為了獲得輸送機的特征參數、各種工況下的運動規律和力學性能，需要對其系統和零部件進行測試，以便對輸送機的性能作出判斷，同時也為挖掘輸送機的生產潛力、分析事故原因提供科學依據。為了滿足這一要求，我們設計了帶式輸送機試驗臺。該試驗臺采用先進的PLC與變頻調速控制系統，可以實現數據的實時采集與處理，利用軟件編程來避免不正常的試驗結果，并可通過微型可編程終端(MPT)進行監控。
1、帶式輸送機試驗臺功能簡介
    隨著帶式輸送機應用范圍的不斷擴大，其本身也正向著長距離、大運量、高速度方向發展。近年來出現了多級驅動的帶式輸送機以實現長距離運輸，這種多驅動帶式輸送機是以多臺短帶式輸送機間斷且等距地放在1臺長距離帶式輸送機上、下2分支當中，2者的輸送帶相互接觸，各短帶式輸送機的輸送帶可作為多個直線摩擦驅動裝置來驅動長帶式輸送機。在這種帶式輸送機的設計計算中，橡膠帶間的摩擦系數“是一個關鍵數據，它關系到用作驅動的短帶式輸送機的長度問題。我們所設計的試驗臺功能之一就是完成摩擦系數“的測定。
    帶式輸送機的功率消耗主要用于克服各種阻力，而水平帶式輸送機的功率消耗則幾乎全部用于克服各神阻力。在節能要求日益提高的今天，隨著帶式輸送機新結構形式的不斷出現，如何降低帶式輸送機的各種阻力，日益引起重視。在帶式輸送機的各種阻力中，托輥綜合阻力是主要阻力。帶式輸送機試驗臺的另一功能就是可以實現托輥綜合阻力系數的測定，并進一步探討托輥綜合阻力與帶式輸送機速度和載荷間的關系。
    長距離帶式輸送機在起動、制動及正常運行時，如何減小其膠帶張力和張力的變化，對于完善輸送機的運行性能和提高輸送能力至關重要。而減小膠帶張力及其變化值與驅動裝置有很大關系。驅動力過大、起動太快都會引起過大的膠帶張力及張力波，從而影響到輸送機系統中的所有部件。因此驅動裝置要求驅動電機能無負荷起動，以減小電動機峰值電流的沖擊時間。為此，將鼠籠型異步電動機與變頻器相結合，以實現系統的平滑調速，獲得系統在不同速度下的性能特征參數。其主要特點是：性能優異，調速范圍大，平滑性高，低速特性較硬，并具有顯著的節能效果。
2、試驗臺控制系統的硬件和軟件設計
    該試驗臺的最大特點是采用了先進的PLC變頻調速控制系統（見圖1）。來自傳感器的電信號經PLC的A/D單元轉換成可識別的數字信號，經CPU單元處理后送MPT顯示。旋轉編碼器的光電脈沖信號經CPU單元上的高速計數端口輸入后，通過一定的算法將其轉換成速度在MPT上顯示。同時PLC通過D/A單元將數字信號轉換成變頻器所能接受的電流或電壓信號，以實現電機的變頻調速控制。
2.1  PLC控制系統構成
    我們所用的PLC是日本OMRON公司生產的CQMl - CPU43 - Vl。該CPU單元內裝有RS - 232C端口，并且內置了16個輸入點，有輸入中斷功能和高速脈沖I/O功能，另外還配有2個高速脈沖L／0端口。除了可擴展一般的I/O單元外，CQM1還有A/D、D/A、溫控等特殊功能單元。
    在編寫PLC程序時，可以利用連接到外設端口上的手持編程器，但這樣只能編寫助記符程序。如果在個人計算機上裝有SYSMAC支持軟件（如SSS或CPT），那么就可以先編寫梯形圖程序，然后再下傳給PLC。
    MPT( Micro Programmable Terminal)是PLC系統中最重要的外設，可以從它的內藏字庫中調用中英文創建多達100幅的屏幕數據，每屏可顯示2行數據，每行20個英文字符或10個中文字符。此外，還可以通過編程實現對蜂鳴器和顯示畫面的報警控制。試驗操作時，所有的控制命令都通過MPT自帶的鍵盤鍵入，程序的運行處理結果也在MPT上顯示，實現了程序的運行與監控。
    CQMl - AD041模擬量輸入單元可從傳感器讀取4路模擬量信號值，CQMl - DA021模擬量輸出單元提供了2路數模轉換，使用其中的一路輸出0~5 V的電壓信號作為變頻器的頻率設定信號，使變頻器實現變頻操作。AD041和DA021一起連在CQMl - IPS02供電單元上。CQMl - OC222繼電器輸出單元的輸出信號作為變頻器的輸入控制信號。
2.2變頻調速控制原理及系統構成
    三相鼠籠型異步電動機具有結構簡單、運行可靠、控制方便等特點，故在帶式輸送機上得到了廣泛的應用。但由于其起動性能和調整性能較差，起動時沖擊力也較大，故在大、中型帶式輸送機上使用時，通常與液力偶合器配合使用，或與變頻器同時使用。
    鼠籠型異步電動機與液力偶合器配合使用時，無論是限矩型，還是調速型液力偶合器，都存在轉差率，一般為3%~8%，這會造成能量消耗。
    在與變頻器構成的變頻調速控制系統中，電動機以低頻起動，可以提高起動轉子的功率因數，從而增大起動轉矩。因而，即使在重載下起動，堵轉電流一般也只有額定電流的2倍左右。另外，在很多情況下，電動機所拖動的負載是變化的，因此，電動機可能有相當一部分時間為輕負載運行，此時電動機效率降低，造成電能浪費。如果電動機能按輸出負載的最佳轉速運行，則電動機的利用率會更高，能耗也將降低。
    此外，由于微機應用技術的迅猛發展，使得建立在現代控制理論或其他一些復雜控制算法基礎上的控制原理得以快速在線計算及進行優化處理，從而使許多原來不可能實現的交流調速方案得以實現，而且性能不斷提高，價格不斷下降。
    綜合考慮以上各種因素，在設計試驗臺的速度控制系統時采用了變頻調速控制系統，并選用日本三菱電機公司的FR - A540型變頻器。系統原理圖如圖2所示，為方便操作并便于調試，變頻器設置成外部/PU組合操作模式。調試時使用PU或外部模式，運行時使用外部模式。PLC與變頻器的硬連接主要包括控制信號、調速信號和反饋信號。控制信號有正轉( STF)和反轉(STR)信號；調速信號包括預置速度信號、加減速信號，它們通過PLC處理后，經D/A轉換成0~5 V的電壓信號傳給變頻器；反饋信號有運行、過載、瞬時掉電保護指示等信號以及故障報警輸出等。
2.3試驗臺控制系統的軟件設計
3、試驗臺測控性能評估
    試驗表明：該帶式輸送機試驗臺運轉平穩，膠帶不跑偏，膠帶及托輥沒有明顯的振動或噪聲；試驗臺的調速范圍大，調速時的平滑性好，低速特性較硬，能夠模擬各種工況并獲得豐富的試驗數據；各項試驗過程中，數據的采集與處理迅速、準確，所取得的測量結果變化平穩，試驗結果具有較高的準確性、可靠性，完全能夠達到有關方面的常規試驗要求。
4、結束語
    由于該帶式輸送機試驗臺的控制系統采用了先進的PLC變頻調速控制系統，使得試驗的操作過程變得簡單易行，試驗結果具有較高的準確可靠性。通過對試驗數據的分析處理，可為科研設計人員驗證現有理論、建立新理論和進行最佳設計提供可靠的依據。此外，該系統通過修改軟件程序，還可以用于其他工程試驗的測量及結果處理，因此該技術的推廣有著十分廣闊的前景。


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