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煤矿采掘设备电控箱显示器的图形化控制显示设计及实现*

更新时间:2009-03-28

0 引言

在煤矿采掘设备电控系统中,其电控箱显示器作为显示终端,在各种复杂的工况中发挥着极其重要的作用,用户可以通过人机交互界面了解到设备当前的运行状况及历史故障[1-3]。但目前采掘设备电控箱显示器多为文本显示,如图1所示。该显示画面通过组态软件完成,只能显示文字,不能显示图形化的界面,缺点是显示内容呆板,显示范围小,可读性也较差。

  

图1 文本显示的主画面图

为了改善显示性能,丰富显示内容,对电控箱显示器进行HMI图形化显示的设计很有必要。本设计以显示器JCP100及以太网为硬件,通过CAN总线通信采集中央控制器的数据,采用可视化编程软件CODESYS作为应用编程平台;利用CorelDRAW矢量位图软件制作VISU界面,并通过作为上位机的显示器自行运算来实现人机界面的图形化的控制显示;同时其显示器自身能发出操控命令,实现故障处理方法、历史数据存储、状态参数的显示等功能。该设计经现场应用反响良好,并有广泛的应用前景。

1 显示器图形化显示的系统结构和功能

显示器可理解为上位机,它可以直接发出操控命令,控制其自身的显示及运行。电控箱显示器图形化控制显示设计的结构框图如图2所示,该系统使用标准的CODESYS V3.5可视化编程环境作为开发应用平台,采用CAN通信实现对控制器相关数据的采集;可编程控制器(PLC)主程序实现各种显示画面的调度及子程序的执行,Visu view element与程序的变量进行关联,软件通过各子程序内部逻辑运算控制程序变量,进而实现对View element的控制显示,最后将全部代码及所有Visu界面进行编译,编译成功后通过以太网接口下载至显示器,实现显示器图形化的控制显示。

  

图2 电控箱显示器图形化的控制显示设计结构框图

2 硬件设备

整个系统硬件为JCP100显示器,该显示器小巧紧凑,像素为800×480,具备耐水、酸腐蚀及防污能力。线束用通用护套,端子插接件为进口品牌,所使用波纹管阻燃等级达到UL94V0,接口采用可插拔8针插头,具有抗震抗脱落性能,安装及维护方便。接口支持CAN总线的数据采集,能实现数据的实时可靠传输。采用显示器处理器STM32F429,支持虚拟化仪表和定制视图元素的控制显示,可以根据用户代码控制实现丰富的显示内容。

3 软件设计

标准的CODESYS V3.5可视化编程软件是支持完整版本的IEC611314标准的编程环境,是支持标准的6种编程语言的功能强大的PLC软件编程工具,是基于面向对象编程理念的且能满足复杂多任务控制需求的开发平台。设计首先加载目标对象要设置Task,如图3所示,为CAN_Task,MAIN_Task,VISU_Task,每个Task需要配置优先级依次为11、30、31。

PLC主程序每一循环周期被系统调用执行一次,工作流程如图5所示,它实现所有显示画面的调度执行,显示画面包含MainVisu、Visu通信故障、Visu非回路故障、Visu回路故障、Visu状态参数、Visu历史故障。程序通过执行画面调度条件的优先级执行画面子程序,软件通过各子程序内部逻辑运算控制程序变量。详细流程略。

CAN数据采集子程序主流程如图4所示,子程序主要由初始化、通信状态检测和通信数据采集程序组成。初始化主要是对CAN通道的选择,对工作模式、中断入口、收发数据的格式、通信传输率进行配置。初始化成功后,定义CAN端口接收数据的地址,执行接收数据功能块,实现通信数据的实时传输;同时检测通信状态,如果显示器通信计数值循环执行超过500之后仍然收不到数据,则诊断为通信故障,否则通信正常。若通信中断,则程序将接收到的数据清零,同时将通信中断标志位进行运算,显示器锁定通信中断故障,并将故障排除的方法一一列出。若检测到通信状态正常,则解析接收到的数据。

  

图3 软件的多任务配置图

3.1 控制及显示程序

1) 主画面控制和显示子程序设计及主画面显示。主画面及故障画面控制和显示子程序是将CAN接收到的数据进行深度解析与运算,显示器通过内部程序执行运算逻辑实现画面的显示。主画面如图6所示,首先设计主画面中的背景图片以及需要被控制显示的图片,然后将其加载并对总体显示画面进行设计,图片的显示控制需要关联内部的程序代码,温度值及电流值的显示内容则需要先定义数据的类型,电流指针值等需通过关联内部程序代码,再由显示器内的逻辑运算实现。图6所示的主画面中包括了系统时间、单位名称及联系方式、机型型号及名称、电控箱内所有电动机的运行状态、各电动机仪表盘内会有相应故障的图片显示,同时左上角会不停闪烁提示用户设备出现故障需要处理;主电动机电流值以及主电动机运行电流的额定范围(电流仪表盘绿色代表电动机的最佳运行范围,黄色及红色都为过负荷运行);系统运行的电压值(电压仪表盘绿色代表电压的最佳运行范围即1 140 V及±5%电压,黄色及红色都为欠电压和过电压运行);主电动机的温度及运行时间。

勘探布置1孔,孔深15m。闸基高程5.7~7.9m主要为第②层壤土,构成地基主要持力层,具中等压缩性,弱透水性,渗透稳定性较好。高程3.7~5.7m为③2层砂壤土,稍密,具中等压缩性,中等透水性,渗透稳定性较差,具液化潜势。高程3.7m以下主要为第③1黏土层、第③层壤土层,具中高压缩性,微弱透水性,工程地质性质相对较差。

  

图4 CAN数据采集子程序流程图

1~9月,石油和化工行业主营业务收入9.59万亿元,同比增长14.8%,增速比1~8月加快0.3个百分点,占全国规模工业主营收入的12.4%。

3.1.2 PLC主程序

CAN2.0B协议规定了相应的映像地址区用于接收网络上的数据,相当于C语言中直接对地址进行操作,即PDO信息的读取可以是位、字节或者字寻址,因而实现了PDO数据的完全透明传送,给程序编制带来很大方便。PDO信息在CAN网络上实现一点对多点的数据传输,即每个PDO可以传输8个字节的数据,实现网络设备间数据的交换。详细流程略。

旅游经济网络结构特征的动态变化是不同地区间旅游经济相互作用、相互影响的综合反映。本文目前还存在一定的不足。第一,只选取3个时间截面下旅游收入指标进行分析,河南省旅游经济网络结构的演化特征有待深入分析。第二,旅游经济网络的形成受多方因素的影响,文章只选取了5个方面供给因素,需求因素对旅游经济网络的作用还有待进一步的探索。在后续研究中须在更长时间段内探索河南旅游经济网络结构的时空演化规律,并从多维度对网络结构的演化机理进行分析。

  

图5 PLC主程序工作流程图

3.2 控制及显示画面

3.1.1 CAN数据采集子程序

2) 回路故障画面及处理方法显示。回路故障画面及处理方法控制和显示子程序基本与主回路画面的显示相同,显示器底层强大,支持中文,可直接调用并显示中文的代码,通过接收到的数据进行深度解析与运算,再通过内部程序发出指令是否将该故障进行显示及如何显示。Visu回路故障如图7所示。

  

图6 主画面图

式中LSL,USL分别为规格公差下限、规格公差上限。图11所示为尺寸小于规格公差上限可返修情况下质量损失与零件尺寸分布图,尺寸小于规格上限可以通过返修使零件合格,尺寸大于规格下限直接不合格。

4 结论

1)基于上位机显示器的图形化显示通过CAN总线通信采集,并发送数据在煤矿采掘设备电控箱的显示终端得到了成功的应用,此系统运行稳定,其图形化显示实现了人机界面的相互交互功能,丰富了显示内容,提高了显示性能,解决了大量数据实时监测及要求同步显示等问题,并通过外部操作指令在图形化界面实现电控箱内部PLC的所有运行状态指示。

  

图7 回路故障画面信息及处理方法图

2)该图形化显示在现场实际应用中,当煤矿采掘电控设备出现故障时,售后服务人员能迅速检测故障原因,大大减少了故障影响的时间,取得了较好的效果,现场反应良好,有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 何海波.基于i.MX35的工程机械显示终端设计[J].计算机测量与控制,2015,23(2):604-607,610.

[2] 贾运红.煤矿采掘设备电控系统多总线实现[J].煤炭工程,2016,48(1):136-138.

[3] 贾运红.煤机装备产品的可靠性设计[J].煤矿机电,2015(3):102-104.

作者简介:康永玲(1984—),女,助理研究员。2006年毕业于太原理工大学,主要从事煤矿井下防爆电气产品的开发设计工作。

 
康永玲
《煤矿机电》 2018年第02期
《煤矿机电》2018年第02期文献

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