陳先臻

（永安煤業(yè)有限公司仙亭煤礦，福建 大田 366102）

前言

隨著經(jīng)濟和科學的發(fā)展，現(xiàn)代化的生產(chǎn)任務(wù)也變得越來越復(fù)雜，同時，對各種自動化生產(chǎn)的要求也越來越高。此環(huán)節(jié)下，各種自動化生產(chǎn)過程的可視化變得尤為重要。在整個自動化體系中，從下到上大體可分為四個層級：數(shù)據(jù)采集層及執(zhí)行層，現(xiàn)場控制層，現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控層，中心管理層?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層：包括各種傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備，負責工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行各種控制命令?，F(xiàn)場控制層：PLC邏輯控制設(shè)備，負責對采集的數(shù)據(jù)進行處理并輸出對執(zhí)行機構(gòu)的控制信號?，F(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控層：主要是指各種現(xiàn)場設(shè)備的人機接口，包括各種操作面板和工業(yè)電腦，負責在現(xiàn)場控制底層各種設(shè)備，使各種控制過程可視化。由此可得知結(jié)論，人機界面在整個自動化體系中處于承上啟下的一個位置，通過連接PLC，完成現(xiàn)場設(shè)備的邏輯控制管理并實時監(jiān)視狀態(tài)。

一、系統(tǒng)硬件的組成

以永安煤業(yè)有限公司仙亭煤礦201采區(qū)絞車為例，變頻器控制絞車電機轉(zhuǎn)速，當絞車某個保護開關(guān)觸發(fā)時，PLC立即輸出停機指令，絞車停機，與此同時人機界面上顯示報某個保護動作。

（一）變頻器選用英飛凌FF450R17ME4系列四象限變頻器，工作電壓660V，該變頻器具有高可靠性，低噪聲，高節(jié)能，保護功能完善，內(nèi)建功能強大的RS-485串行通信接口，現(xiàn)場采用PLC輸出模擬量控制方式。

（二）PLC做為絞車控制單元，是整個系統(tǒng)的控制核心，選用西門子S7-200 226CPU CN，并采用擴展端口添加模擬量輸入輸出模塊。PLC接有以下功能：過卷過放保護、超速保護、過負荷和欠電壓保護、限速保護、提升容器位置指示保護、閘瓦間隙保護、松繩保護、減速功能保護，液壓制動系統(tǒng)、正轉(zhuǎn)選擇、反轉(zhuǎn)選擇、停止、復(fù)位、油泵啟動信號、停止信號、油泵切換、模擬量值給定、絞車正反轉(zhuǎn)輸出、變頻器的合閘輸出、故障輸出等。

（三）人機界面采用昆侖通泰TPC7062KS，彩色10.4寸，可用MCGS組態(tài)軟件進行編輯。

（四）PLC和人機界面通訊采用PPI數(shù)據(jù)線：PPI 按RS-485串行通信方式，兩根線完成通訊；而且平衡發(fā)送接收方式，具有傳輸距離長、抗干擾能力強等特點。

通過一臺裝有V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9軟件的筆記本編寫絞車電控程序，以安全保護PLC程序為例，把PLC的輸入點高低電平兩種信號顯示在人機界面上。圖1

二、人機界面組態(tài)畫面設(shè)計及通訊

（一）根據(jù)西門子S7-200 PLC輸入輸出點，用MCGS軟件組態(tài)設(shè)計的模擬運行畫面。

人機界面的設(shè)計具體可概括為4個步驟：

1.建立新工程項目

工程名稱：“XX煤礦采區(qū)絞車安全回路”。窗口名稱：“XX煤礦采區(qū)絞車安全回路”。窗口內(nèi)容注釋：“煤礦絞車電控保護指示燈變換顏色”

2.實時數(shù)據(jù)庫定義對象

在實時數(shù)據(jù)庫窗口，單擊新增對象，添加以下5個開關(guān)對象：過卷過放保護、超速保護、限速保護、閘瓦間隙保護、松繩保護。

3.制作圖形畫面

添加1個指示燈元件：在工具箱中單擊“插入元件”按鈕，彈出“對象元件庫管理”窗口，選擇“指示燈”庫中的一個圖形對象，用復(fù)制粘貼完成剩下4個指示燈。

4.添加1個標簽元件：在工具箱中單擊“A”，在窗口拉伸標簽的大小，雙擊標簽在擴展屬性中輸入“過卷保護”，用復(fù)制粘貼完成剩下4個標簽注釋。

5.建立動畫連接

在工作臺用戶窗口雙擊“XX煤礦采區(qū)絞車安全回路”窗口，進入“XX煤礦采區(qū)絞車安全回路”畫面。

6.建立指示燈的動畫連接

單擊畫面中第一個指示燈，彈出“單元屬性設(shè)置”對話框，在“動畫連接”頁中，點開連接表達式，選擇已定義好的對象“過卷過放指示燈”，設(shè)置后單擊確認完成；其余四個指示燈的動畫連接以此類推。

7.標簽動畫組態(tài)設(shè)計連接

單擊畫面標簽的“過卷過放指示燈”，彈出“屬性設(shè)置”，動畫連接前面“填充顏色”打鉤，在填充顏色表達式選擇已定義好的對象“過卷過放指示燈”，設(shè)置后單擊確認完成；其余四個標簽動畫連接以此類推。

（二）通訊

PPI數(shù)據(jù)線是人機界面和PLC信息交換信息的橋梁，西門子的PLC通過集成的通信端口或通過通信集成器。PLC做為從站，人機界面做為主站，主站和從站的通訊格式必須一致才能通訊正常。

1.在MCGS設(shè)備窗口設(shè)置PLC和人機界面的設(shè)置通道。

在MCGS組態(tài)環(huán)境工作臺的“設(shè)備窗口”選項頁，在下側(cè)雙擊“設(shè)備窗口”，出現(xiàn)“設(shè)備組態(tài)：設(shè)備窗口”，單擊工具條上的“工具箱”按鈕，彈出“設(shè)備工具箱”窗口。

①單擊“設(shè)備管理”按鈕，彈出“設(shè)備管理”窗口。在“可選設(shè)備”列表中雙擊“通用串口父設(shè)備”，將其添加到右側(cè)的“選定設(shè)備”列表中。

②選擇所有設(shè)備→PLC設(shè)備→西門子→西門子S7-200PPI系列編程口，單擊“增加”按鈕，將選定設(shè)備添加到“設(shè)備工具箱”窗口中。

③在“設(shè)備工具箱”窗口下雙擊“通用串口父設(shè)備”，“設(shè)備組態(tài)：設(shè)備窗口”中出現(xiàn)“通用串口父設(shè)備0-{通用串口父設(shè)備}”。同理，在“設(shè)備工具箱”窗口雙擊“西門子S7-200PPI系列編程口”，添加設(shè)備完成。

2.設(shè)備屬性

①雙擊“通用串口父設(shè)備”，彈出設(shè)備屬性對話框。在“基本屬性”頁中設(shè)置：串口端號為“0-COM1”，通信波特率為 “6-9600”，數(shù)據(jù)位數(shù)為“0-7”，停止位位數(shù)為“0-1”，數(shù)據(jù)校驗方式為“2-偶校驗”，參數(shù)設(shè)置完畢，單擊“確認”按鈕。

②雙擊“西門子S7-200PPI系列編程口”，彈出“設(shè)備屬性設(shè)置”對話框，選擇基本屬性頁中的“設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性”，單擊圖標彈出西門子S7-200系列編程口通道屬性設(shè)置

③在“設(shè)備屬性設(shè)置”窗口選擇“通道連接”頁，選擇通道1對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象單元格，單擊右鍵彈出連接對象對話框，雙擊選擇要連接的“過卷過放指示燈”對象。同理連接通道2-通道8對應(yīng)的對象。

④在“設(shè)備屬性設(shè)置”窗口選擇“設(shè)備調(diào)試”頁，用鼠標長按通道2對應(yīng)數(shù)據(jù)對象通道單元格，通道值由“0”變?yōu)椤?”，PLC對應(yīng)通道指示燈亮。特殊有例外，PLC的輸入點，在組態(tài)軟件只能讀取狀態(tài)值，M寄存器、Q寄存器、V寄存器均可通道設(shè)置。通訊成功如圖所示。

三、人機界面的特點

人機界面是新一代高科技可編程終端，專為PLC而設(shè)計的的互動式工作站，具備與各品牌PLC連線監(jiān)控能力，特別適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用。其主要特點有：（一）畫面容量大，最多可達255個畫面。（二）MCGS全中文操作軟件，指令豐富，編程簡單。（三）交互性好，抗干擾能力強，通信可靠性高。（四）自動化程度高，操作簡單方便，故障率低，壽命長，維修量少。

四、人機界面的功能

人機界面的主要功能有：（一）設(shè)計者可根據(jù)需要編輯出各種畫面，實時顯示設(shè)備狀態(tài)或系統(tǒng)的操作指示信息。（二）人機界面上的觸摸按鍵可產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號，或輸入值、字符給PLC進行數(shù)據(jù)交換，從而產(chǎn)生相應(yīng)的動作控制設(shè)備的運行。（三）可多幅畫面重疊或切換顯示，顯示文字、數(shù)字、圖形、字符串、警報信息、歷史記錄、趨勢圖。

五、結(jié)語

本系統(tǒng)自2019年3月開工投運以來，系統(tǒng)運行可靠平穩(wěn)，數(shù)據(jù)準確及時，當要更改減速距離與速度設(shè)定值時，可直接在人機界面上設(shè)定；作為人機交互工具，簡單直觀，便于操作。在實際應(yīng)用中已取得良好的效果，值得推廣到其他行業(yè)應(yīng)用。