基于組態(tài)王軟件的翻車機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

汪 濤

（武漢電力設(shè)備廠技術(shù)中心,湖北 武漢，430064)

0 引言

翻車機(jī)是一種用來翻卸鐵路敞車的大型機(jī)械設(shè)備，用于翻卸各種標(biāo)準(zhǔn)軌道鐵路敞車運(yùn)載的煤炭、礦石及其他散裝物料,被廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、港口等行業(yè)。單車翻車機(jī)系統(tǒng)卸車效率為20-25節(jié)/小時(shí)，與其他散料卸車方式相比，有價(jià)格低廉、安全環(huán)保、節(jié)能高效的優(yōu)點(diǎn)，對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重大的現(xiàn)實(shí)意義，也是制造廠家在科學(xué)發(fā)展觀理論上一個具體的實(shí)現(xiàn)。

目前，翻車機(jī)自動化控制領(lǐng)域大多使用具有較高市場占有率的國外軟件，如Ifix，Intouch，RSVIEW等，但由于語言能力、售后服務(wù)及價(jià)格等因素，國內(nèi)廠家也逐漸開始使用逐步成熟起來的國產(chǎn)軟件，如組態(tài)王、力控等。經(jīng)過比較，選用組態(tài)王6.52軟件作為翻車機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺，具有可靠性高、開發(fā)周期短、成本低廉、擴(kuò)展和兼容性好等優(yōu)勢。

翻車機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器PLC、組態(tài)軟件、變頻調(diào)速技術(shù)以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，結(jié)合翻車機(jī)系統(tǒng)本身的工藝特性，形成了集現(xiàn)場信號自動檢測、設(shè)備自動控制、異常和故障報(bào)警或停止、故障和操作記錄的追憶和分析，以及自動形成運(yùn)行報(bào)表的智能監(jiān)控系統(tǒng)。

1 功能設(shè)計(jì)

翻車機(jī)控制系統(tǒng)是一個連鎖信號比較復(fù)雜的系統(tǒng)，由多個設(shè)備之間相互協(xié)作來運(yùn)行。每個設(shè)備的動作必須在滿足其自身或其它設(shè)備狀態(tài)條件時(shí)才能執(zhí)行，否則就可能出現(xiàn)重大設(shè)備事故。系統(tǒng)采用變頻電機(jī)和液壓缸為動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由可編程邏輯控制器（PLC）判斷條件，并發(fā)出信號動作，以達(dá)到牽引重車、翻車、遷車、空車線排空的目的。PLC采集現(xiàn)場的各種信號，通過運(yùn)算和處理輸出給變頻器控制板速度和方向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及速度的多種切換；同時(shí)，模擬量信號采集板（TB2）控制板上的模擬量信號，經(jīng)過PLC的運(yùn)算傳到翻車機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。同樣地，PLC通過采集現(xiàn)場信號，判斷處理，控制電磁閥輸出來執(zhí)行各種動作。上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)置一個操作員站，一臺工程師站，分別通過以太網(wǎng)交換機(jī)連接到PLC。

翻車機(jī)控制系統(tǒng)硬件主要由Quantumn PLC及其DI、DO、AI、NOE以太網(wǎng)模塊、研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、惠普打印機(jī)、交流變頻器AB700S、4～20mA電流隔離變送器和4～20mA壓力變送器組成。

本翻車機(jī)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

（1）建立集中管理、過程監(jiān)視的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)翻車機(jī)系統(tǒng)卸車全過程的全自動作業(yè)，達(dá)到“現(xiàn)場無人看守，操作站一人值班”的目的；

（2）圖形界面模擬設(shè)備實(shí)際工況，通過計(jì)算機(jī)操作直接對翻車機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制；

（3）各類故障的界面顯示、報(bào)警提示，歷史記錄和故障查詢。故障類型、故障原因及處理方法可通過打印接口直接打印輸出；

（4）歷史操作及報(bào)警的記錄和查詢，并打印所需信息；

（5）電機(jī)電流、壓車壓力的歷史記錄和查詢；

（6）自動記錄翻車數(shù)量,并分別按班次、日、周、月進(jìn)行統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果按格式選擇性打印或存儲。

1.1 操作權(quán)限設(shè)計(jì)

圖1 用戶權(quán)限邏輯示意圖

組態(tài)王6.52通過給操作員和畫面對象分配權(quán)限值、并比較兩者權(quán)限值的大小來實(shí)現(xiàn)操作權(quán)限的控制，即：操作員只能打開比自身權(quán)限值小的畫面對象。本系統(tǒng)為操作員級別定義為運(yùn)行級、班長級、維護(hù)級，并分別分配權(quán)限值9、99和999?；诖?，開機(jī)后用戶自動進(jìn)入登陸畫面，需通過選擇相應(yīng)的操作員級別且正確輸入密碼來完成登錄操作并進(jìn)行其他動作。其中，運(yùn)行級能夠進(jìn)行設(shè)備送電、設(shè)備操作及信號監(jiān)視；班長級除具有運(yùn)行人員的權(quán)限外，還具有解除部分設(shè)備連鎖信號、對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試操作、以及報(bào)表打印的權(quán)限；維護(hù)級具有最高權(quán)限，除具備運(yùn)行和班長級權(quán)限外，還能夠退出和修改控制系統(tǒng)、調(diào)出歷史數(shù)據(jù)、了解近期設(shè)備故障和分析事故責(zé)任。而且，在注銷登陸用戶后，本系統(tǒng)還通過權(quán)限限制了其他人員進(jìn)入控制系統(tǒng)主頁面，保證了系統(tǒng)操作的安全性。用戶權(quán)限邏輯如圖1所示。

1.2 監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)

圖2 翻車機(jī)控制系統(tǒng)主畫面示意圖

圖2為翻車機(jī)控制系統(tǒng)主畫面示意圖，實(shí)際使用中可適當(dāng)增加顏色達(dá)到美觀效果。畫面最上方顯示的為系統(tǒng)控制方式和登錄用戶等信息；中部為電流壓力的實(shí)時(shí)數(shù)字展示和操作控制；而最下方的則為一排畫面切換按鈕，以實(shí)現(xiàn)快速地切換到操作導(dǎo)航、信號監(jiān)視、模擬操作、實(shí)時(shí)曲線、歷史趨勢、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表畫面。在此畫面中，登錄的高權(quán)限值用戶可以監(jiān)視及控制系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行的圖形、模擬量及動畫，并對設(shè)備進(jìn)行操作。

1.3 趨勢曲線界面設(shè)計(jì)

組態(tài)王6.52不僅能夠以數(shù)值的形式表示實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)還能通過曲線的方式來展示。在系統(tǒng)運(yùn)行啟動時(shí)，某些重要的信息如主電機(jī)電流、壓車壓力等，采取后臺記憶的方式進(jìn)行記錄，這一方面能為實(shí)時(shí)和歷史曲線提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，另一方面還能方便維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備檢修。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)曲線通過工具箱內(nèi)實(shí)時(shí)趨勢曲線按鈕實(shí)現(xiàn)；而歷史趨勢曲線則是通過調(diào)用KVHTrend曲線控件來完成，該歷史曲線控件不但可以實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)后臺存儲歷史數(shù)據(jù)的曲線繪制，還可以將ODBC數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)記錄以曲線形式進(jìn)行展示，且在運(yùn)行狀態(tài)下具有在線動態(tài)增加/刪除曲線、曲線圖表無級縮放、曲線動態(tài)比較和打印等功能。

1.4 歷史報(bào)警及事件查詢設(shè)計(jì)

圖3 歷史報(bào)警及事件查詢界面示意圖

圖3為翻車機(jī)控制系統(tǒng)歷史報(bào)警及事件查詢界面示意圖。本控制系統(tǒng)需要記錄的數(shù)據(jù)類型為故障報(bào)警和操作記錄。對于這兩種類型的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示可由組態(tài)王自帶的實(shí)時(shí)報(bào)警功能來實(shí)現(xiàn)；而歷史展示則是通過組態(tài)王的ODBC接口將數(shù)據(jù)存儲到ACCESS數(shù)據(jù)庫中，然后調(diào)用查詢控件KVADODBGrid，以完成歷史故障報(bào)警及操作記錄的條件查詢和打印，條件查詢方式分為按時(shí)間查詢、按類型查詢及自定義條件查詢。通過歷史報(bào)警及事件的查詢，則可對設(shè)備故障及操作記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，明確設(shè)備在工作時(shí)的缺陷與不足，為翻車機(jī)的操作管理提供了可靠的事實(shí)依據(jù)，進(jìn)而為逐步提高翻車自動化工作效率打下了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.5 翻車機(jī)運(yùn)行報(bào)表設(shè)計(jì)

圖4 翻車機(jī)運(yùn)行報(bào)表示意圖

圖4為翻車機(jī)控制系統(tǒng)的翻車機(jī)運(yùn)行報(bào)表。翻車機(jī)報(bào)表按天和班次自動生成，報(bào)表內(nèi)容包括翻車機(jī)時(shí)間、翻車數(shù)、翻車班次、以及操作人員信息。本系統(tǒng)報(bào)表頁面中，通過“刷新列表”按鈕可在COMBOX控件中查詢出所有最新的報(bào)表文件，選擇相應(yīng)的報(bào)表名并按下“載入報(bào)表”按鈕后，所選擇的報(bào)表便顯示在左側(cè)的報(bào)表框中，另外通過“打印預(yù)覽”和“打印”按鈕則可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前顯示報(bào)表的打印預(yù)覽和打印功能，如圖4所示。管理人員通過查看翻車機(jī)報(bào)表，可及時(shí)了解翻車機(jī)運(yùn)行狀況，并對翻車機(jī)工作提出指導(dǎo)性意見。

2 結(jié)束語

翻車機(jī)控制系統(tǒng)采用組態(tài)王6.52作為開發(fā)及運(yùn)行平臺，縮短了監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低了監(jiān)控系統(tǒng)的投資，完善了組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)在翻車機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，滿足了翻車機(jī)行業(yè)日益增長的現(xiàn)代設(shè)備高度自動化的要求。雖然翻車機(jī)控制系統(tǒng)是一個信號非常復(fù)雜的系統(tǒng)，運(yùn)行中需要注意的信號較多，但經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行和檢測，本翻車機(jī)控制系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲與查詢、歷史趨勢記錄與展示、翻車機(jī)報(bào)表等組態(tài)功能，成功實(shí)現(xiàn)了翻車機(jī)工作監(jiān)視及自動/手動控制，達(dá)到了實(shí)時(shí)/歷史運(yùn)行狀態(tài)人性化展示的目的，且豐富了監(jiān)控系統(tǒng)的信號表達(dá)方式，為翻車機(jī)操作員及管理者提供了便捷的工作方式，同時(shí)為翻車機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

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