基于PLC带式输送机监控系统的研究

【摘 要】带式输送系统由于其可以实现连续运输的特点，提高了许多物料运输场合的运输效率，受到了广泛的好评和肯定。本研究着眼于带式输送机的自适应控制系统，将PLC技术融入到带式输送机的监控系统当中，并分析和建立了动力系统的数学模型，对提高物料输送领域的自动化程度起到了一定的积极作用。

【关键词】PLC；带式输送机；动力系统

1 带式输送机工作特点

作为一种技术已经较为成熟的传输设备，带式输送机得到了广泛的肯定和关注，其连续运输的特点使得该设备无论是从传输效率上比较还是从传输成本上比较都具有明显的优势，尤其适合在大型港口、矿山或冶金企业等场合使用。带式输送机可灵活组合，生成长短不一的物料运输带，目前几十米到数公里的带式输送机都很常见，最远甚至可以达到十几公里。在连续工作状态下，其运力是非常可观的，同其他传输方式相比，虽然在初期需要花费一定代价来进行设备的搭建，但从整体来看，其运输性价比远远超过其他方式。带式输送机最大的特点就是连续运输，对皮带运输过程进行监控显得尤为重要。

带式输送机的驱动装置由单个或多个驱动滚筒驱动，驱动电机可采用单个电机或多电机联合驱动。一般驱动装置包括电动机、液力耦合器、减速机、制动器等。耦合器的作用是改善带式输送机的启动性能。制动器和逆止器是为了防止当带式输送机停机时皮带向下滑动。

2 控制系统硬件结构及系统实现

2.1 系统整体结构

系统整体结构框图如图1 所示。

根据上图可以看出，该系统采用PLC与工控机组成两级计算机控制系统。工控机对传送系统进行实时监控、记录、查询等操作。

根据物料运输监控的需求，必须保证系统的实时性，这就要求各个环节之间的通信必须处在一个速率较高的水平之上，一方面PLC将采集到的数据进行分析计算，将结果输出至触摸屏或对工控机发出控制指令；另一方面工控机和触摸屏的控制指令和反馈信号也必须及时传输至PLC，因此系统需要解决的首要问题就是信号传输的效率问题。

2.2 触摸屏、工控机和PLC 三者的通讯

可编程控制器（PLC）具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令等特点，在开关量控制方面具有很强的优势，在工业生产中得到广泛的应用和肯定。但是PLC的动态显示功能较弱，所以本设计将PC机、触摸屏与可编程控制器组合起来，充分利用PC机和触摸屏强大的人机接口功能、丰富的应用软件和低廉的价格来实现共同管理。

本设计采用串行通信的方式来进行数据传输，串行通讯的本质是将控制信号和数据信号逐位传输，由于需要实现全双工通信，及控制台和被控设备之间需要同时发送和接受信号，因此必须采用多线路传输模式，以减少相互之间的干扰，本设计采用两根数据线和一根控制线来完成数据采集和控制指令传输的任务，同时上位机与读写器之间采用RS-485接口实现“点对多”通信。

3 动力系统建模

3.1 变频器模型

变频器带动同步电机构成调速系统，结构简单，过载能力大，转动惯量小，适于对静、动态性能要求较高的皮带输送机控制。简化后的变频器传递函数：整流器部分输入电压的幅值不变，即： =

（1）

其中 是整流器输入电压； 是整流器输出电压，在中间电路经R- C 滤波，电压由 变为 ，经拉氏变换，由频域电路可推导出下式：

由式

（3）可见，变频器的传递函数是一个一阶惯性环节。

3.2 电机模型

永磁同步电动机过载能力大，转矩脉动小，效率高。在建立同步机的数学模型时.可忽略一些次要的量，假设如下：

（1）定子绕组空间对称分布，气隙磁动势和磁通的基波在空间正弦分布，忽略磁场高次谐波、磁饱和、铁损耗及温度对参数变化的影响。

（2）因为阻尼绕组的导条和转子的磁路均对称于转子轴线，所以同时也可根据双反应理论，把它等效为直轴阻尼绕组 和交轴阻尼绕组 。

3.3 电流和转矩

在定、转子绕组中，电流会产生相对应的定、转子磁动势，两磁动势相互作用，得电磁转矩表达式如下：

式中： 为比例系数，和电机的参数有关； 为定转子磁动势的幅值。

分析上式可以得出，电机电磁转矩和定、转子磁动势的幅值以及这两个磁动势间的夹角的正弦成正比。产生稳定的电磁转矩的条件是定转子两个磁动势在稳态时需相互静止。因此，当同步电机正常运行时，则

忽略电枢反应的去磁作用及磁路饱和，则转矩方程可写为

（8）

式中：Cm 为转矩系数；Φm 为磁通量。可近似认为转矩和电流的归算值成正比。

3.4 转矩和转速

由拖动系统基本运动方程进行拉氏变换后得：

n=J×[1/S（Td- T1）]

J=375/GD2

（9）

电机转速变换为实际皮带运输速度，则有：

式中： 为辊轴半径，m，v 为皮带速度。

以上推导可得出同步电机是一个二阶环节。但同步电机模型并非是完全固定的，它的传递函数与

具体的工作要求有关。

5 结语

本文所设计的基于PLC的带式输送机监控系统实现了对带式输送机运行过程和状态的监控， PLC控制系统有效地完成多台电机的同时启动和同步控制， 有效地提高了系统的自动化水平。系统安装维护方便，运行稳定、可靠，有推广使用的价值。

参考文献：

[2]陈松立.控制电器与控制系统[M] .徐州：中国矿业大学出版社， 2006.