人机界面在电器元件寿命监控的应用

赵宏王文丽

1长城汽车股份有限公司整车事业部设备动力部071000；2中国地质大学长城学院基础课教学部071000

摘要：在制造装备业，大型自动化系统应用广泛，所使用的电器元件成千上万，特别是如接触器、继电器等元件大量用于驱动执行机构。因此这些元件的稳定性、可靠性显得尤为重要，如果某些关键部位的元件出现异常则会导致故障发生，致使生产停止甚至引发严重事故，造人人员伤亡，因此，怎样保证这些关键部件能够低成本、高效率的发挥其本身的作用，是现代化工厂中需要高度关注的问题。本文主要就自动化系统中电器元件寿命监控进行探讨，并对具体的实现方式进行阐述。

关键词：人机界面（HMI）；继电器；接触器；寿命监控

1、前言

大型自动化系统会使用PLC、总线等，其连接各种模块、继电器、接触器等用于直接或间接接通和断开电路，对电路或非电对象进行切换、控制、保护或调节，因此各种器件的维护保养工作因其数量较多而显得尤为困难，传统模式为事后更换处理或者事前批量更换，前者会导致生产停线，后者则会因提前更换造成浪费，两者均会给企业带来损失，如何能够做到预见性、实时的对原件寿命进行监控，使其在科学的周期内进行更换，提升设备保养经济性，是企业设备人员需要重视的问题。

2、人机界面（HMI）

人机界面（HumanMachineInteraction，简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是在自动化设备中用来实现人员与PLC控制系统之间的对话和相互作用的装置，或简单的说是人与机器直接打交道的界面。用户可以通过人机界面随时了解、观察并掌握控制系统的工作状态，必要时还可通过人机界面箱控制系统发出故障报警，进行人工干预，我们可以利用人工界面的这些特性，将电器元件的状态信息集成在人机界面中用以目视化，对其进行全生命周期管理。

3、电器元件寿命监控人机界面设计

3.1电器元件寿命测算（以接触器、继电器为例）

一般常用接触器、接触器寿命和可靠性主要由线圈和触头寿命决定，通常其机械寿命可达到100万次，电寿命有10万次（进口元器件会长些，不同厂家可参考其使用说明书），实际现场使用寿命根据工况负载、温度等各方面都有关系，所以在实际使用中为避免其触头寿命缩短，要尽量避免“小马拉大车”的情况，因此在我们可以根据实际使用情况参考电寿命适当进行调整设计。

3.2设计思路及方法

根据人机界面的不同选型，会有不同的计算机控制软件进行支持，在这我们选用三菱GT16系列机种及Q12系列PLC，使用GTDesigner3编辑软件进行设计，确定电器元件寿命后根据控制系统的工艺、原理等对每个动作元件进行记录和对应，通过PLC变成和人机界面设计体现相应元器件的寿命信息。

3.2.1I/O点信息及实际运行次数信息收集

对PLC或总线分站所控制的每个执行控制元件进行对应，结合实际使用情况统计所有元件的使用寿命，这需要设计人员对系统控制工艺和系统的控制结构非常了解，参考信息如下（图一）。通过汇总继电器编号，控制的动作位置和对应的输出点，统计信息需要全面和准确，以确保人机界面目视信息的可靠。

图一

3.2.2人机界面画面设计

对于人机界面（HMI）设计需要考虑所反馈信息的全面性、完整性，并且使用有效，这里主要有如下几方面：

3.2.2.1设计电器元件的分布图，可以从界面上直观的看到控制系统的各个元器件的分布，做到元件目视化（图二）

图二

3.2.2.2界面内容的实用性：界面上面反映的元件寿命信息，包括现标准动作次数、当前动作次数、剩余动作次数、更换时间等信息（图三），计数功能可采用三菱的双字指令，以避免数据溢出，同时为避免断电后数据丢失需要设定相应的数据寄存器为断电保存类型；

图三

3.2.2.3功能实现：按照元件的使用次数可在PLC程序中设定相应的预警功能，例如当动作次数达到标准动作次数的80%时可输出预警提示（例如设计为绿色指示灯变为黄色），但不影响设备正常运行，当动作次数超过标准动作次数时，设备报警停机，并输出红色指示灯。

3.2.2.4动作次数修改权限：为规范不同人员的操作，人机界面要设定不同权限，用于人员操作或系统管理员参数修改，如普通操作人员不涉及参数修改，则不必要授权，而设备维护人员在更换继电器或接触器后需要对动作次数进行修改，并更新更换日期，则需要一定的密码授权才能修改，进行分层级管理，确保系统的安全性。

4、通过人机界面各功能的开发设计，在使用过程中可以根据实际需要扩展相应功能，如针对按照时间判定寿命的元器件也可以在界面中进行预见性寿命监控，提高人机界面的应用实用性，按照人机界面电器元件寿命监控的方式，在使用过程中会大大减少设备维护保养得工作量，做到“傻瓜式”点检，大大提升设备保养效率。

结束语：开发人机界面电器寿命监控的功能，可以使传统备件批量更换、提前更换或故障后更换模式转向预见性更换，更加科学、合理，在大量使用电器功能元件的制造厂，会大大降低备件采购成本及备件故障导致的故障损失，值得推广可应用。

参考文献：

[1]于兴桥、江洪，提高交流接触器可靠性及电气寿命的探讨，文章编号：1004-289X(2011)05-0004-02

[2]龚仲华，三菱FX/Q系列PLC应用技术，人民邮电出版社，ISBN978-7-115-15028-8、/TN