基于臺達PWS3760觸摸屏的懸臂式斗輪取料機應急虛擬操作臺

摘要：斗輪取料機是應用于煤炭港口的一種大型作業設備。黃驊港R2取料機在走行、臂架回轉、臂架俯仰動作時主要依靠位于司機室操作臺的機械式手柄來進行操作控制。本文通過對觸摸屏程序、PLC控制程序以及相應的控制電路進行改造，實現了在司機室操作臺手柄因故障而失靈的情況下的，操作人員可通過觸摸屏上的虛擬操作臺進行應急操作，提高了設備的安全系數。

關鍵詞：觸摸屏 取料機 操作臺

0 引言

取料機是煤炭港口的一種重要的作業設備。設備在走行、臂架回轉、臂架俯仰動作時，主要依靠位于司機室操作臺上機械式手柄進行控制操作，而手柄作為取料機司機日常的直接操作裝置，動作頻繁，出現故障的幾率也較大。所以為了防止因手柄失靈而帶來的種種不利影響，避免意外發生，在司機室增加應急操作是有必要的。

黃驊港R2取料機設計能力3000T/h，其司機室中安裝了一臺臺達PWS3760觸摸屏，此設備與R2取料機的PLC（AB PLC-5）通過串口（RS485轉RS232）進行通訊（如圖1）。

觸摸屏主要用來顯示R2取料機的位置、姿態信息，皮帶機作業流量以及各種故障報警。作為一種信息輸入/輸出裝置，觸摸屏顯然在R2取料機的應用中偏重于信息輸出（顯示），功能應用方面較為單一。而由于其具備輸入功能，因此可以通過程序和硬線改造，實現由觸摸屏將司機的操作命令發送給PLC，控制R2取料機進行行走、臂架俯仰、臂架回轉動作，從而使觸摸屏應急操作成為可能。而由于R2取料機俯仰機構、和走行機構、回轉機構電氣結構特點的不同，需要分別對其進行不同的改造。

1 R2取料臂架俯仰機構的觸摸屏應急操作改造

R2取料機俯仰機構主要由俯仰油缸和液壓站組成，司機室操作手柄用來控制液壓站的電磁閥。手柄內的機械限位開關將“抬起/下降”的開關量信號輸入給PLC數字量模塊，經PLC程序數字量模塊的輸出點控制相應接觸器，使油路中相應的電磁閥動作。

由于手柄只發送開關量到PLC模塊，因此用觸摸屏替代手柄只需要在觸摸屏界面中加入按鈕，地址為“位”類型（B），如圖2。同時PLC梯形圖程序中也加入對應的“位”地址類型常開點。

而在硬線上仍舊由PLC數字量輸出點來控制電磁閥對應的接觸器，因此硬線上不需要改動。

2 R2取料臂架回轉、走行驅動機構的觸摸屏應急操作改造

R2取料機的回轉與走行驅動機構結構相同，主要由變頻器和電機組成。二者控制方式相同，以回轉機構為例，手柄通過內部機械限位將開關量輸入給PLC數字量輸入點（開關量為“左轉/右轉”信號），PLC數字量輸出點將開關量發送給變頻器“正轉/反轉”輸入點，變頻器控制電動機的轉動方向，從而控制臂架的回轉方向。于此同時，手柄通過內部電位計將模擬量信號（模擬量信號為0-10V，對應變頻器0-50Hz，模擬量信號因手柄推動的角度不同而變）發送給變頻器，作為變頻器的頻率參考給定，從而控制回轉電機轉速，達到控制臂架回轉速度的目的。

綜上所述，回轉變頻器（與行走變頻器相同）控制量包括開關量（方向）與模擬量（速度）兩方面。開關量可以依照前文中俯仰信號的方式進行改造，這里不再敷述。

模擬量的產生依靠PLC的模擬量輸出點，同樣以回轉變頻器為例，將PLC的一組模擬量輸出點設置為“0-10V電壓型”，出于安全方面的考慮，在使用觸摸屏進行操作時，回轉速度設置為最高速度的一半，因此當使用觸摸屏畫面上的按鈕進行“左/右”回轉應急操作時，按鈕置位后，PLC程序將模擬量輸出點的電壓始終保持為5V，變頻器為25Hz頻率輸出，回轉速度為最高速的50%。

改造后的回轉變頻器控制回路如圖3：

在圖3中K1為信號繼電器，由PLC開關量輸出點控制，每當進入觸摸屏虛擬操作臺界面時，PLC程序即把K1觸點的位置由手柄電位計切換到PLC模擬量輸出點位置，使速度大小只由PLC模擬量(5V)控制。

取料機行走控制機構在控制結構上與回轉機構相同，因此改造過程不再敷述。改造后的觸摸屏虛擬操作界面如圖4所示：

如圖4所示，由于在實際設備中，R2取料機司機室操作臺有左右兩個手柄，一個為兩方向手柄，用于控制走行機構；一個為四方向手柄，用于控制臂架俯仰和回轉。因此，為了更加符合取料機司機的操作習慣，也將虛擬操作臺劃分為兩方向的行走操作部分和四方向的臂架操作部分。在操作的同時，司機可以實時觀察到取料機的位置與姿態信息以及時間日期等，同時也可以點擊查看“操作注意事項”，退出虛擬操作臺只需點擊“返回主畫面”即可。

3 結論

改造后的R2取料機可以不經過手柄，通過觸摸屏進行動作操作。因此，在手柄失靈的情況下，仍舊可以進行行走動作操作和臂架的回轉、俯仰動作操作。有效減少手柄故障發生后對其他取料機的影響。新增加的這種虛擬應急操作平臺可以在操作機構出現故障后突然遭遇惡劣天氣的緊急情況下，為設備的安全保護起到關鍵作用。

R2取料機虛擬操作臺只是為了應對取料機手柄故障的情況而設計，并不能完全替代司機操作臺的各種功能，仍舊有改進和提高的空間。雖然R2取料機的觸摸屏虛擬操作臺并不適用于司機在正常取料作業時的操作，然而作為一種應急操作機制，它的功能體現在提高設備安全系數、增加突發情況下的應對手段、降低特殊故障對設備作業帶來的不利影響上。因此，這種基于觸摸屏技術的取料機虛擬操作平臺的應用為設備增加了一道安全保障。