基于組態王軟件的翻車機控制系統的設計及應用

汪 濤

（武漢電力設備廠技術中心,湖北 武漢，430064)

0 引言

翻車機是一種用來翻卸鐵路敞車的大型機械設備，用于翻卸各種標準軌道鐵路敞車運載的煤炭、礦石及其他散裝物料,被廣泛應用于電力、冶金、化工、港口等行業。單車翻車機系統卸車效率為20-25節/小時，與其他散料卸車方式相比，有價格低廉、安全環保、節能高效的優點，對我國經濟的發展有重大的現實意義，也是制造廠家在科學發展觀理論上一個具體的實現。

目前，翻車機自動化控制領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、售后服務及價格等因素，國內廠家也逐漸開始使用逐步成熟起來的國產軟件，如組態王、力控等。經過比較，選用組態王6.52軟件作為翻車機控制系統開發平臺，具有可靠性高、開發周期短、成本低廉、擴展和兼容性好等優勢。

翻車機控制系統應用先進的工業控制計算機、可編程邏輯控制器PLC、組態軟件、變頻調速技術以及工業網絡通訊技術，結合翻車機系統本身的工藝特性，形成了集現場信號自動檢測、設備自動控制、異常和故障報警或停止、故障和操作記錄的追憶和分析，以及自動形成運行報表的智能監控系統。

1 功能設計

翻車機控制系統是一個連鎖信號比較復雜的系統，由多個設備之間相互協作來運行。每個設備的動作必須在滿足其自身或其它設備狀態條件時才能執行，否則就可能出現重大設備事故。系統采用變頻電機和液壓缸為動作執行機構，由可編程邏輯控制器（PLC）判斷條件，并發出信號動作，以達到牽引重車、翻車、遷車、空車線排空的目的。PLC采集現場的各種信號，通過運算和處理輸出給變頻器控制板速度和方向，實現電機的正轉、反轉以及速度的多種切換；同時，模擬量信號采集板（TB2）控制板上的模擬量信號，經過PLC的運算傳到翻車機監控系統中。同樣地，PLC通過采集現場信號，判斷處理，控制電磁閥輸出來執行各種動作。上位機系統設置一個操作員站，一臺工程師站，分別通過以太網交換機連接到PLC。

翻車機控制系統硬件主要由Quantumn PLC及其DI、DO、AI、NOE以太網模塊、研華工業控制計算機、惠普打印機、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。

本翻車機控制系統主要實現的功能有：

（1）建立集中管理、過程監視的計算機系統。實現翻車機系統卸車全過程的全自動作業，達到“現場無人看守，操作站一人值班”的目的；

（2）圖形界面模擬設備實際工況，通過計算機操作直接對翻車機系統進行控制；

（3）各類故障的界面顯示、報警提示，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）歷史操作及報警的記錄和查詢，并打印所需信息；

（5）電機電流、壓車壓力的歷史記錄和查詢；

（6）自動記錄翻車數量,并分別按班次、日、周、月進行統計,統計結果按格式選擇性打印或存儲。

1.1 操作權限設計

圖1 用戶權限邏輯示意圖

組態王6.52通過給操作員和畫面對象分配權限值、并比較兩者權限值的大小來實現操作權限的控制，即：操作員只能打開比自身權限值小的畫面對象。本系統為操作員級別定義為運行級、班長級、維護級，并分別分配權限值9、99和999。基于此，開機后用戶自動進入登陸畫面，需通過選擇相應的操作員級別且正確輸入密碼來完成登錄操作并進行其他動作。其中，運行級能夠進行設備送電、設備操作及信號監視；班長級除具有運行人員的權限外，還具有解除部分設備連鎖信號、對設備進行調試操作、以及報表打印的權限；維護級具有最高權限，除具備運行和班長級權限外，還能夠退出和修改控制系統、調出歷史數據、了解近期設備故障和分析事故責任。而且，在注銷登陸用戶后，本系統還通過權限限制了其他人員進入控制系統主頁面，保證了系統操作的安全性。用戶權限邏輯如圖1所示。

1.2 監控主界面設計

圖2 翻車機控制系統主畫面示意圖

圖2為翻車機控制系統主畫面示意圖，實際使用中可適當增加顏色達到美觀效果。畫面最上方顯示的為系統控制方式和登錄用戶等信息；中部為電流壓力的實時數字展示和操作控制；而最下方的則為一排畫面切換按鈕，以實現快速地切換到操作導航、信號監視、模擬操作、實時曲線、歷史趨勢、實時報警、歷史數據查詢和報表畫面。在此畫面中，登錄的高權限值用戶可以監視及控制系統內運行的圖形、模擬量及動畫，并對設備進行操作。

1.3 趨勢曲線界面設計

組態王6.52不僅能夠以數值的形式表示實時和歷史數據，同時還能通過曲線的方式來展示。在系統運行啟動時，某些重要的信息如主電機電流、壓車壓力等，采取后臺記憶的方式進行記錄，這一方面能為實時和歷史曲線提供數據基礎，另一方面還能方便維護人員進行設備檢修。本系統實時曲線通過工具箱內實時趨勢曲線按鈕實現；而歷史趨勢曲線則是通過調用KVHTrend曲線控件來完成，該歷史曲線控件不但可以實現本系統后臺存儲歷史數據的曲線繪制，還可以將ODBC數據源中的數據記錄以曲線形式進行展示，且在運行狀態下具有在線動態增加/刪除曲線、曲線圖表無級縮放、曲線動態比較和打印等功能。

1.4 歷史報警及事件查詢設計

圖3 歷史報警及事件查詢界面示意圖

圖3為翻車機控制系統歷史報警及事件查詢界面示意圖。本控制系統需要記錄的數據類型為故障報警和操作記錄。對于這兩種類型的數據的實時展示可由組態王自帶的實時報警功能來實現；而歷史展示則是通過組態王的ODBC接口將數據存儲到ACCESS數據庫中，然后調用查詢控件KVADODBGrid，以完成歷史故障報警及操作記錄的條件查詢和打印，條件查詢方式分為按時間查詢、按類型查詢及自定義條件查詢。通過歷史報警及事件的查詢，則可對設備故障及操作記錄進行統計分析，明確設備在工作時的缺陷與不足，為翻車機的操作管理提供了可靠的事實依據，進而為逐步提高翻車自動化工作效率打下了結實的基礎。

1.5 翻車機運行報表設計

圖4 翻車機運行報表示意圖

圖4為翻車機控制系統的翻車機運行報表。翻車機報表按天和班次自動生成，報表內容包括翻車機時間、翻車數、翻車班次、以及操作人員信息。本系統報表頁面中，通過“刷新列表”按鈕可在COMBOX控件中查詢出所有最新的報表文件，選擇相應的報表名并按下“載入報表”按鈕后，所選擇的報表便顯示在左側的報表框中，另外通過“打印預覽”和“打印”按鈕則可實現當前顯示報表的打印預覽和打印功能，如圖4所示。管理人員通過查看翻車機報表，可及時了解翻車機運行狀況，并對翻車機工作提出指導性意見。

2 結束語

翻車機控制系統采用組態王6.52作為開發及運行平臺，縮短了監控系統的開發周期，降低了監控系統的投資，完善了組態王監控系統在翻車機領域的應用，滿足了翻車機行業日益增長的現代設備高度自動化的要求。雖然翻車機控制系統是一個信號非常復雜的系統，運行中需要注意的信號較多，但經過長時間的運行和檢測，本翻車機控制系統通過實時監控、數據存儲與查詢、歷史趨勢記錄與展示、翻車機報表等組態功能，成功實現了翻車機工作監視及自動/手動控制，達到了實時/歷史運行狀態人性化展示的目的，且豐富了監控系統的信號表達方式，為翻車機操作員及管理者提供了便捷的工作方式，同時為翻車機控制系統的現代化發展奠定了夯實的基礎。

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