1 引言
從國內外的發展趨勢上看，實現移動機的自動取料工作方式是必然的方向。為此，在大型取料機上增加HMI人機交互畫面和部分硬件設備。對控制系統硬件線路和PLC的程序加以改進，便可以通過HMI進行參數設置、故障報警和屏幕操作，實現半自動取料功能，增強判斷和處理故障的能力，降低勞動強度，大大提高作業效率。
2 取料機半自動取料特點
生產中，操作人員將取料機手動定位至料堆切入處，通過操作臺上的HMI人機界面設定取料數量、旋回區域和步進距離，然后切換至半自動取料模式，通過HMI半自動取料啟動按鈕，進行自動取料作業。首先由啟動一側旋回區域自動向另一側旋回取料，到達旋回區域的另一側后，走行自動按設定值進行寸動，到達要求的寸動距離后，作反向旋回運轉，周而復始直到達到設定的取料數量。
3 系統組成
整個控制系統由一套機載 PLC和一臺XBT型觸摸屏組成。其中 PLC主機采用QUANTUM系列140CPU11303；主要模塊：1塊CRP-93X-00，1塊CRA-93X-00, 4塊DDI-841-00，2塊DAI-740-00， 2塊DRA-840-00，1塊AVI-030-00，1塊AVO-020-00；觸摸屏作為HMI人機界面，用作機器工作狀態顯示，報警信息的顯示、復位，參數的設置及調整等，組態軟件采用XBT-L1000。PLC主機采用ModBus工業通信協議與機載觸摸屏進行數據交換。 系統總圖結構圖（見圖1）
3.1 采用MODBUS通訊協議
HMI人機交互系統、PLC主站與分站之間的通訊方式、通訊協議和電氣要求多種多樣。有profibus、genis、rs232等。本系統將根據實際情況選用ModBus方式，充分滿足系統開發和運行需要。
取料機是現場移動大型設備，并且它的大車部分和旋臂部分來回頻繁旋轉，如果采用傳統的控制方案，勢必要鋪設大量的控制和信號電纜，浪費大量的人力、物力，同時使系統復雜，而且大車部分和旋臂部分之間的電纜，由于旋轉頻繁還經常扭斷，可靠性很差。考慮到實際情況本系統采用可靠的ModBus工業通信協議，取料機控制室的PLC主機和分站，用1根RG6同軸電纜連接起來進行通訊。這樣可以降低成本，同時提高系統的可靠性，使系統易于擴展。
3.2智能檢測裝置
為提高設備性能以及實現機側半自動取料的需要，在懸臂皮帶側增加一個皮帶打滑裝置，2個皮帶檢測跑偏裝置，金屬檢測裝置及一臺電子稱；在走行側安裝走行編碼器及編碼器接手，用于檢測取料機走行位置，在料場兩頭各增加一套走行極限保護裝置；旋回側安裝旋回編碼器及接手裝置；俯仰側增加俯仰編碼器及接手裝置；操作室增加機側手動取料方式/機側半自動取料方式切換開關，一套UPS及一臺施耐德觸摸屏作為HMI界面。所有電氣信號都將納入PLC設備和HMI作為控制和監視使用。
4 軟件設計
4.1 PLC程序設計
本系統采用Concept2.6軟件進行程序設計，通過操作臺上的選擇開關,可以選擇三種操作模式:手動、聯動、自動。手動模式為檢修作業模式，在這種模式下，操作人員通過操作臺的選擇開關、按鈕可以單獨運行某臺設備，設備運行條件比較簡單，除了一些基本的電機電氣保護外，均不影響設備的運轉，如皮帶上的金檢、打滑、跑偏等均不影響皮帶的運轉。
聯動模式為正常作業時的取料模式，在這種模式下：皮帶新增了打滑、跑偏保護，作業時會造成皮帶停車。皮帶新增了金屬檢測保護，作業時金屬檢測保護會造成皮帶停車，操作人員必須撿出皮帶上的金屬后，在操作臺上復位方可重新啟動。新增觸摸屏HMI上，操作人員可以看到設備的狀態指示、報警指示、位置指示（旋回角度、走行位置、俯仰高度等）。旋回速度的控制采用4~20MA的模擬量控制,左旋和右旋各分為6檔速度控制,操作人員通過旋回操作手柄的左旋、右旋、旋回減、旋回切控制回轉。回轉速度及方向在HMI上均有指示。新增一套電子稱裝置，HMI上有瞬時流量和累計量指示。當取料瞬時流量連續20s超過1200噸/小時，皮帶啟動蜂鳴器會響。聯動取料流程圖如圖2所示。
4.2組態軟件設計
采用XBT-L1000工控軟件編制，觸摸屏作為HMI人機界面，用作設備工作狀態顯示、報警信息顯示、參數設置、復位等。該監控組態軟件的結構框圖如圖3所示。
（1） 人機參數設置界面
控制、操作方便，能對系統被控設備進行實時控制，如啟停設備、在線設置系統的某些工藝參數等，參數設置畫面如圖4所示。
（2） 實時畫面監視功能
用圖形、數值實時地顯示現場被控設備的運行情況以及狀態參數，使生產操作人員快速了解整個系統主要的設備運行情況。
（3）報警功能
當參數超過設定范圍后或設備發生故障時，可根據不同的需要發出不同等級的聲光報警，屏幕顯示報警信息，操作人員根據報警信息切換到相應監控畫面，可以立即排除故障。
5 結束語
該系統具有節約投資、維護方便、性能穩定可靠等優點。實踐證明本系統具有較強的抗干擾能力，操作簡單方便。自投入使用后，其各項性能指標均滿足了工藝設計要求，達到了預期使用效果，創造了良好的經濟效益。