范世杰
青岛市技师学院 ，山东省 青岛市 266000
摘要：针对基于继电接触器、人工手动料位和卸料小车定点控制精准度低，而导致卸料控制效果差的问题，提出了基于PLC的对筛分栈桥自动卸料控制系统设计。根据系统结构，设计与改造卸料小车驱动方式、卸料小车定位系统、落料点区域物料检测系统和卸料小车牵引机构，通过PLC中央处理器控制卸料小车，完成自动卸料动作。使用二维模糊控制器重新编程，计算料位高度偏差和料位高度偏差变化率，以PLC为核心，采集传感器数据，利用HMI远程控制现场执行，并设计卸车远程监控流程，及时记录小车运行轨迹，控制小车定点。由系统测试结果可知，该系统料位控制误差为0.00，与定位点最大距离误差0.01m，具有良好控制效果。
关键词：PLC；自动卸料；卸料小车；控制
1基于PLC的对筛分栈桥自动卸料控制系统设计
1.1PLC部分
PLC部分主要是由CPU中央处理器、通信模块、I/O模块、数字输入模块、数字输出模块组成。输入输出模块采集传感器各种参数，经CPU计算输出控制信号，驱动执行机构实现对被控对象控制。选择西门子S7系列315-2PN/DP型CPU，内部集成通信模块，主要完成上位机和下位机的直接通信。
1.2WINCC上位机部分
WINCC上位机部分主要为人机交互界面，能实时显示下位机(PLC)传送信号，存档历史值，并输出趋势图，通过授权进行远程网络发布，并将数据输出给打印机打印。通过主机屏幕将命令输出到下位机，输出指令包括自动分配选择、物料进入料仓、车辆运行路径等，通过这些命令控制自动卸料控制系统。
1.3卸料小车部分
（1）卸料小车驱动方式设计与改造
原有有轨电车行走传动方式改为绞车拖拉传动，减少了牵引轮与有轨电车车轮之间的摩擦，同时也减少了克服摩擦力对行车的影响。从而弥补了原小车系统的不足，使系统能够在各种环境条件下稳定、高效地运行，保证了正常生产。卸载小车结构示意图如图1所示。
图1卸料小车结构简图
1.车架总成2.排料漏斗3.滚筒4.传动装置总成5.压带轮6.车辊
由图1可知，拆下驱动减速机、减速器及原车2套相关配件，拆下驱动装置后对车体进行全面检查保养，检查车轮，更换车轮轴承及易损件。在车体前后使用150#工字作为牵引梁主要形式，焊接在机身上，吊绳钩安装在梁重心上，与吊绳钩连接。添加新的物料计，在物料计法兰安装尺寸的基础上，为物料计安装口预留（有间隙调整），用于物料计的安装。添加定点检测光电开关安装配件，将光电开关安装板分别安装在车体前后两侧，通过间隙调整来固定光电开关检测位置，修复轨道水平应力和变形位置，并对调整进行重新校准。
（2）卸料车定位系统的设计与改造
车体内安装光电非接触式测量接近开关，车体内前、后和1/3位置处沿车辆行驶方向安装可调光电开关。根据生产需要，在轨边安装光电开关，安装检验工具箱。在车辆行驶过程中，当光电开关接近检测包时，光电开关就会向PLC发出1个遥控数字信号，它能检测当前卸料小车行驶距离，由此控制卸料小车运行。其布局如图2所示。
图2光电开关布置图
1、2、4光电开关3挡车门
由图2可知，设光电开关1和2之间距离为L1，该距离比卸料小车距离小。当2个开关距离为L1时，距离过短，导致卸料小车定位精准度低，各个干扰项对系统控制效果造成较大影响。因此，设置光电开关1和2之间距离为2L1。光电开关2到挡车门之间距离为L2，该距离主要是由系统延时、小车启动时间和车门打开时间所决定的。光电开关3到挡车门之间距离为L3，该数值与L2数值一致。
（3）冲裁点面料检测系统设计与改造
非接触式雷达检测物料计安装于车体底部及车体上部，汽车行驶时，用来测量卸料时车体下料仓物料高度。
1.4执行器部分
卸料小车自动控制系统中，卸料小车是执行机构。输入外部信号到PLC中，由中央处理器(CPU)计算，输出控制卸料小车的正、倒、定点，自动完成卸车操作。
2筛分栈桥自动控制功能设计
2.1自动启动功能
系统可以通过中央控制室的WINCC上位机对1号破碎系统的所有设备（包括辅助设备）进行远程操作，实现整个系统一键启动。运输车辆需要自动控制，自动监测物料高度、煤降点、自动移位、卸载功能，与带式输送机联锁操作实现自动操作，设备筛分栈桥接收调度指令后，网站功能，实现无人操作。
2.2监测功能
结合现场实际线路要求，合理布线，铺设桥梁、电缆、管道等，在现场增加了防爆接线转换箱，将PLC所有检测信号采集到转换箱，通过接线转换进入PLC控制系统。安装有无线防爆遥控、手动控制系统，可在现场紧急停车。在现场设置声光报警装置，对误操作进行声光报警，提示系统操作。根据现有卷扬机规格，拆除原有牵引电机电缆，重新进行布线及导线。利用PLC数字输入输出功能，通过PID调节变频器输出频率模式控制卷扬机速度，反向推进模式和起止模式，然后控制小车根据位置上下移动并停在一个定点。与此同时，卷扬机上还安装了电机制动装置，保证小车检测到位置限位开关后，克服惯性，稳定地停在指定位置。
2.3自动控制功能
基于原PLC控制系统，添加了PLC扩展模块，重新设计了2种带式输送机（包括跑车）筛架的控制方案，使整个跑车系统的控制重新规划为自动控制模式。主要包括：跑车行驶控制、定位控制、料位检测等，在中央控制室实现遥控及自动控制功能，使整个输煤栈桥的操作全自动化，达到现场无人值守目的。
利用二维模糊控制器作为人工智能计算平台，根据现场实际需要和设备条件，实现了小车误差控制。该模糊控制器以某一时刻物料位差e（k）和物料位差变化率ec（k）为输入变量，经过对物料位差模糊化后，用雷达料位计测量料位高度；PLC在进行模糊推理和明确计算后，计算出变频器所需频率作为输出模拟信号，送至配车电机逆变器模拟输入端，控制小车正向运动、速率和物料位置。将电机转速的变化作为输出变量。
2.4拓展功能
针对现场控制需求，采用原有PLC系统作为IO容量兼容扩展的基础，与此同时，基于对现有中控系统兼容，更换现有远程HMI接口。增加远程卸载功能，同时与原有系统保持兼容。
控制系统的电气部分采用安全联锁设置，防止误操作，确保设备安全运行。并采用人机对话的操作方式，如果发生误操作或按压的开关不正确，系统将自动提示，针对该系统设计的故障诊断系统将在设备发生故障时自动处理停机报警，屏幕还能及时显示出故障部位、可能的原因、需采取纠正措施等，并记录故障发生时间和位置。
结语
（1）相对于以往控制系统，以PLC为控制核心，以光电开关为检测设备，以电力线载波技术实现信号传输。（2）该系统技术先进，可靠性好，性价比高，使用灵活，通用性强。该系统的硬件配置比较简单，所设计的程序也比较灵活，使用方便，大大降低了成本，提高了可靠性。
参考文献
[1]变频器在PLC自动控制技术中的运用研究[J].周会.无线互联科技.2020(24)
[2]变频器中PLC自动控制技术的运用探究[J].张璐.花炮科技与市场.2019(04)
[3]变频器中PLC自动控制技术的有效应用研究[J].曾云.科技风.2020(06)
[4]PLC自动控制技术在变频器中的应用[J].陈亮.数字通信世界.2020(06)
[5]PLC自动控制技术在变频器中的应用分析[J].胡兆帅.南方农机.2020(18)
[6]变频器中PLC自动控制技术的运用分析[J].莫振栋,邬如梁,雷声勇.中国新通信.2020(20)