1. 前言

　　斗輪堆取料機，是大型散裝物料裝卸機械，廣泛用于港口、礦山、鋼廠、電廠等大宗散料如礦石、煤、砂石等在存儲料場的堆放、提取作業(yè)，其工作連續(xù)性強，操作頻繁。斗輪堆取料機傳統(tǒng)的開關量順序控制， 是采用繼電器和接觸器構成的邏輯控制裝置， 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。接觸器（Contactor）是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當接觸器的電磁線圈通電后，會產(chǎn)生很強的磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。這種傳統(tǒng)的控制裝置能在一定的范圍內(nèi)滿足自動控制的需要，但因需要大量的觸點裝置和電纜使其控制線路過于繁復、可靠性差和維修難度大。

　　本文采用西門子觸摸屏TP270 ，西門子 S7-300 可編程控制器， Profibus-DP （ 分布式I/O） 控制機上的各執(zhí)行機構?？刂凭W(wǎng)絡簡單， 系統(tǒng)優(yōu)化， 完全滿足機上的各執(zhí)行機構的控制要求。

　　2. TP270觸摸屏組態(tài)

　　Simatic TP270SIMATIC TP 270型觸摸式面板和OP 270型操作員面板，功能強大，性能卓越，價格低廉，盡可淋漓實現(xiàn)過程控制和監(jiān)視?；赪indows CE操作系統(tǒng)，TP 270/OP 270提供有創(chuàng)新性的操作員控制和監(jiān)視功能以及固有操作員面板的優(yōu)點：堅固耐用，穩(wěn)定可靠，簡便易用。標準硬件/軟件接口保證了極高的柔性度和透明度以及辦公環(huán)境的訪問功能。 TP270的引入能夠大大減少司機室內(nèi)的儀表盤、指示燈、數(shù)碼管等從而減少設備間的布線，使運行更加可靠，同時使設計人員能夠根據(jù)實際情況靈活改變顯示內(nèi)容與方式，大大提高了整機的控制性能和水平。

　　本文采用Protool V6.0進行觸摸屏畫面組態(tài)，根據(jù)斗輪機設備需要及特性，畫面設計總體分為一個主畫面、六個子畫面，其邏輯關系如圖1所示：

　　子畫面共分為四大類：一是畫面操作部分，二是各設備狀態(tài)顯示，及數(shù)據(jù)顯示部分（顯示機上各電機運行電流、行車、回轉、變幅位置數(shù)值）；三是故障顯示及故障報警列表、歷史報警列表（顯示各設備故障指示及故障查詢）等；四是系統(tǒng)設定，在不退出程序的提提下，以方便對觸摸屏本身各參數(shù)的設置。

　　部分PT畫面如圖2、圖3所示：

　　組態(tài)程序編寫完畢，用編程器為TP270程序時，要注意設定TP270的傳送通道及傳送波特率，考慮到速度，本例中波特率設置為115200。

　　3. 系統(tǒng)組成及通訊

　　3.1 系統(tǒng)硬件配置

　　根據(jù)斗輪堆取料機的控制要求，結合目前運用成熟的總線技術，系統(tǒng)采用Profibus總線技術。系統(tǒng)由Profibus-DP網(wǎng)絡和MPI網(wǎng)絡共同組成。 Prof ibus是一種開放式異步通信標準，可以實現(xiàn)各種自動化設備之間的數(shù)據(jù)交換，由3個兼容部分組成，即Prof ibus-DP、Prof ibus-PA和Prof ibus-FMS。Prof ibus-DP是一種開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)，實現(xiàn)快速響應和高速數(shù)據(jù)通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。Profibus-DP主站周期性地讀取從站的輸入信息并周期性地向從站發(fā)送輸出信息，除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，提供職能化設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理。采用RS485 傳輸技術，RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為的串行接口。 因為RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。 RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。

　　MPI是一個多點接口通訊網(wǎng)絡，多可連接125個MPI節(jié)點，通訊速率為187.5kbit /s?？梢栽诓煌目刂破髦g傳輸數(shù)據(jù)，還可以作為一個Prof ibus-DP接口使用，操作員控制和監(jiān)視設備HMI及編程設備PG可通過兩種接口（MPI、Profibus-DP）連接。HMI是Human Machine Interface 的縮寫，“人機接口”，也叫人機界面。人機界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介， 它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在 著人機界面。

　　根據(jù)斗輪堆取料機電氣控制系統(tǒng)的特點，分別在上部電氣室和下部電氣室配備Profibus-DP主站和從站，觸摸屏設置在司機室，以方便司機操作及故障查詢。 上部電氣室選用西門子S7-300 CPU315-2DP可編程控制器作為主站，CPU315-2DP本機具有1個MPI接口和1個DP接口，從站設在下部電氣室，從站I/O 模塊選用ET200M，選用IM153-1 通訊接口模塊?？删幊炭刂破骱喎QPC（英文全稱：Programmable Controller）它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。大車行走、懸臂變幅及回轉機構通過變頻器來控制，變頻器作為從站通過CBP2通訊板（Profibus通訊模塊）連接在系統(tǒng)總線上。系統(tǒng)硬件配置如圖4所示：

　　3.2 系統(tǒng)硬件組態(tài)

　　PLC編程軟件采用西門子SIMATIC STEP7 V5.4。啟動軟件后，進行硬件組態(tài)，選中SIMATIC300（1），雙擊右邊窗口中的“硬件”圖標，組態(tài)其硬件。PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。（一） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 將所選CPU和各輸入、輸出模塊插入 SIMATIC S7網(wǎng)絡，并定義各模塊I/O地址。依次將IM153-1、變頻器掛到Profibus網(wǎng)絡，設置PLC 為主站其地址為（ 2） , ET200M為從站，其地址設置為（ 3） （注意設定地址須和ET200M硬件上撥碼數(shù)字相同） , 行走變頻器， 回轉變頻器， 變幅變頻器地址分別設置為（ 4） （ 5） （ 6） 。變頻器的從站地址必須與PROFIBUS 主站上配置的地址相一致， 且總線上每個單元的地址必須是的PLC 主站中的用戶程序存取， 經(jīng)過總線系統(tǒng)的通訊是完全由PLC 主站中的主接口和IM153-1接口進行處理。其配置圖如圖5所示：

　　4.斗輪堆取料機的PLC 控制

　　4. 1　堆料程序控制

　　在堆料PLC 半自動控制程序中， 首先將大車預制在預定堆煤位置， 通過可編程終端畫面上的堆料控制參數(shù)設定， 設定堆料時懸臂架的變幅次數(shù)M1次和懸臂架回轉次數(shù)M2次。啟動堆料程序， 則懸臂膠帶、尾車膠帶在程序的控制下順序邏輯啟動， 給系統(tǒng)發(fā)出斗輪堆料作業(yè)信號并實現(xiàn)與系統(tǒng)膠帶按堆料工況聯(lián)鎖。堆料機在堆料位自動運行狀態(tài)堆料，隨著物料的堆積，料堆逐漸升高，當物料碰到斗輪機上的物料開關時，懸臂上升一個高度，如此為上升設定的M1 次。懸臂左回轉一個角度， 重復以前堆料，直至回轉設定M2次。大車后退一段距離， 懸臂向右回轉M2 倍角度，堆料M1次、回轉M2 次。大車再后退， 重復工作，實現(xiàn)斗輪堆取料機的堆料PLC控制作業(yè)。其控制流程圖如圖6所示：

　　4. 2　取料程序控制

　　在取料PLC控制程序中， 首先將大車開至預定取料位置。當接到系統(tǒng)取料指令和系統(tǒng)膠帶取料運行后， 啟動取料程序， 則懸臂膠帶、斗輪在程序控制下順序邏輯啟動， 通過回轉角度式光電編碼器分別進行取料初始角和取料終止角的角度采樣， 傳送和存貯， 確定懸臂回轉的取料范圍。則懸臂回轉取料左轉、右轉時， 分別與取料初始角和取料終止角進行比較， 每相等1 次， 大車繼續(xù)前進一段距離， 懸臂再左右回轉取料， 直至N1 次。其控制流程圖如圖7所示：

　　4. 3　信號、儀表指示監(jiān)控

　　信號、儀表指示監(jiān)控是靠PLC 與電壓互感器可編程終端之間的通訊實現(xiàn)的， 并組成可編程序終端輔助監(jiān)控的斗輪堆取料機操作系統(tǒng)。采用可編程終端， 斗輪堆取料機的狀態(tài)信號， 報警信號和儀表指示信號進入電壓互感器可編程終端系統(tǒng)， 可對斗輪堆取料機進行實時監(jiān)控， 方便、準確、快捷， 免去了盤式指示燈、儀表配線的繁瑣， 同時豐富了顯示功能。

　　5 結束語

　　斗輪堆取料機采用PLC 控制具有故障率低、抗干擾性好、可靠性高、 運行穩(wěn)定等優(yōu)點，而PROFIBUS- DP 總線的引入，能夠節(jié)省大量的控制電纜及安裝費用， 安裝簡單，維護方便。PLC在工作期間，現(xiàn)場設備出現(xiàn)故障，能快速通過觸摸屏查找并顯示故障，方便維護人員檢修設備，縮短了故障處理時間，同時由于控制電纜用量的減少，有效地降低了由控制電纜引發(fā)的各類故障，大大提高了斗輪堆取料機運行可靠性，取得了良好的運行效果，能夠給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。