人机界面在变频绞车的应用

陈先臻

（永安煤业有限公司仙亭煤矿，福建 大田 366102）

前言

随着经济和科学的发展，现代化的生产任务也变得越来越复杂，同时，对各种自动化生产的要求也越来越高。此环节下，各种自动化生产过程的可视化变得尤为重要。在整个自动化体系中，从下到上大体可分为四个层级：数据采集层及执行层，现场控制层，现场设备监控层，中心管理层。现场数据采集层：包括各种传感器、执行机构等现场设备，负责工业现场的数据采集和执行各种控制命令。现场控制层：PLC逻辑控制设备，负责对采集的数据进行处理并输出对执行机构的控制信号。现场设备监控层：主要是指各种现场设备的人机接口，包括各种操作面板和工业电脑，负责在现场控制底层各种设备，使各种控制过程可视化。由此可得知结论，人机界面在整个自动化体系中处于承上启下的一个位置，通过连接PLC，完成现场设备的逻辑控制管理并实时监视状态。

一、系统硬件的组成

以永安煤业有限公司仙亭煤矿201采区绞车为例，变频器控制绞车电机转速，当绞车某个保护开关触发时，PLC立即输出停机指令，绞车停机，与此同时人机界面上显示报某个保护动作。

（一）变频器选用英飞凌FF450R17ME4系列四象限变频器，工作电压660V，该变频器具有高可靠性，低噪声，高节能，保护功能完善，内建功能强大的RS-485串行通信接口，现场采用PLC输出模拟量控制方式。

（二）PLC做为绞车控制单元，是整个系统的控制核心，选用西门子S7-200 226CPU CN，并采用扩展端口添加模拟量输入输出模块。PLC接有以下功能：过卷过放保护、超速保护、过负荷和欠电压保护、限速保护、提升容器位置指示保护、闸瓦间隙保护、松绳保护、减速功能保护，液压制动系统、正转选择、反转选择、停止、复位、油泵启动信号、停止信号、油泵切换、模拟量值给定、绞车正反转输出、变频器的合闸输出、故障输出等。

（三）人机界面采用昆仑通泰TPC7062KS，彩色10.4寸，可用MCGS组态软件进行编辑。

（四）PLC和人机界面通讯采用PPI数据线：PPI 按RS-485串行通信方式，两根线完成通讯；而且平衡发送接收方式，具有传输距离长、抗干扰能力强等特点。

通过一台装有V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9软件的笔记本编写绞车电控程序，以安全保护PLC程序为例，把PLC的输入点高低电平两种信号显示在人机界面上。图1

二、人机界面组态画面设计及通讯

（一）根据西门子S7-200 PLC输入输出点，用MCGS软件组态设计的模拟运行画面。

人机界面的设计具体可概括为4个步骤：

1.建立新工程项目

工程名称：“XX煤矿采区绞车安全回路”。窗口名称：“XX煤矿采区绞车安全回路”。窗口内容注释：“煤矿绞车电控保护指示灯变换颜色”

2.实时数据库定义对象

在实时数据库窗口，单击新增对象，添加以下5个开关对象：过卷过放保护、超速保护、限速保护、闸瓦间隙保护、松绳保护。

3.制作图形画面

添加1个指示灯元件：在工具箱中单击“插入元件”按钮，弹出“对象元件库管理”窗口，选择“指示灯”库中的一个图形对象，用复制粘贴完成剩下4个指示灯。

4.添加1个标签元件：在工具箱中单击“A”，在窗口拉伸标签的大小，双击标签在扩展属性中输入“过卷保护”，用复制粘贴完成剩下4个标签注释。

5.建立动画连接

在工作台用户窗口双击“XX煤矿采区绞车安全回路”窗口，进入“XX煤矿采区绞车安全回路”画面。

6.建立指示灯的动画连接

单击画面中第一个指示灯，弹出“单元属性设置”对话框，在“动画连接”页中，点开连接表达式，选择已定义好的对象“过卷过放指示灯”，设置后单击确认完成；其余四个指示灯的动画连接以此类推。

7.标签动画组态设计连接

单击画面标签的“过卷过放指示灯”，弹出“属性设置”，动画连接前面“填充颜色”打钩，在填充颜色表达式选择已定义好的对象“过卷过放指示灯”，设置后单击确认完成；其余四个标签动画连接以此类推。

（二）通讯

PPI数据线是人机界面和PLC信息交换信息的桥梁，西门子的PLC通过集成的通信端口或通过通信集成器。PLC做为从站，人机界面做为主站，主站和从站的通讯格式必须一致才能通讯正常。

1.在MCGS设备窗口设置PLC和人机界面的设置通道。

在MCGS组态环境工作台的“设备窗口”选项页，在下侧双击“设备窗口”，出现“设备组态：设备窗口”，单击工具条上的“工具箱”按钮，弹出“设备工具箱”窗口。

①单击“设备管理”按钮，弹出“设备管理”窗口。在“可选设备”列表中双击“通用串口父设备”，将其添加到右侧的“选定设备”列表中。

②选择所有设备→PLC设备→西门子→西门子S7-200PPI系列编程口，单击“增加”按钮，将选定设备添加到“设备工具箱”窗口中。

③在“设备工具箱”窗口下双击“通用串口父设备”，“设备组态：设备窗口”中出现“通用串口父设备0-{通用串口父设备}”。同理，在“设备工具箱”窗口双击“西门子S7-200PPI系列编程口”，添加设备完成。

2.设备属性

①双击“通用串口父设备”，弹出设备属性对话框。在“基本属性”页中设置：串口端号为“0-COM1”，通信波特率为 “6-9600”，数据位数为“0-7”，停止位位数为“0-1”，数据校验方式为“2-偶校验”，参数设置完毕，单击“确认”按钮。

②双击“西门子S7-200PPI系列编程口”，弹出“设备属性设置”对话框，选择基本属性页中的“设置设备内部属性”，单击图标弹出西门子S7-200系列编程口通道属性设置

③在“设备属性设置”窗口选择“通道连接”页，选择通道1对应的数据对象单元格，单击右键弹出连接对象对话框，双击选择要连接的“过卷过放指示灯”对象。同理连接通道2-通道8对应的对象。

④在“设备属性设置”窗口选择“设备调试”页，用鼠标长按通道2对应数据对象通道单元格，通道值由“0”变为“1”，PLC对应通道指示灯亮。特殊有例外，PLC的输入点，在组态软件只能读取状态值，M寄存器、Q寄存器、V寄存器均可通道设置。通讯成功如图所示。

三、人机界面的特点

人机界面是新一代高科技可编程终端，专为PLC而设计的的互动式工作站，具备与各品牌PLC连线监控能力，特别适于在恶劣的工业环境中使用。其主要特点有：（一）画面容量大，最多可达255个画面。（二）MCGS全中文操作软件，指令丰富，编程简单。（三）交互性好，抗干扰能力强，通信可靠性高。（四）自动化程度高，操作简单方便，故障率低，寿命长，维修量少。

四、人机界面的功能

人机界面的主要功能有：（一）设计者可根据需要编辑出各种画面，实时显示设备状态或系统的操作指示信息。（二）人机界面上的触摸按键可产生相应的开关信号，或输入值、字符给PLC进行数据交换，从而产生相应的动作控制设备的运行。（三）可多幅画面重叠或切换显示，显示文字、数字、图形、字符串、警报信息、历史记录、趋势图。

五、结语

本系统自2019年3月开工投运以来，系统运行可靠平稳，数据准确及时，当要更改减速距离与速度设定值时，可直接在人机界面上设定；作为人机交互工具，简单直观，便于操作。在实际应用中已取得良好的效果，值得推广到其他行业应用。