基于組態(tài)王的磁動力輸送控制系統(tǒng)

李海燕

（1、中煤張家口煤礦機械有限責(zé)任公司，河北 張家口076250 2、河北省高端智能礦山裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 張家口076250）

1 概述

磁動力輸送系統(tǒng)是一種新型的散裝物料輸送系統(tǒng)，系統(tǒng)以直線電機為其動力源。直線電機轉(zhuǎn)子為釹鐵硼永磁體，定子為三相繞組線圈。轉(zhuǎn)子設(shè)計為海爾貝克陣列排布，轉(zhuǎn)子上方是礦車，礦車車體和轉(zhuǎn)子車底為一體，共同運動。定子線圈間隔距離不等地安裝在軌道上。按照驅(qū)動柜的驅(qū)動能力大小將線圈分為若干組，每臺驅(qū)動柜驅(qū)動線圈數(shù)量不等。每組線圈頭尾各安裝一個傳感器，當(dāng)轉(zhuǎn)子直線運動經(jīng)過當(dāng)前線圈組頭傳感器，定子線圈被觸發(fā)通電；當(dāng)轉(zhuǎn)子經(jīng)過當(dāng)前線圈組尾傳感器，線圈被觸發(fā)斷電。驅(qū)動柜設(shè)計為四象限變頻器，在礦車下坡時可將勢能轉(zhuǎn)化為電能并儲存，在上坡時釋放電能驅(qū)動礦車，節(jié)省了電能消耗，綠色環(huán)保。線路還設(shè)計有裝載和卸載車站，整條線路為循環(huán)線路。輸送系統(tǒng)示范線設(shè)計為1 公里，共直流母線供配電，共29 臺驅(qū)動柜，基于組態(tài)王[1]的上位機控制程序控制整條線路。

2 控制系統(tǒng)綜述

控制系統(tǒng)采用上下位機結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)硬件包括PLC 可編程控制器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、工控機。上位機采用組態(tài)王6.55 開發(fā)軟件。上位機設(shè)計有主界面、驅(qū)動柜參數(shù)設(shè)置界面、整流站監(jiān)測界面等。主界面為車輛運行位置監(jiān)控和充電放電功能控制，驅(qū)動柜參數(shù)設(shè)置界面可以設(shè)置單個驅(qū)動柜的電流和速度運行模式、目標速度、電流、超時停機時間等參數(shù)。

3 組態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 PLC 與上位機組態(tài)王之間的通信

驅(qū)動柜接口為以太網(wǎng)接口，執(zhí)行Modbus TCP 協(xié)議，通過交換機連接成通信網(wǎng)絡(luò)。每臺下位機硬件為西門子S-1200，通過交換機將全部驅(qū)動柜數(shù)據(jù)集成連接到S-1500，再將數(shù)據(jù)上傳到工控機，由工控機上的組態(tài)王軟件[2]實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、故障診斷、控制列車運行的功能。上位機中設(shè)置驅(qū)動柜為從機，上位機為主機，每臺驅(qū)動柜都分配有單獨的IP 地址。

組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器、運行系統(tǒng)組成，主要完成數(shù)據(jù)的采集、通信與動畫顯示的功能。

組態(tài)王最核心的部分為數(shù)據(jù)庫[3]，數(shù)據(jù)庫作為中介環(huán)節(jié)將驅(qū)動柜的工作狀態(tài)及各模擬量數(shù)據(jù)實時顯示在監(jiān)控界面上，還將上位機的控制指令迅速傳遞給驅(qū)動柜，數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機之間的橋梁。數(shù)據(jù)庫位于工程管理器中，其中的數(shù)據(jù)詞典定義數(shù)據(jù)變量，本系統(tǒng)有內(nèi)存離散、I/O 實型、內(nèi)存整數(shù)等變量類型。每臺驅(qū)動柜有母線電壓、輸出電流、目標速度、實際速度等多個變量。組態(tài)王采集的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)詞典里。在數(shù)據(jù)詞典中定義所需變量時，把需要顯示的電流、速度等變量在記錄選項卡中選擇變化數(shù)據(jù)記錄，把這些變量與歷史控件進行動畫連接，在控件的屬性一欄中選擇不同的變量顯示不同的顏色。

3.2 人機界面設(shè)計

監(jiān)控界面主要4 部分為：主界面、驅(qū)動柜界面、南區(qū)數(shù)據(jù)、北區(qū)數(shù)據(jù)界面；AFE 界面；道岔、裝載站、卸載站。

主界面（見圖1）主要執(zhí)行驅(qū)動柜充電功能，顯示礦車在示范線上的運行軌跡，驅(qū)動柜的自由停車或速度模式的狀態(tài)顯示，驅(qū)動柜的故障報警，南區(qū)北區(qū)的驅(qū)動柜制動控制。驅(qū)動柜界面（見圖2）主要顯示變頻器的電壓、電流、頻率、目標速度參數(shù)設(shè)置以及遠端啟動、制動、接力等運行模式設(shè)置，實時數(shù)值顯示，故障字顯示。驅(qū)動柜附近設(shè)置小燈顯示不同的顏色，代表不同的工作運行狀態(tài)，白色為自由停車模式、藍色為速度模式、綠色為驅(qū)動柜工作狀態(tài)、紅色為故障狀態(tài)。南區(qū)和北區(qū)數(shù)據(jù)主要顯示兩區(qū)所有的驅(qū)動柜的母線電壓實時監(jiān)測值、入口速度、出口速度等。AFE 界面和道岔、裝載站、卸載站界面主要顯示參數(shù)和運行控制狀態(tài)。

圖1 磁動力輸送系統(tǒng)主界面

圖2 驅(qū)動柜界面

圖3 兩列車控制流程圖

圖4 磁動力輸送系統(tǒng)示范線

3.3 動態(tài)連接

在主界面設(shè)計的線路礦車運行信號指示燈的動態(tài)變化是依據(jù)變量的變化，需要將界面中的信號燈和變量連接起來，連接變量為入口和出口霍爾傳感器的觸發(fā)信號。

3.4 報警及故障分析

控制系統(tǒng)中運行報警和事件記錄是必不可少的功能。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障，如常見的變頻器過流故障、通訊故障、閉鎖開關(guān)故障等情況時，系統(tǒng)自動產(chǎn)生故障報警，小燈變?yōu)榧t色，點開故障驅(qū)動柜，顯示驅(qū)動柜故障字，對應(yīng)故障字可以查詢故障表分析出故障類型，通過上位機遠端復(fù)位或就地修復(fù)故障。

3.5 運行程序

示范線設(shè)置電流、速度兩種運行模式。速度模式依據(jù)緩坡、陡坡和目標速度等工況及參數(shù)要求設(shè)置電流值大小，使不同的驅(qū)動柜輸出電流不同，驅(qū)動柜工作于不同工況下的加速、減速狀態(tài)。線路的每臺驅(qū)動柜都可以設(shè)置為啟動停止位置。線路啟停，沿線自動運行控制需要編寫命令語言，運行程序依照調(diào)度計劃設(shè)計兩種運行模式，分別為單列礦車和兩列礦車經(jīng)過卸載站和裝載站循環(huán)運行，兩列車控制流程圖如圖3，控制策略的觸發(fā)信號主要為電機組的頭尾霍爾傳感器通斷信號。

4 結(jié)論

本控制系統(tǒng)基于組態(tài)王設(shè)計，可實現(xiàn)線路遠程啟停、自動沿線運行、數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、礦車運行軌跡實時顯示和故障報警分析，系統(tǒng)運行界面內(nèi)容豐富、自動化程度高、實時性好。