺(tái)皮帶輸送機(jī)控制點(diǎn)設(shè)置為常閉觸點(diǎn)，即有皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)無法改變控制模式。在手動(dòng)控制模式的按鈕前串聯(lián)自動(dòng)控制模式按鈕的常閉觸點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)兩種控制模式互鎖的效果，從而用程序控制工作模式切換。需要補(bǔ)充的是，在博途仿真中I點(diǎn)通常用于PLC輸入點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中手動(dòng)模式按鈕等操作按鈕本應(yīng)屬于PLC輸入點(diǎn)信號(hào)，但由于在仿真中沒有實(shí)際的通道輸入信號(hào)，因此編輯I點(diǎn)的邏輯位需要強(qiáng)制修改，在調(diào)試中為了操作、監(jiān)控方便將I點(diǎn)全部用M點(diǎn)代替。圖4.3控制模式切換程序段（2）自動(dòng)控制方式下皮帶機(jī)啟動(dòng)皮帶機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)程序段如圖4.4所示，M0.0為故障標(biāo)志位，設(shè)置斷電保存功能，用于保留上一次停機(jī)狀態(tài)，M1.1為保持位用于保持線圈通電以接通定時(shí)器，Q0