为了提高皮带输送机的高效性，提出了一种以西门子 S7 - 400 PLC 可编程控制器为核心、通过S120变频器进行控制的皮带输送机自动控制方案，该方案可实现皮带输送机速度的自动调节，提高了皮带输送机的可靠性，解决了皮带输送机自动控制的难题，具有多档调节，速度控制、防断带和打滑功能，为皮带输送机智能化发展提供了一个新的思路。

1  概  述

皮带输送机（简称皮带机）是以电动机为动力源，以皮带为载体，通过物料与皮带的静摩擦力可长距离连续运送的运输设备，它由皮带、钢制支架、皮带辊、驱动机构、张紧装置组成，由于其输送量大，运送距离长、便于装卸、维护方便、投入成本低等特点，因此广泛用于煤矿生产运输工作中。皮带输送机根据其载重能力可分为轻型、通用型和钢丝绳芯皮带机，其中钢丝绳芯皮带机适用于运送质量较大的载荷。按其工作特点分为固定式、移动式和可伸缩式。固定式用于长时间固定地点的物料输送，其他两种均为可机动性装置，适用于临时输送物料或可变工况输送物料。按皮带结构特点可分为平板型、绳牵引型、U 型、花纹皮带型，其中平板型用于水平运送物料，绳牵引型用于运送质量较重的物料，U 型皮带输送机则增加了截面面积，加大了运输量，花纹皮带输送机通过在皮带增加花纹，增加了皮带与物料的静摩擦力，适用于坡度较大的工作场所。

2  皮带输送机的特点

由于国外工业起步较早，煤炭行业已进入成熟稳步发展阶段，皮带输送机技术主要向多功能、专业化、高可靠性特点发展。近年来，研制出了适用于大坡度的皮带机，可用于弯道的皮带机及管形皮带机。在技术参数上（表1）有以下特点：

（1）运量大，功率高。为满足现代矿井的生产需求，皮带输送机向着高功率，大运量方向发展。

（2）采用了计算机技术、机电一体化技术、网络技术等多类学科，使皮带输送机的工况状态可通过远程实时监控。

（3）采用了软启动方式，增加了皮带机皮带的使用寿命，减少了维护工作量。

（4）采用了多点电机驱动模式及功率平衡技术，解决了皮带机运输距离的难题，提高了过弯道的安全性。

（5）配套部件高可靠性、高技术含量。如采用高强托辊、皮带机机尾自动转移装置，降低了维护成本，减少了人员配置。

                 表1 国外皮带机的技术特性

二十世纪七十年代，我国主要是引进前苏联皮带输送机，八十年代，技术人员通过对前苏联的皮带机进行仿制及功能延伸，开发出了多种产品，但是在皮带机机体结构方面未进行大的改动；九十年代，随着煤矿行业不断的发展，经过国内设备生产厂商的不断努力，皮带机的性能得到了很大的改善，见表 2。

                   表2 国外皮带机的技术特性

通过国内、外产品技术参数比对，可看到经过近年来不断的发展，国内的皮带输送机在技术性能已不逊色于国外同类产品，但从实际应用情况来看，在产品可靠性及自动化控制、多功能性方面还有不少差距。本文则介绍了皮带输送机自动化控制的一个设计方案。

3  皮带输送机的自动化控制设计

皮带输送机主要结构（图 1），它的两端有 3和7两个滚筒，其中3为驱动滚筒，其动力源为驱动电动机，通过减速器调整到规定速率转动，4和11 为托辊，其工作流程是加料装置将煤、矸石等物料加到皮带5上，通过驱动滚筒 3 的拖动作用，依靠物料与皮带的静摩擦力，在4和11托辊的托动下，皮带将物料运送到出料口，完成运输过程。

 1—前机架；2—出料口；3—驱动滚筒；4—上托辊；5—皮带；

6—进料口；7—被动滚筒；8—固定装置；9—后机架；

10—支架；11—下托辊

          图1 皮带输送机结构

目前，皮带输送机的控制方案主要有继电器控制、单片机控制和 PLC 可编程控制器控制，其工作原理及优缺点见表3。

               表3 自动控制方案及优缺点

通过比较可看出，基于PLC可编程控制器的控制方案有很大的优势，不仅有较高的可靠性，而且可通过程序的改进及扩展接口完成多项任务，在后期维护方面也减少了技术人员的工作量。

本方案便是以PLC可编程控制器为核心，对皮带输送机进行了自动控制设计。该控制系统硬件部分主要由PLC、变频器、光电传感器组成。

PLC可编程控制器选择了西门子公司生产的S7-400 系列产品，该产品在国内占有率名列前茅，其执行效率高，主要由机架、供电模块、输入/输出模块、CPU等组成。其随机存储器容量大，最大可扩展至64MB；输入/输出端口扩展能力强，可增加20多个机架，最多可有26000个数字量输入/输出点，和16000多个模拟量输入/输出点；支持MPI（信息传递接口）通信协议，可组建多个简单网络，适用于对通信速率、数据量要求不高的控制系统；其处理器支持PROFIBUS-DP通信协议，波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s；支持人机界面互动功能，可通过输入参数或命令实现人机互动。

为了保证PLC可编程控制器和变频器的匹配性，变频器同样选择了西门子的S120变频器（图2），该变频器采用模块化设计，具有强大编程功能，每个单元可进行4路矢量控制，减少了与上位机的信息交换环节，可实现电动机与编码器的可靠性通信，对皮带速度、加速度信号进行有效控制。其工作原理主要是将输入的工频电压信号通过整流变成直流电压信号，滤去杂波及干扰信号，再将直流电压信号转换为所需要频率的交流电压信号来达到控制交流电动机目的。采用变频器进行调速控制器效率较高，调速区间大，可用于微量控制，但相对来说，其技术复杂，维护较复杂。

                                 图2 变频器控制框图

光电传感器主要用于对皮带速度的检测，由发送器、接收器和检测电路组成。它通过采集皮带速度的变化转换为光信号，再由光电元件将光信号转换为电信号并传输至上位机。采用光电检测具有反应速度快，准确度高、非接触的特点。

该系统实现了以下几个功能：

（1）根据需要可通过程序设定多档速度以适应不同的工况。

（2）设定了变频器频率的调整范围，也就是限制了皮带机的传输速度范围，达到了保护电动机的功能。

（3）通过程序控制变频器调节速度的快慢，以防止皮带的断裂和打滑。

4         结 语

通过对皮带机自动化控制的研究，引入了西门子公司生产的S7-400可编程控制器和S120变频器，通过光电传感器接收皮带信号，实现了自动确认物料在皮带上运行，并根据工况自动调节运行速度，防止了皮带打滑和断裂的发生，保证了皮带输送机安全、可靠的运行。