人機(jī)界面在變頻絞車的應(yīng)用

陳先臻

（永安煤業(yè)有限公司仙亭煤礦，福建 大田 366102）

前言

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代化的生產(chǎn)任務(wù)也變得越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)，對(duì)各種自動(dòng)化生產(chǎn)的要求也越來(lái)越高。此環(huán)節(jié)下，各種自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程的可視化變得尤為重要。在整個(gè)自動(dòng)化體系中，從下到上大體可分為四個(gè)層級(jí)：數(shù)據(jù)采集層及執(zhí)行層，現(xiàn)場(chǎng)控制層，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控層，中心管理層。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集層：包括各種傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，負(fù)責(zé)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行各種控制命令?，F(xiàn)場(chǎng)控制層：PLC邏輯控制設(shè)備，負(fù)責(zé)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控層：主要是指各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的人機(jī)接口，包括各種操作面板和工業(yè)電腦，負(fù)責(zé)在現(xiàn)場(chǎng)控制底層各種設(shè)備，使各種控制過(guò)程可視化。由此可得知結(jié)論，人機(jī)界面在整個(gè)自動(dòng)化體系中處于承上啟下的一個(gè)位置，通過(guò)連接PLC，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的邏輯控制管理并實(shí)時(shí)監(jiān)視狀態(tài)。

一、系統(tǒng)硬件的組成

以永安煤業(yè)有限公司仙亭煤礦201采區(qū)絞車為例，變頻器控制絞車電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)絞車某個(gè)保護(hù)開關(guān)觸發(fā)時(shí)，PLC立即輸出停機(jī)指令，絞車停機(jī)，與此同時(shí)人機(jī)界面上顯示報(bào)某個(gè)保護(hù)動(dòng)作。

（一）變頻器選用英飛凌FF450R17ME4系列四象限變頻器，工作電壓660V，該變頻器具有高可靠性，低噪聲，高節(jié)能，保護(hù)功能完善，內(nèi)建功能強(qiáng)大的RS-485串行通信接口，現(xiàn)場(chǎng)采用PLC輸出模擬量控制方式。

（二）PLC做為絞車控制單元，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，選用西門子S7-200 226CPU CN，并采用擴(kuò)展端口添加模擬量輸入輸出模塊。PLC接有以下功能：過(guò)卷過(guò)放保護(hù)、超速保護(hù)、過(guò)負(fù)荷和欠電壓保護(hù)、限速保護(hù)、提升容器位置指示保護(hù)、閘瓦間隙保護(hù)、松繩保護(hù)、減速功能保護(hù)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)、正轉(zhuǎn)選擇、反轉(zhuǎn)選擇、停止、復(fù)位、油泵啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)、油泵切換、模擬量值給定、絞車正反轉(zhuǎn)輸出、變頻器的合閘輸出、故障輸出等。

（三）人機(jī)界面采用昆侖通泰TPC7062KS，彩色10.4寸，可用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行編輯。

（四）PLC和人機(jī)界面通訊采用PPI數(shù)據(jù)線：PPI 按RS-485串行通信方式，兩根線完成通訊；而且平衡發(fā)送接收方式，具有傳輸距離長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

通過(guò)一臺(tái)裝有V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9軟件的筆記本編寫絞車電控程序，以安全保護(hù)PLC程序?yàn)槔?，把PLC的輸入點(diǎn)高低電平兩種信號(hào)顯示在人機(jī)界面上。圖1

二、人機(jī)界面組態(tài)畫面設(shè)計(jì)及通訊

（一）根據(jù)西門子S7-200 PLC輸入輸出點(diǎn)，用MCGS軟件組態(tài)設(shè)計(jì)的模擬運(yùn)行畫面。

人機(jī)界面的設(shè)計(jì)具體可概括為4個(gè)步驟：

1.建立新工程項(xiàng)目

工程名稱：“XX煤礦采區(qū)絞車安全回路”。窗口名稱：“XX煤礦采區(qū)絞車安全回路”。窗口內(nèi)容注釋：“煤礦絞車電控保護(hù)指示燈變換顏色”

2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)定義對(duì)象

在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口，單擊新增對(duì)象，添加以下5個(gè)開關(guān)對(duì)象：過(guò)卷過(guò)放保護(hù)、超速保護(hù)、限速保護(hù)、閘瓦間隙保護(hù)、松繩保護(hù)。

3.制作圖形畫面

添加1個(gè)指示燈元件：在工具箱中單擊“插入元件”按鈕，彈出“對(duì)象元件庫(kù)管理”窗口，選擇“指示燈”庫(kù)中的一個(gè)圖形對(duì)象，用復(fù)制粘貼完成剩下4個(gè)指示燈。

4.添加1個(gè)標(biāo)簽元件：在工具箱中單擊“A”，在窗口拉伸標(biāo)簽的大小，雙擊標(biāo)簽在擴(kuò)展屬性中輸入“過(guò)卷保護(hù)”，用復(fù)制粘貼完成剩下4個(gè)標(biāo)簽注釋。

5.建立動(dòng)畫連接

在工作臺(tái)用戶窗口雙擊“XX煤礦采區(qū)絞車安全回路”窗口，進(jìn)入“XX煤礦采區(qū)絞車安全回路”畫面。

6.建立指示燈的動(dòng)畫連接

單擊畫面中第一個(gè)指示燈，彈出“單元屬性設(shè)置”對(duì)話框，在“動(dòng)畫連接”頁(yè)中，點(diǎn)開連接表達(dá)式，選擇已定義好的對(duì)象“過(guò)卷過(guò)放指示燈”，設(shè)置后單擊確認(rèn)完成；其余四個(gè)指示燈的動(dòng)畫連接以此類推。

7.標(biāo)簽動(dòng)畫組態(tài)設(shè)計(jì)連接

單擊畫面標(biāo)簽的“過(guò)卷過(guò)放指示燈”，彈出“屬性設(shè)置”，動(dòng)畫連接前面“填充顏色”打鉤，在填充顏色表達(dá)式選擇已定義好的對(duì)象“過(guò)卷過(guò)放指示燈”，設(shè)置后單擊確認(rèn)完成；其余四個(gè)標(biāo)簽動(dòng)畫連接以此類推。

（二）通訊

PPI數(shù)據(jù)線是人機(jī)界面和PLC信息交換信息的橋梁，西門子的PLC通過(guò)集成的通信端口或通過(guò)通信集成器。PLC做為從站，人機(jī)界面做為主站，主站和從站的通訊格式必須一致才能通訊正常。

1.在MCGS設(shè)備窗口設(shè)置PLC和人機(jī)界面的設(shè)置通道。

在MCGS組態(tài)環(huán)境工作臺(tái)的“設(shè)備窗口”選項(xiàng)頁(yè)，在下側(cè)雙擊“設(shè)備窗口”，出現(xiàn)“設(shè)備組態(tài)：設(shè)備窗口”，單擊工具條上的“工具箱”按鈕，彈出“設(shè)備工具箱”窗口。

①單擊“設(shè)備管理”按鈕，彈出“設(shè)備管理”窗口。在“可選設(shè)備”列表中雙擊“通用串口父設(shè)備”，將其添加到右側(cè)的“選定設(shè)備”列表中。

②選擇所有設(shè)備→PLC設(shè)備→西門子→西門子S7-200PPI系列編程口，單擊“增加”按鈕，將選定設(shè)備添加到“設(shè)備工具箱”窗口中。

③在“設(shè)備工具箱”窗口下雙擊“通用串口父設(shè)備”，“設(shè)備組態(tài)：設(shè)備窗口”中出現(xiàn)“通用串口父設(shè)備0-{通用串口父設(shè)備}”。同理，在“設(shè)備工具箱”窗口雙擊“西門子S7-200PPI系列編程口”，添加設(shè)備完成。

2.設(shè)備屬性

①雙擊“通用串口父設(shè)備”，彈出設(shè)備屬性對(duì)話框。在“基本屬性”頁(yè)中設(shè)置：串口端號(hào)為“0-COM1”，通信波特率為 “6-9600”，數(shù)據(jù)位數(shù)為“0-7”，停止位位數(shù)為“0-1”，數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式為“2-偶校驗(yàn)”，參數(shù)設(shè)置完畢，單擊“確認(rèn)”按鈕。

②雙擊“西門子S7-200PPI系列編程口”，彈出“設(shè)備屬性設(shè)置”對(duì)話框，選擇基本屬性頁(yè)中的“設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性”，單擊圖標(biāo)彈出西門子S7-200系列編程口通道屬性設(shè)置

③在“設(shè)備屬性設(shè)置”窗口選擇“通道連接”頁(yè)，選擇通道1對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)象單元格，單擊右鍵彈出連接對(duì)象對(duì)話框，雙擊選擇要連接的“過(guò)卷過(guò)放指示燈”對(duì)象。同理連接通道2-通道8對(duì)應(yīng)的對(duì)象。

④在“設(shè)備屬性設(shè)置”窗口選擇“設(shè)備調(diào)試”頁(yè)，用鼠標(biāo)長(zhǎng)按通道2對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)象通道單元格，通道值由“0”變?yōu)椤?”，PLC對(duì)應(yīng)通道指示燈亮。特殊有例外，PLC的輸入點(diǎn)，在組態(tài)軟件只能讀取狀態(tài)值，M寄存器、Q寄存器、V寄存器均可通道設(shè)置。通訊成功如圖所示。

三、人機(jī)界面的特點(diǎn)

人機(jī)界面是新一代高科技可編程終端，專為PLC而設(shè)計(jì)的的互動(dòng)式工作站，具備與各品牌PLC連線監(jiān)控能力，特別適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用。其主要特點(diǎn)有：（一）畫面容量大，最多可達(dá)255個(gè)畫面。（二）MCGS全中文操作軟件，指令豐富，編程簡(jiǎn)單。（三）交互性好，抗干擾能力強(qiáng)，通信可靠性高。（四）自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單方便，故障率低，壽命長(zhǎng)，維修量少。

四、人機(jī)界面的功能

人機(jī)界面的主要功能有：（一）設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要編輯出各種畫面，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)或系統(tǒng)的操作指示信息。（二）人機(jī)界面上的觸摸按鍵可產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，或輸入值、字符給PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作控制設(shè)備的運(yùn)行。（三）可多幅畫面重疊或切換顯示，顯示文字、數(shù)字、圖形、字符串、警報(bào)信息、歷史記錄、趨勢(shì)圖。

五、結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)自2019年3月開工投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠平穩(wěn)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)，當(dāng)要更改減速距離與速度設(shè)定值時(shí)，可直接在人機(jī)界面上設(shè)定；作為人機(jī)交互工具，簡(jiǎn)單直觀，便于操作。在實(shí)際應(yīng)用中已取得良好的效果，值得推廣到其他行業(yè)應(yīng)用。