1 引言
從國內(nèi)外的發(fā)展趨勢上看，實現(xiàn)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(shè)備。對控制系統(tǒng)硬件線路和PLC的程序加以改進，便可以通過HMI進行參數(shù)設(shè)置、故障報警和屏幕操作，實現(xiàn)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(yè)效率。
2 取料機半自動取料特點
生產(chǎn)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(shè)定取料數(shù)量、旋回區(qū)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(yè)。首先由啟動一側(cè)旋回區(qū)域自動向另一側(cè)旋回取料，到達旋回區(qū)域的另一側(cè)后，走行自動按設(shè)定值進行寸動，到達要求的寸動距離后，作反向旋回運轉(zhuǎn)，周而復始直到達到設(shè)定的取料數(shù)量。
3系統(tǒng)組成
整個控制系統(tǒng)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(tài)顯示，報警信息的顯示、復位，參數(shù)的設(shè)置及調(diào)整等，組態(tài)軟件采用XBT-L1000。PLC主機采用ModBus工業(yè)通信協(xié)議與機載觸摸屏進行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)總圖結(jié)構(gòu)圖（見圖1）
圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
3.1 采用MODBUS通訊協(xié)議
HMI人機交互系統(tǒng)、PLC主站與分站之間的通訊方式、通訊協(xié)議和電氣要求多種多樣。有profibus、genis、rs232等。本系統(tǒng)將根據(jù)實際情況選用ModBus方式，充分滿足系統(tǒng)開發(fā)和運行需要。
取料機是現(xiàn)場移動大型設(shè)備，并且它的大車部分和旋臂部分來回頻繁旋轉(zhuǎn)，如果采用傳統(tǒng)的控制方案，勢必要鋪設(shè)大量的控制和信號電纜，浪費大量的人力、物力，同時使系統(tǒng)復雜，而且大車部分和旋臂部分之間的電纜，由于旋轉(zhuǎn)頻繁還經(jīng)常扭斷，可靠性很差。考慮到實際情況本系統(tǒng)采用可靠的ModBus工業(yè)通信協(xié)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(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)易于擴展。
3.2智能檢測裝置
為提高設(shè)備性能以及實現(xiàn)機側(cè)半自動取料的需要，在懸臂皮帶側(cè)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(cè)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(cè)安裝旋回編碼器及接手裝置；俯仰側(cè)增加俯仰編碼器及接手裝置；操作室增加機側(cè)手動取料方式/機側(cè)半自動取料方式切換開關(guān)，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(shè)備和HMI作為控制和監(jiān)視使用。
4軟件設(shè)計
4.1 PLC程序設(shè)計
本系統(tǒng)采用Concept2.6軟件進行程序設(shè)計，通過操作臺上的選擇開關(guān),可以選擇三種操作模式:手動、聯(lián)動、自動。手動模式為檢修作業(yè)模式，在這種模式下，操作人員通過操作臺的選擇開關(guān)、按鈕可以單獨運行某臺設(shè)備，設(shè)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(shè)備的運轉(zhuǎn)，如皮帶上的金檢、打滑、跑偏等均不影響皮帶的運轉(zhuǎn)。
聯(lián)動模式為正常作業(yè)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(yè)時會造成皮帶停車。皮帶新增了金屬檢測保護，作業(yè)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(shè)備的狀態(tài)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(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)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(xù)20s超過1200噸/小時，皮帶啟動蜂鳴器會響。聯(lián)動取料流程圖如圖2所示。
圖2 聯(lián)動取料流程圖
4.2組態(tài)軟件設(shè)計
采用XBT-L1000工控軟件編制，觸摸屏作為HMI人機界面，用作設(shè)備工作狀態(tài)顯示、報警信息顯示、參數(shù)設(shè)置、復位等。該監(jiān)控組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
圖3監(jiān)控組態(tài)軟件框圖
（1） 人機參數(shù)設(shè)置界面
控制、操作方便，能對系統(tǒng)被控設(shè)備進行實時控制，如啟停設(shè)備、在線設(shè)置系統(tǒng)的某些工藝參數(shù)等，
（2） 實時畫面監(jiān)視功能
用圖形、數(shù)值實時地顯示現(xiàn)場被控設(shè)備的運行情況以及狀態(tài)參數(shù)，使生產(chǎn)操作人員快速了解整個系統(tǒng)主要的設(shè)備運行情況。
（3）報警功能
當參數(shù)超過設(shè)定范圍后或設(shè)備發(fā)生故障時，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級的聲光報警，屏幕顯示報警信息，操作人員根據(jù)報警信息切換到相應(yīng)監(jiān)控畫面，可以立即排除故障。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)具有節(jié)約投資、維護方便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。實踐證明本系統(tǒng)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(shè)計要求，達到了預期使用效果，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。