基于触摸屏的多级皮带机PLC控制系统设计
作正常、矿石的安全运输及工作人员的生命安全，对皮带机运输系统的全程实时监控是一项长期而重要的工作，因此矿石码头迫切需要可靠、准确、安全的工业监控系统对矿石的卸、堆、取、装等生产流程进行全面的监视与控制。
由于我国现代物流业起步较晚，港口监控系统的整体发展水平还比较落后，国内工控人员自行研究开发的皮带机监控系统仍旧处于初级阶段，大多为基于继电器与接触器控制和人工手动操作的传统半自动化系统。这种传统的皮带机监控系统由工作人员在生产现场手动操作皮带输送机及其它装卸设备来完成码头生产作业，系统运行环境恶劣，一次启动设备多，安全联锁要求高，经常会出现皮带机打滑、跑偏及溜槽堵塞等故障，因而生产效率极其低下，根本无法满足实际生产的不间断运行、控制实时性和安全性等要求[1]。
开展皮带机监控系统的研究，是提高码头的生产过程综合自动化水平和经济效益，适应码头生产发展的需要，也是促进国民经济的需要[2]。运用现代通信技术和工业控制网络技术以及采用最新的触摸屏组态监控工具，把先进的工业生产自动监控理念应用于实际的码头皮带机监控系统，用一台微型机作为监控系统的上位机，上位机通过监控级工业网络与PLC相连实现对现场数据的巡回采集、集中处理，实现了港口自动化系统的分散检测控制与集中监控管理[3]。
1.2 设计研究内容及主要工作
目前在国内港口方面，以监控组态软件设计出皮带机实时监控系统具有强烈的现实意义。以工业通信网络为基础，采用欧姆龙系列PLC，触摸屏监控软件，设计所做的主要工作有：
(1) 参考国内外资料，分析触摸屏监控软件的构成与功能特点，并总结出利用
触摸屏监控软件开发实际工业监控系统的一般流程。
(2) 通过对现有矿石码头皮带机的主要生产设备和工艺生产流程的分析研究，
提出监控系统的整体设计方案，重点是系统组成结构和操作方式的设计。 (3) 基于触摸屏easy view系列软件开发上位远程监控子系统，上位工控机与
下位机进行数据通信并设计出相应的动态监控界面，实现流程运行状态、流程设备启/停状态的实时监控，并具有实时数据库、数据处理、运行报警、安全策略等多种功能。
(4) 基于触摸屏easy view系列软件用MT500开发上位现场监控子系统，上位
触摸屏通过网络与下位机进行数据通信并设计出相应的动态监控界面，实现生产设备的现场监视与控制。
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基于触摸屏的多级皮带机PLC控制系统设计
2 皮带机监控系统整体设计方案
2.1 皮带输送机
皮带输送机(Belt Conveyer，BC)具有运量大、运输连续、维护简便等特点，在矿石码头生产中是比较经济可靠的运输设备，所以已成为矿石原料输送转移的主要运输设备。
本设计中的水平运输系统，由欧姆龙公司的CPM2AH系列PLC进行工艺流程自动控制，停机制动使用电磁抱闸制动器，并对过长的皮带机配备张紧装置。由于实际生产运行中，皮带输送机跨度大，易形变，经常会发生故障从而影响生产进度，为此在皮带输送机沿线安装有大量保护开关，如跑偏开关、拉绳开关、欠速开关、溜槽堵塞开关、纵向撕裂开关、料流检测开关等[2]。
要实现整个码头物料运输系统的安全顺利运行，除了皮带输送机的正常工作外，还离不开各种皮带机辅助设备参与流程运作。
皮带机转换装置：由于皮带机跨度大且矿石运输路线多样，需要在沿途兴建一些皮带机转接楼 (Transfer House，TH)并通过楼中的皮带机转换装置来完成矿石运输路线的转换或者延伸。皮带机转换装置由空压机和料流切换翻板组成，由空压机产生足够气压推动翻板运动，从而控制料流切换翻板的位置变化。
除尘器：为了防止矿石运输过程中产生的粉尘过大对现场人员造成危害并影响监控效果，所有皮带机转接楼中的矿石落料处都安装有干式除尘器。除尘器运行前，先要启动空压机来鼓风。
喷水阀：为了防止矿石在运输过程中与皮带机摩擦过热而影响原料质量，皮带输送机沿线安装有若干喷水阀，可以根据需要自动喷淋以便在矿石过热时给矿石清洁降温。
2.2 监控系统总体设计
2.2.1 监控系统的组成结构
皮带机监控系统依据分散检测控制、集中监控管理的原则，设计为以工业通信网络为纽带、由上位机监控系统和下位机控制系统两部分组成的高可靠性实用系统。
本皮带机监控系统实际上是一个由集中监控层和设备控制层构成的二级集散控制系统。作为集中监控层的上位机监控系统，主要是工控机和触摸屏，提供友好、丰富的人机操作界面，处理自动化任务，实现系统状态动态显示、设备工作信息采集、工艺流程控制及报表输出等功能，进行系统全面的监控和管理，并通过监控级工业网络与下位机交换信息；作为设备控制层的下位机控制系统，主要是可编程控制器，与现场电气设备和执行机构直接连接，执行可靠、有效、具体的分散控制。
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基于触摸屏的多级皮带机PLC控制系统设计
在监控系统的运行过程中，下位PLC通过传感器采集监控对象的状态数据，采集到的信号由屏蔽信号电缆从现场传送到PLC控制柜的接线端子板上，再经由中间继电器中转送入PLC的输入模块，完成现场信号的采集过程；上位机通过与下位PLC通信实时获取监控对象的状态数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在上位机屏幕上，另一方面按照工艺流程要求和操作人员的指令将控制数据送入PLC的输出模块，按PLC的用户程序对数据进行运算处理后再通过执行器驱动对应监控对象的电机、电磁阀等工作，完成现场设备的控制过程[3]。监控系统的工作原理如图1所示。
图1 监控系统的工作原理图
2.2.2 上位机监控系统
现场触摸屏监控系统由一台工业用触摸屏构成，用于取代传统的控制面板和显示仪器，实现对皮带输送机B1-B4控制及其相关辅助设备的现场实时监控。触摸屏选用MT500系列触摸屏，监控组态软件选用Easy View系列触摸屏专用组态软件EB500中文版。 2.2.3 下位机控制系统
下位机控制系统实时采集现场设备的各种数据，同时接受上位机发出的流程控制命令对各生产设备按工艺流程要求进行有效控制。下位机控制系统的主要控制对象为皮带输送机（这里以四级皮带机为控制对象）。
2.3 监控界面设计
监控界面是整个监控系统的主要组成部分，是系统进行实时监控的主要人机接口(HMI)，监控界面的友好程度是衡量监控系统质量的重要指标。
监控界面的设计首先应满足生产工艺流程的要求，同时界面要友好，形象逼真，便于操作管理。由于皮带机的生产规模大，生产线长，需要监控的大型设备多，所以监控系统要实现全局生产的实时监控就必须按照现场设备的物理位置和功能特点设计多个监控界面。监控界面被分为三类：工艺流程图界面(主监控界面)、逆流控制界面(流程控制界面)、顺流监控界面(流程控制界面) [5]。
系统监控界面一般分为三个部分：总览部分、现场画面部分和按钮部分。在总览部
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分一，可组态画面标题、启动运行方式选择：在按钮部分可组态每个画面中显示的固定按钮；在现场部分可组态当前监控的各机构的具体情况。
3 欧姆龙PLC简介 3.1 PLC一般结构
其基本组成部分大致采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入、输出接口电路等，其内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入变量，这些输入信号经过PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，再由这些输出变量对外围设备进行控制。PLC组成部分如图2所示。
图2 PLC组成部分
3.2 内部寄存器及I/O配置
内部寄存器每个区分配一定数量的寄存器单元，并按不同的区进行编号。I/O区的寄存器可直接和外部输入、输出端子传递信息。I/O寄存器一般是一个16位的寄存器，它的每一位对应PLC的一个外部端子。不同机型的PLC配备不同的I/O点，一般小型的PLC其主机有几十个I/O点。
内部辅助寄存器区可供用户存放中间变量使用。在PLC中常习惯称它们为“辅助继电器”。PLC用来存放从外围设备采集进来的各种数据，或运算、处理的中间结果的内部存储区域。欧姆龙CPM2AH可编程序控制器的寄存器范围，如表1。
表1 欧姆龙CPM2AH可编程序控制器的寄存器范围
项目 输入继电器IR 输出继电器IR 特殊辅助继电器SR 5
范围 160位：00000-00915 160位：01000-01915 448位：22800-25515