基于組態王的磁動力輸送控制系統

李海燕

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

1 概述

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

2 控制系統綜述

控制系統采用上下位機結構，系統硬件包括PLC 可編程控制器、工業以太網交換機、工控機。上位機采用組態王6.55 開發軟件。上位機設計有主界面、驅動柜參數設置界面、整流站監測界面等。主界面為車輛運行位置監控和充電放電功能控制，驅動柜參數設置界面可以設置單個驅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。

3 組態控制系統設計

3.1 PLC 與上位機組態王之間的通信

驅動柜接口為以太網接口，執行Modbus TCP 協議，通過交換機連接成通信網絡。每臺下位機硬件為西門子S-1200，通過交換機將全部驅動柜數據集成連接到S-1500，再將數據上傳到工控機，由工控機上的組態王軟件[2]實現數據顯示、故障診斷、控制列車運行的功能。上位機中設置驅動柜為從機，上位機為主機，每臺驅動柜都分配有單獨的IP 地址。

組態王軟件結構由工程管理器、工程瀏覽器、運行系統組成，主要完成數據的采集、通信與動畫顯示的功能。

組態王最核心的部分為數據庫[3]，數據庫作為中介環節將驅動柜的工作狀態及各模擬量數據實時顯示在監控界面上，還將上位機的控制指令迅速傳遞給驅動柜，數據庫是聯系上位機和下位機之間的橋梁。數據庫位于工程管理器中，其中的數據詞典定義數據變量，本系統有內存離散、I/O 實型、內存整數等變量類型。每臺驅動柜有母線電壓、輸出電流、目標速度、實際速度等多個變量。組態王采集的數據存放在數據庫中的數據詞典里。在數據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據記錄，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 人機界面設計

監控界面主要4 部分為：主界面、驅動柜界面、南區數據、北區數據界面；AFE 界面；道岔、裝載站、卸載站。

主界面（見圖1）主要執行驅動柜充電功能，顯示礦車在示范線上的運行軌跡，驅動柜的自由停車或速度模式的狀態顯示，驅動柜的故障報警，南區北區的驅動柜制動控制。驅動柜界面（見圖2）主要顯示變頻器的電壓、電流、頻率、目標速度參數設置以及遠端啟動、制動、接力等運行模式設置，實時數值顯示，故障字顯示。驅動柜附近設置小燈顯示不同的顏色，代表不同的工作運行狀態，白色為自由停車模式、藍色為速度模式、綠色為驅動柜工作狀態、紅色為故障狀態。南區和北區數據主要顯示兩區所有的驅動柜的母線電壓實時監測值、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和運行控制狀態。

圖1 磁動力輸送系統主界面

圖2 驅動柜界面

圖3 兩列車控制流程圖

圖4 磁動力輸送系統示范線

3.3 動態連接

在主界面設計的線路礦車運行信號指示燈的動態變化是依據變量的變化，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信號。

3.4 報警及故障分析

控制系統中運行報警和事件記錄是必不可少的功能。當設備出現故障，如常見的變頻器過流故障、通訊故障、閉鎖開關故障等情況時，系統自動產生故障報警，小燈變為紅色，點開故障驅動柜，顯示驅動柜故障字，對應故障字可以查詢故障表分析出故障類型，通過上位機遠端復位或就地修復故障。

3.5 運行程序

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

4 結論

本控制系統基于組態王設計，可實現線路遠程啟停、自動沿線運行、數據實時監測、礦車運行軌跡實時顯示和故障報警分析，系統運行界面內容豐富、自動化程度高、實時性好。