悬链斗卸船机人机界面的研究及开发

【摘 要】 在国内悬链斗卸船机设备的操控系统中，通常采用操作箱的方式对设备进行操作，从未采用先进的HIM人机界面系统实现对设备的监视与操作。本文对HIM人机界面控制方式进行分析及开发，实现动态图形的模拟、操作等功能。

【关键词】 悬链斗卸船机 人机界面 3D工业图形 工业触摸屏 TCP通讯 PLC

1 引言

悬链斗卸船机是一种高效连续卸船设备，卸船机安装在固定码头或趸船上，采用定机移船方式对驳船进行卸载。目前国内外使用的悬链斗卸船机，全部采用固定式操作箱对设备进行操作，功能简陋、结构笨拙、维护量大且无法使用图形直观的表述设备运行状态。为了解决传统操作箱带来的种种问题，在此对悬链斗卸船机HIM人机界面进行了研究及开发，使用HIM工业触摸屏人机界面系统进行操作和监控。

2 人机界面系统研究

2.1 卸船机工作原理简介

悬链斗卸船机主要包括悬臂梁、链斗机构、横移机构及皮带机等沿立柱轨道作上下往复运动，以料斗为承载兼取料构件实现货物卸载。

2.2 人机界面概述。

人机界面是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介。在工业领域中工业触摸屏是最可靠的人机界面设备，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地指碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当。

3 系统的开发

3.1 人机界面操控系统功能图

通过对悬链斗卸船机现有技术和资料的借鉴和总结，结合以往电控系统的设计及调试经验，开发了卸船机的人机界面。该系统功能主要分为四大部分：一是设备模拟动态显示，二是设备操作按钮，三是信号实时显示，四是故障诊断及记录。操作人员能够通过功能管理界面选择需要的功能，设备模拟动态显示能够以3D立体图形再现设备动态运行状况。用户能够通过设备操作按钮向设备发出动作指令。机上分布的传感器开关量信号、模拟量信号、电气回路工作反馈信号及设备动作联锁条件均能够通过信号实时显示界面查询。设备的实时故障及历史故障记录在故障诊断及记录界面里，能够通过故障帮助查询到故障原因。

3.2 硬件及软件平台

经过对工业领域人机界面的考察，选择了工业触摸屏作为悬链斗卸船机的人机界面设备。采用PRO-FACE GP 12英寸工业触摸屏，通讯支持RS232、PROFIBUS–DP、以太网。悬链斗卸船机PLC选用西门子S7-300系列 CPU为315-2DP，并选用CP343以太网通信模块与这块触摸屏进行通信，通信距离为15米。触摸屏编程软件为GP_soft_V7.23，PLC编程软件为STEP 7 V5.5。

3.3 3D工业图形设计

为提供逼真舒适的视觉效果，界面中的图形采用AUTOCAD

2008及PHOTOSHOP CS4进行悬链斗卸船机建模，3D效果设计及渲染，各机构比例与实物相符，突出信号部位高亮显示。将建模图形分割成为6个部分：立柱、悬臂梁、横移小车、悬链斗、传输皮带及移船小车，分别生成图形并导入至GP_soft_V7.23中进行编辑。分别对这6各部分进行动画链接，链接至PLC中的位置变量，使各机构能够仿真实际设备运动，且相对位置与实物保持一致。

3.4 操作监视一站式设计

将现场众多设备的操控集中在一台工业触摸屏服务站中，取代过去复杂的机械按钮式操作台，画面中设备布局尺寸也实物成比例，并与现场设备同步动作，现场反馈的信号不再使用过去的指示灯方式显示，取而代之的是模拟实物的形状和颜色变化。

3.5 数字信号及模拟信号的实时显示及历史记录

提供数字信号和模拟信号的监视列表，提供完整的信号清单，无需打开PLC程序即能通过人机界面监视各信号的状态。除此之外，采用三维示意图的形式描述各信号传感器的安装位置，根据传感器的颜色变化来辨别信号的通断。当点击某传感器时，屏幕会自动显示此传感器的名称、PLC地址、对应线号等详细信息。

对电流信号、电压信号、移船速度等重要模拟量信号加入趋势分析图。提供实时趋势查询和历史趋势查询功能。

3.6 电气联锁条件查询表

在设备运行过程中，每一步动作都需要满足对应的电气联锁条件，当出现错误操作或者联锁信号丢失情况时设备将不能执行动作，在此设计各级动作联锁条件列表，将每个动作需满足的条件由梯形图程序转换为图表的形式直观显示在界面中，在查询时无需打开PLC程序，直接访问查询界面，查询程序内部信息。

3.7 电气回路状态显示图

对每条电气动力回路绘制回路单线图，将复杂的电气回路简化成形象的图形表示，显示每个电气保护电气元件的开关状态便于设备的检修及排查故障。

3.8 用户管理权限设计

对于不同的用户，设定不同的工作权限。如运行人员仅能够监视和操作设备，禁止使用强制功能，禁止退出运行环境，级别越高可执行的功能越多。

4 结语

采用触摸式工业图形显示器人机界面系统，应用到悬链斗卸船机及其它工业控制设备，可为设备的操作系统开拓新的发展空间。

参考文献：

[1]吴凯，岑人经，吴效明.基于LabWindows/CVI 的计算机图形动态模拟技术[J].计算机应用与软件，2003，20（1）.

[2]赵虹.悬链式链斗卸船机的特点及其应用现状[J].交通科技，2000（3）.