膠帶輸送機是一種連續運輸設備，既可以運送散狀物料，也可以運送成件物品。它具有結構簡單、輸送量大、噪音小等特點。早期的膠帶輸送機的電氣控制大多采用繼電器、接觸器控制、手工操作的方式，存在勞動強度大、能耗嚴重、維護量大、可靠性低等缺點。隨著技術的進步，生產機械對電器自動控制提出了更高的要求，繼電器控制系統已難以適應生產過程的需求。為此，采用PLC技術控制膠帶輸送機是十分必要的。
可編程邏輯控制器(PLC)是以微處理器為基礎，綜合自動控制、計算機和通信技術發展起來的通用工業自動控制裝置，與其他工業控制裝置相比較，PLC有以下特點：①可靠性高，抗干擾能力強。②使用方便、通用性強、配置靈活、能滿足各種要求的控制系統，當生產工藝改變，控制要求發生變化時，只需改變控制程序。既：可以控制1臺生產機械，又可以控制一個生產過程。③容易掌握，編程較簡單。④體積小，易于裝入設備內部，是實現機電一體化的理想控制設備。⑤維修方便，PLC采用模塊化結構，使維修也極為方便。
金能公司原14井地面輸煤裝車自控系統中，要求在遠離輸煤走廊的主廠房控制室里對輸煤線的運輸設備進行控制，并實時監測設備的運行狀態。當時使用的是繼電控制系統，線路復雜，維修難度大，事故率高。輸煤系統中有4臺輸送機在整個控制系統中起著極為重要的作用，若其中1臺輸送機出現故障，后面輸送機就會出現堆煤壓車事故，影響煤炭外運。后來，在技改過程中，根據膠帶運輸的實際情況，選用PLC對原有的電控系統進行了自動化改造，實現輸煤設備的聯鎖控制以保證其可靠性，并針對此問題進行了硬件及軟件設計。其功能特點如下：系統設有自動／手動兩種控制方式。微機控制箱上有正常起車、正常停車、緊急停車、故障復位等按鈕。當系統發生故障時，只有排除故障后按下復位按鈕才能重新起車。本系統在投入運行后，整個系統安全可靠、穩定性高，能夠準確地完成控制操作，并且能對現場出現的各種突發事件及時做出響應。減少了維修量，保證了系統運行的可靠性，提高了工效，取得了良好的效果。本文將主要介紹PLC的控制應用。
2、膠帶輸送機集中控制系統的結構及工作過程
2.1膠帶輸送機的結構
膠帶輸送機由膠帶、驅動裝置、托輥、機架、張緊裝置、制動裝置、清掃器等零部件組成。原材料輸送機輸送示意圖如圖1所示。
2.2膠帶輸送機的電氣控制要求
設計目的和技術要求：
(1)輸送系統啟動時先啟動最后1臺皮帶機PD4，然后間隔15s，從后向前依次啟動各臺皮帶機。
（2）輸送系統停車時先停止最前面1臺皮帶機PD1，物料運送完畢后，以30s時間間隔依次從前向后停止各臺皮帶機。
(3)當某臺皮帶機發生故障時，該皮帶機和前面的皮帶機立即停車，而該皮帶機以后的皮帶機待物料運送完后停車。例如，當膠帶輸送機PD2發生故障，PD1、PD2立即停車，延時30s后PD3停車，再經過30s后，PD4停車。
2.3膠帶輸送機的總體方案確定
膠帶輸送機控制可采用PLC控制與繼電器控制兩種控制方法，兩種控制方法的特點如下：
(1)方式。繼電器的控制是采用硬件接線完成，采用的是“觸點控制”形式，利用繼電器觸點的串聯或并聯及延時繼電器的動作等組合完成控制邏輯，只能完成固定的邏輯控制。繼電器長時間使用觸點易損壞和產生接觸不良。因此，其可靠性與繼電器、接觸器觸點有關。而PLC組成的控制系統是以計算機芯片完成邏輯處理和數據處理功能，由專用軟件實現控制功能。其邏輯控制在內部實現，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，壽命長、可靠性高。
(2)速度。繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現控制，觸點的動作一般在幾十毫秒。另外，機械觸點還會出現抖動問題。PLC是由程序指令控制半導體電路來實現控制，速度快、嚴格同步、無抖動現象。
(3)限時控制。繼電器控制系統里的時間繼電器定時精度不高，易受環境影響，而PLC定時器時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高、調整方便、定時范圍大、定時時間不受環境影響。
通過對兩種控制方式的比較，PLC控制方式控制效果比較好，可實現膠帶輸送機的自動化；而采用繼電器控制方式，這種控制方式還停留在人工操作，效果也不明顯。為此采用PLC控制膠帶輸送機是一個很好的選擇。PLC控制方式又分集中控制和分散控制兩塊。集中控制就是1臺多個I/O點PLC控制多臺設備，實行的是一對多的控制方式；分散控制是多臺PLC，而每臺的PLC的I/O點相對來說就比較少，實現的是多對多的控制方式。在PLC出現以前，硬接線電路的RLC是邏輯、順序控制的唯一執行者，它結構簡單、價格低廉，一直被廣泛應用，而PLC出現后，幾乎在所有方面都超過了RLC。
3、控制系統的硬件電路設計
3.1 PLC選型及I/O表的分配
輸入信號：
啟動開關 需要1個輸入端
停車開關 需要1個輸入端
故障開關 需要4個輸入端
故障復位 需要1個輸入端
檢修控制 需要1個輸入端
現場控制 需要4個輸入端
以上共需12個輸入信號點，考慮到以后對系統的調整與擴充，需要留有備用點，確定共需14個輸入點。
輸出信號：
電動機 需要4個輸出端
故障報警燈 需要4個輸出端
以上共需8個輸入信號點，考慮到以后對系統的調整與擴充，留有15%~20%的備用點，共需要要10個輸出點。
根據膠帶輸送機系統的控制需求，在PLC的選型上，選用了德國SIEMENS公司的S7-200型PLC．S7-200PLC是一體化整體式PLC，具有結構緊湊、安裝簡單、擴展方便的特點。
基本CPU單元選用的是CPU224，主機的輸入輸出點數為24點，14點輸入，10點輸出；可擴展到168點數字量。
根據控制要求將輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制進行分配。I/O分配表如表l所示。
3.2PLC外圍電路的設計與電路圖
3.2.1 PLC外圍電路圖
SBl:啟動按扭(10.0)。SB2:停止按扭(10.1)。SB3-SB6:4臺輸送機相對應的故障信號。經SB3-SB6(10.2~ 10.5)輸入PLC處理輸出。當其中任何1臺輸送機發生故障，故障指示燈HL便開始報警。各種故障信號（過流、斷相、短路、過載）均可由這4個輸入端輸入。SB7:復位按鈕，SA-1:檢修轉換開關，SB8-SB11:現場控制按鈕。
3.2.2硬件電路主電路圖及說明
在圖3所示中，接觸器KM1控制電機Ml、接觸器KM2控制電機M2、接觸器KM3控制M3、接觸器KM4控制M4。在主電路中，每1臺輸送機，都可由對
應的低壓電器來切斷電路，進行保護。刀開關QF起電源隔離作用。熔斷器FU作為電路短路保護。熱繼電器FR對電機提供過載保護。
3.3 電路的接線要求
在硬件電路圖的基礎上（見圖2、圖3），對相關的控制接線做具體要求：
(1)采用“遠程集中”控制，完全由PLC按照工藝要求來啟動生產線上各臺設備。
(2)電動機容量小于lOkW或其容量不超過電源變壓器容量15%。20%，可實行直接啟動。
(3)交流接觸器的容量根據電機功率來選取，所有接觸器線圈電壓均為AC220V。
(4)所有電機都配有相應的低壓電器保護；具有短路、過載、過電流、斷相等保護功能。
(5)電控系統采用三相四線制供電系統。
4、控制系統的軟件設計
4.1軟件設計
在繼電器控制線路中，為達到某種控制功能，又要安全可靠，還要節約使用繼電器觸點，設置了許多制約關系的互鎖電路，而PLC是采用串行掃描工作方式不存在幾個支路并列工作的因素，互鎖條件也可在軟件編程中編制進去，根據加工工藝要求和工序需要，同時考慮設備的可靠性、故障保護與報警狀態顯示的要求，以及實現系統各設備協調工作，用梯形圖語言編制整個控制程序。此PLC控制系統在集控方式下，系統可實現啟動、停車，并能顯示相對應的故障設備。在設備檢修狀態時，可由現場的操控箱進行現場就地控制。
4.2程序流程圖與梯形圖及說明
上電后PLC初始化，當按下啟動按扭，膠帶輸送機PD4先啟動，然后每隔15s啟動膠帶輸送機PD3、PD2、PD1。物料運送完畢需要停車時，只需按下停車按扭SB2(10.1)，第一臺輸送機PD1立即停止工作，以免繼續送料，然后以每間隔30s時間停止PD2、PD3、PD4輸送機。當某臺設備出現故障時或在設備巡檢時發現隱患，按下故障按扭，這臺輸送機以及之前的輸送機馬上停止工作，再通過30s定時器停止后面的輸送機。系統動作過程的流程圖如圖4所示。
根據控制要求及流程圖，做出梯形圖并編寫出語句指令表，梯形圖如圖5所示，在程序中，QO.O、QO.1、Q0.2、Q0.3控制電機M4、M3、M2、Ml;Ql.0、Ql.l、Q1.2、Q1.3為故障報警輸出。每個電動機啟動的時間用定時器控制。當按下啟動按扭SBl(10.0)時，使線圈KM4通電，使KM4主電路通電，接觸器閉合，PD4電機M4啟動，以15s間隔依次控制（由定時器T37、T38、T39控制）KM3、KM2、KM1線圈通電，主電路閉合，相應的電動機開始工作。接下來是停車過程，按下停車按扭SB2(IO．1)，使PD1電機Ml電機停止，然后每隔30s按M2、M3、M4順序停止。通過低壓電器的保護（短路、過載，過電流等）切斷電路，保證安全。在出現故障時是用手動來控制的。當M2電機發生故障時，可按下SB3(10.3)按扭，M2與Ml電機立即停止，然后通過T41的定時30s，切斷M3；通過T403定時30s，切斷M4。
在按下啟動按鈕SB1，最后1臺輸送機PD4開始起動，在通過定時15s后，依次起動PD3、PD2、PD1膠帶輸送機。停車時應先停止最前面的皮帶機PD1，停車按鈕為SB2，按下此按鈕PD1電機停止，在通過程序的控制依次使PD2、PD3、PD4皮帶機停止，這就是在正常情況的啟動與停止控制。在有故障的情況下，按下對應的皮帶機的故障按鈕就能使電機停止并及時報警，同時定時器開始定時，一段時間后全部的電機停止工作。另外還有故障報警，提醒有關人員注意。
當設備需要檢修時，將檢修開關置于檢修位置，此時開關將啟動按鈕與PLC的輸入端IO.O斷開，通過內部繼電器將檢修按鈕接通，這時，電機的運轉將由現場的控制按鈕進行點動控制。
5、系統調試
盡管PLC的程序經過人工檢查和模擬調試，但是很多現場因素無法預料。必須通過PLC和現場控制臺控制電機的啟動、切換和停止，發現錯誤后立即停止調試進行修正。調試的目的就是使電機能夠按照設計的步驟進行，并且能夠對各種意外情況進行處理。
系統調試將手動與自動操作控制獨立分開，自動操作控制首先保證單機程序調試成功后，再轉入連續控制，最后連接整個系統試運行。由于PLC可靈活、方便的通過變成來控制過程，使調試變得更簡單。該系統經過一段時間運行表明，系統陛能可靠，自動化程度高，完全能夠滿足生產工藝要求，它不僅提高了生產效率，而且減輕了勞動強度，改善了工作環境。
通過對本系統的設計和調試，對于邏輯控制，如果采用常規的儀表和繼電控制，不僅系統繁瑣、調試困難，故障概率大，而對以后的維護也帶來困難。用PLC控制不僅能解決以上問題，還具有幾大特點：①控制條理清楚，接線簡單明了。②用軟件代替傳統的繼電控制，減少了設計困難，減少了系統故障。③模塊化程序設計，便于調試，便于功能的改進。④編程圖形化，使之一目了然。
6、結論
現代化礦井對設備的要求越來越高，設備需要不斷更新、不斷進步，可靠性、易操作性、可監視性、易維護等特性是對設備最基本的要求。用繼電器搭成的控制電路具有可靠性差、不易維護、不易監視，已不能適應當前的要求。現在迫切需要可靠性高、易維護、易操作、可監視并且價格不高的控制器來代替繼電器搭成的電路。目前，電子技術、軟件技術、控制技術飛速發展．可編程控制器(PLC)發展迅猛，性能牢靠，價格較為合理，與繼電器控制電路比具有非常大的優勢。因此，選用PLC來代替繼電器、接觸器控制是礦井發展的必然趨勢。
相關輸送機產品：
1、皮帶輸送機
2、刮板輸送機
3、斗式提升機
