白山市西门子PLC代理商

1前言

在工业应用领域，大部分机械设备都采用先进、实用的控制产品对生产过程进行控制，以提高设备运行的可靠性和生产效率。但是，在农业应用领域，由于农机设备运行环境恶劣、操作人员技术水平偏低，绝大部分机械设备没有采用先进的控制产品，而是采用传统的手工操作和继电器控制。

中国是个农业大国，农机设备遍布大江南北。把性能稳定、质量可靠、功能强大的控制产品应用到市场巨大的农机设备中，对提高我国农业的自动化水平和农机企业的市场竞争力将会产生十分积极的影响。

本文介绍了和利时公司新一代小型一体化PLC在农用液压打包机上的应用，该应用在提高农机设备自动化方面取得了很好效果，具有很好的推广价值。

2系统概述

山东某液压机械制造有限公司是国内液压打包机械的龙头企业，其生产的液压打包机行销海内外，得到用户的普遍好评。液压打包机广泛应用于棉纤维、亚麻、羊毛、纸边、服装、布匹、毛巾、麦草等松散物资的打包，为农用物质的仓储和运输提供了极大的方便。由于液压打包机一般应用在环境恶劣的室外或污染严重的生产现场，故对控制产品提出了较高要求。以前曾有自动化公司采用某国外品牌PLC对液压打包机的电气控制部分进行改造，但应用效果欠佳。我们对机器运行环境进行了现场考察和反复研究，充分考虑到了现场环境的恶劣性，在可靠性、稳定性等方面做了大量工作，提出了基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统。实际运行效果表明，该控制方案达到了预期效果，大大提高了设备的自动化水平。

液压打包机控制系统由核心控制单元PLC和用于操作的人机界面组成，核心控制单元应用和利时公司的G3系列小型一体化PLC，人机界面采用深圳人机电子有限公司的新一代文本显示器MD204L。PLC包括1块24点CPU模块LM3107和1块8路继电器输出模块LM3222，输入、输出信号。

3系统功能

采用PLC控制的液压打包机可以实现自动脱包、自动提箱、自动转体、自动踩棉等功能，并能对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。为提高电气控制系统的可靠性，根据客户的实际需求，将经常出现故障的所有可以替换的开关按钮全部转移到人机界面上，包括油泵的启动/停止、踩箱的启动/停止、油缸的上升/下降/停止、提箱、开门、关门等操作按钮。另外，时间继电器的时间也在人机界面上设定，包括油泵电机启动延时继电器、踩箱电机避起延时继电器、踩箱电机断电延时继电器和油缸上升缓冲延时继电器。

液压打包机的控制部分包括油泵电机控制回路、踩箱电机控制回路、升降控制回路、提箱控制回路、预缷控制回路和开关门控制回路等，下面对各控制回路分别进行介绍。

油泵电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“泵起”油泵电机的启动按钮，主接触器C1和Y接触器C2接通，同时油泵电机启动延时继电器，通过读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到则Y接触器C2断开，同时△接触器C3接通，PLC的C2与C3两点互锁。按下“泵停”油泵电机的停止按钮，油泵电机正常停机。当电机发生过载或是有堵转情况发生时，主油泵热保护继电器RJ开关闭合，通过PLC程序控制主接触器C1立即断开，处于保护状态。故障排除后，重新启动、重新开机。当油缸超过上限或下限时，HC1和HC2都要在PLC程序控制中加以保护。通过设定油泵电机启动延时继电器的值可以任意改变Y—Δ启动转换的时间，保证转换状态。加上多重互锁和自锁，完成油泵电机的正常启动和运转，同时有指示灯显示电机的运转状态。

踩箱电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“踩起”踩箱电机的启动按钮，踩箱过程开始，踩箱指示灯点亮，踩箱电机接触器C4接通，同时踩箱电机避起延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，触发PLC内部中间继电器，踩箱结束，蜂鸣器H接通告知，同时踩箱电机断电延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，循环结束，踩箱电机与蜂鸣器H停止复位。按下“踩停”踩箱电机的停止按钮，所有的时间继电器及中间继电器均复位，踩箱电机停止。我们可以对精度高达1ms的踩箱电机避起延时继电器和踩箱电机断电延时继电器任意调整，根据不同的工作状况选取不同值，极大地方便了用户操作，显著提高了生产效率。

上升、下降控制回路：上升与下降是两个相反的控制过程，由程序设计为互锁，以保证动作统一、安全。通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“上升”或“下降”按钮，箱体按程序动作，开始上升或下降，达到工艺要求。

提箱控制回路：系统提箱的控制必须保证在上升结束后进行，通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“提箱”按钮，提箱开始，当达到箱体上限位时，即为提箱结束。

卸控制回路：按照工艺要求，预卸控制必须是在上升或提箱时间段以前进行。预卸全过程完全由PLC程序自动进行，油缸上升时即为预卸工序开始。读取文本显示器上的油缸上升缓冲延时继电器的时间设定值，同时开始计时，时间到预卸结束。

开门、关门控制回路：开门和关门是两个相反的控制过程，分别由文本显示器上的“开门”和“关门”操作按钮控制，内部中间继电器ZJ6和ZJ7互锁，分别完成开门和关门动作。

4结束语

该控制系统已经成功应用在农用液压打包机上，降低了操作人员的工作强度，提高了设备运行效率和安全性，降低了能源消耗，提高了产品质量。从液压打包机在现场的运行情况来看，和利时的小型一体化PLC质量可靠、运行稳定、运行效果良好，能适应农机现场的恶劣环境，在提高农机设备自动化方面取得了很好效果，具有很好的推广价值。

本系统以三菱FX2N系列PLC为主控制器，根据矿井现场中提升机工作要求，进行提升机打点信号系统的设计。系统具有打点信号数字及汉字同步显示、记忆功能，语音通讯功能及适应生产的控制信号安全闭锁功能，这大大增强了系统的智能化程度和安全性。本系统已初步试用，结果表明：系统运行可靠、性能稳定，符合煤矿安全生产的需要。本文重点介绍系统构成及功能。

早期矿井提升机打点信号系统控制以集成电路或单片机居多，与PLC可编程控制器相比，前者维护、使用比较复杂，故障率较高，性能不稳定，容易发生误动作。本系统以PLC控制器为核心，采用LED屏同步模拟显示，可进行现场编程，很容易解决生产中出现的各种问题，误动作率低，操作简单，极大的提高了系统的适应性。

1 系统组成

本系统控制主要分为3大部分：绞车房、上井口、下井口。三部分控制器均采用三菱公司FX2N系列PLC。

1.1 主要部分基本配置

1)绞车房

绞车房基本配置：48点晶体管型PLC、继电器扩展模块、控制按钮、语音通讯模块、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、普通电源等。

2)上井口

上井口车场基本配置：32点继电器型PLC、语音通讯模块、控制按钮、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、防爆型电源等。

3)下井口

下井口车场基本配置32点继电器型PLC、语音通讯模块、控制按钮、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、防爆型电源等。

1.2 PLC之间的通讯

1)3个PLC之间的信息交流都是通过MODBUS 485通讯方式来完成。例如井底发出开车信号后，通过485通讯先由井口接收到，井口确认井底信号后，发出与井底相同信号，在确认两个信号相同后，才能通过485通讯将开车信号送到车房。停车、急停、检修、水平信号都可以直接发往绞车房。

2)通讯电缆可选用5芯阻燃式铠装控制电缆

1.3 打点信号数码管显示模块

绞车房、上下井口车场打点信号数字显示均采用74LS247驱动共阳极数码管。大小分别为车房内为5寸数码管、上下井口车场内为3寸数码管。其中1号数码管点亮时发红光用于显示当前打点信号;2号数码管点亮时发蓝光用于显示存储提升打点信号。

1.4 语音通讯模块

模块中送话器采用双线驻极体话筒;喇叭采用型号为YH5—8A简扬声器;打点音响频率为1 000 Hz左右。

2 系统功能

2.1 绞车房显示功能

1)提升打点信号数码显示：1点-停车、2点-快上、3点-快下、4点-慢上、5点-慢下;

2)提升类别汉字显示：“检”、“急”、“快上”、“快下”、“慢上”、“慢下”、 “一水平”、“二水平”;

3)提升信号调用显示功能：能对近10次提升信号进行存储并循环调用显示;

4)显示信号回路接通功能。

2.2 上、下井口车场显示功能

1)提升类别汉字显示：“检”、“急”、“快上”、“快下”、“慢上”、“慢下”、 “一水平”、“二水平”;

2)下井口发来的提升信号的数码显示;

3)本位发出的提升信号数码显示。

2.3 绞车房控制功能

1)无论是上井口还是下井口发出的“急停”信号，直接送车房显示“急”。且有喇叭长鸣报警，同时闭锁其它信号;

2)无论是上井口还是下井口发出的“停车”信号，直接送到车房显示“1”且有喇叭一声响;

3)无论是上井口还是下井口发出的“检修”信号，直接送到车房显示“检”，闭锁其它信号;。

4)由上井口车场发出“一水平”、“二水平”信号后，在车房内显示“一水平”、“二水平”;

5)必须在上井口与下井口车场发出相同的打点信号时才能显示在车房控制箱上，并伴有相应数字音响，否则无输出信号;

6)若打点信号“2、3、4、5”未送到车房，绞车房不能开车(车房有一个继电器串入安全回路)。

2.4 上、下井口车场控制功能

1)上井口车场PLC负责与下井口车场和车房信号联络。

当井底做好开车准备时，下井口发出开车信号输送到上井口，告之已具备开车条件。同时也送入到绞车房，参与车房信号逻辑控制;当然上井口也可向下井口发出询问信号进行要“点”，说明井口可以准备开车;

2)下井口车场发出的打点信号在上井口车场显示，且上、下井口车场发出的打点信号相同时才能输出到绞车房;

3)“急停、停车、检修”按钮按下时全线都显示;

4)上井口发出水平信号，各个水平信号之间相互互锁，如： “一水平信号”发出后只能执行“一水平”信号的控制，全线显示“一水平”。

2.5 闭锁功能

1)信号与绞车控制回路闭锁：只有绞车房接到上井口发来的提升信号，绞车房可开车;

2)信号与安全回路闭锁：当绞车房收到上、下井口信号发来的“急停”信号，绞车安全回路跳闸;

3)信号有转发闭锁：上井口只有受到下井口发来的信号时，才能向车房发出信号，并只能转发与下井口相同的信号[5];

4)开车信号闭锁：当发出信号后，只有清除当前信号后，才能发出其它信号;

5)上、下井口车场发出的“停车”信号可直接发往绞车房，不受信号本身闭锁的限制;

6)上、下井口车场发出的“急停”信号可直接发往绞车房，不受其他任何信号的限制;

7)上、下井口车场发出“急停”信号后，其它信号均不能再发出，包括开车信号和检修信号;

8)检修信号发出后，开车信号不能发出;

9)在语音通讯功能中，下井口只对上井口，上井口既与下井口也可与车房进行通讯，但车房只可与上井口进行通讯。

3 结束语

系统中上、下井口车场、绞车房控制器采用三菱公司的FX2N系列PLC，它们之间运用MODBUS 485通讯方式，大大提高了信号的传输距离，符合井下通讯需要。而且通讯电缆选用5芯阻燃式铠装控制电缆，简化了PLC的外围电路，减小了故障点，降低维护难度，同时也节约成本。提升机打点信号显示采用数字及汉字同步显示，这方便工作人员进行判断信号，避免因疏忽造成误动作。同时打点信号显示中还增加了存储功能，工作人员可以调用显示近10次的信号操作，便于故障查询。本系统设计具有强大的信号控制和闭锁功能，满足矿井提升机工作系统的安全需要。系统试用以来结果表明：系统运行可靠、性能稳定，为煤矿安全生产奠定了坚实的基础。同时在运行中发现，矿井提升机工作系统还存在一个重要数据——提升机提升钩数，它是反映矿井中工作人员单班提升量的重要数据。为了更科学的适应矿井生产，今后打点信号显示中可以增加提升钩数显示功能。