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人機界面在系統中的應用

1、前 言 
    可編程序控制器Programmable Logic Controller在工廠(chǎng)自動(dòng)化FA中占有舉足輕重的地位。技術(shù)的不斷發(fā)展極大地促進(jìn)了基于PLC為核心的控制系統在控制功能、控制水平等方面的提高。同時(shí)對其控制方式、運行水平的要求也越來(lái)越高,因此交互式操作界面、報警記錄和打印等要求也成為整個(gè)控制系統中重要的內容。對于那些工藝過(guò)程較復雜,控制參數較多的工控系統來(lái)說(shuō),尤其顯得重要。新一代工業(yè)人機界面的出現,對于在構建PLC工控系統時(shí)實(shí)現上述功能,提供了一種簡(jiǎn)便可行的途徑。 
2、工業(yè)人機界面的特點(diǎn)和功能 
    工業(yè)人機界面Human Machine Interface,簡(jiǎn)稱(chēng)HMI,又稱(chēng)觸摸屏監控器,是一種智能化操作控制顯示裝置。工業(yè)人機界面由特殊設計的計算機系統32位RISC CPR芯片為核心,在STN、TFT液晶顯示屏或EL電發(fā)光顯示器上罩蓋有透明的電阻網(wǎng)絡(luò )式觸摸屏。觸動(dòng)屏幕時(shí),電阻網(wǎng)絡(luò )上的電阻和電壓發(fā)生變化并由軟件計算出觸摸位置。
    HMI的主要功能有:數據的輸入與顯示;系統或設備的操作狀態(tài)方面的實(shí)時(shí)信息顯示;在HMI上設置觸摸控件可把HMI作為操作面板進(jìn)行控制操作;報警處理及打??;此外,新一代工業(yè)人機界面還具有簡(jiǎn)單的編程、對輸入的數據進(jìn)行處理、數據登錄及配方等智能化控制功能。 
3、HMI在PLC工控系統上的應用
    下面以國內某大型浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)冷端切割區主控系統為例,介紹HMI在PLC工控系統上的應用。 
    3.1 系統概述
    切割區為浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)中一個(gè)重要工段,其中包括測量發(fā)訊、縱切、橫切、掰斷加速、掰邊、縱掰縱分、輸送輥道等眾多生產(chǎn)控制設備。系統硬件上主要由主控制器PLC,現場(chǎng)設備控制裝置包括伺服控制器、變頻器、模擬量信號及脈沖信號處理器等和HMI構成。作為整個(gè)控制系統的核心,切割區主控系統在正常生產(chǎn)時(shí)根據生產(chǎn)工藝要求協(xié)調各個(gè)單機控制子系統的工作,制定切割計劃,實(shí)現整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全自動(dòng)化。整個(gè)系統的核心控制部分由美國GE Fanuc 90-30 PLC完成,此部分內容本文略,而系統的監控和交互式操作界面等任務(wù)將由HMI承擔。主要有以下內容:參數的設定;動(dòng)態(tài)畫(huà)面的顯示;故障報警與診斷以及報表打印。其中HMI選用日本Digital公司的GP-577。
    3.2 HMI與PLC之間的通訊 
    當HMI用于PLC控制系統時(shí),HMI與PLC之間通過(guò)串口以Direct Link直接連接方式進(jìn)行通訊。在該方式下,HMI根據要求直接讀入PLC的數據或把數據寫(xiě)入PLC相應的地址中。由于內裝通訊協(xié)議,因此無(wú)須編制通訊程序,只要指定所用PLC類(lèi)型即通訊協(xié)議,運行時(shí)便可實(shí)現通訊。因此大大減少了PLC用戶(hù)程序的負擔。在系統設計時(shí),直接指定控制部件與其對應PLC的輸入輸出%I/O、寄存器%R、中間寄存器%M的地址,運行時(shí)HMI就能自動(dòng)和PLC進(jìn)行數據交換。直接讀取或改寫(xiě)PLC相應地址的內容,并據此改變畫(huà)面上顯示內容。同時(shí)通過(guò)對HMI的觸摸操作,可向PLC相應的地址輸入數據。 
    3.3 HMI監控主面
    整個(gè)HMI監控系統采用樹(shù)型結構,由監控主畫(huà)面及相應功能子畫(huà)面組成。在監控主畫(huà)面下端設有控制功能鍵,按動(dòng)功能鍵可以依次進(jìn)入相應子畫(huà)面,執行所需的功能。在每一個(gè)子畫(huà)面中可通過(guò) 上一頁(yè) 、 下一頁(yè) 功能鍵在同一功能組中進(jìn)行畫(huà)面切換,在任一子畫(huà)面都可以通過(guò) 主畫(huà)面 功能鍵退回到監控主畫(huà)面。系統自動(dòng)采集相關(guān)數據,將切割計劃、測量脈沖、輥道速度等一些重要生產(chǎn)工藝參數顯示在主畫(huà)面上,便于操作人員的觀(guān)察。監控主畫(huà)面上還有生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)畫(huà)面顯示,在動(dòng)態(tài)畫(huà)面上以各種形式模擬出主要控制設備的運行情況,例如光電開(kāi)關(guān)的動(dòng)作、電磁閥的吸合、電機的運行停止等,直觀(guān)、生動(dòng)的反映出現場(chǎng)的過(guò)程,方便操作人員對生產(chǎn)情況、設備工況的了解。DIGITAL公司的HMI編程軟件ProPB3Win提供了豐富的控制部件,例如按鈕部件、畫(huà)面切換部件、指示燈部件、數據文本顯示部件等等,實(shí)現上述功能只要根據需要選擇相應的控制部件,定義好其屬性即可。ProPB3Win采用監控軟件通用模式,所有控制部件的屬性通過(guò)組態(tài)形式完成,以實(shí)現相應控制功能。使用ProPB3Win內附的圖庫及作圖工具來(lái)構造生產(chǎn)現場(chǎng)的模擬畫(huà)面,簡(jiǎn)便易行。內容豐富的作圖工具庫,使得畫(huà)面生動(dòng)、豐富多彩。
    此外,充分利用HMI的優(yōu)勢將原先布置在控制柜上的開(kāi)關(guān)、指示燈盡可能地用HMI中的控制部件替代,這樣做減少硬件設備,簡(jiǎn)化了現場(chǎng)設備間的接線(xiàn),更重要的是給設計和調試帶來(lái)諸多方便。
    3.4 HMI參數設置功能 
    主控系統中有多達近百個(gè)參數需要設置,根據控制功能將其分為聯(lián)鎖、橫切、橫掰、速度、掰邊、縱掰及設備參數組,使整個(gè)系統的結構更加合理。同時(shí)利用HMI觸摸操作的特性使參數設置變得極為直觀(guān)和簡(jiǎn)便。在參數設定時(shí),利用其內帶的數字鍵盤(pán),將此數字鍵盤(pán)設計為彈出式,在操作人員要設定參數時(shí),按動(dòng) 設定 鍵,彈出數字鍵盤(pán)進(jìn)行操作。每個(gè)參數在部件屬性中定義并分配了相應的PLC地址,當確認后輸入的數據將存入PLC指定的地址中。操作完成后,按動(dòng) 一 鍵,可消去數字鍵盤(pán)。此種設計模式可最大化地利用畫(huà)面的有效面積。同時(shí)每個(gè)參數都設有上下限限制,當輸入數值超限時(shí),系統拒絕接受并向操作者發(fā)出超限音響報警。此外對重要的系統設備參數組,為安全起見(jiàn),通過(guò)工具庫中D-Script腳本語(yǔ)句編寫(xiě)簡(jiǎn)單程序設置畫(huà)面進(jìn)入操作密碼,賦予操作人員不同的操作權限,增加系統的安全性。
    3.5 HMI報警及打印功能
    在系統報警設計時(shí),將故障信息在報警編輯器中編輯好,并在報警記錄子畫(huà)面中設置報警記錄顯示部件用于故障信息顯示。系統運行發(fā)生故障時(shí),HMI根據PLC傳送的故障信號,將報警編輯器中對應的故障信息在報警記錄子畫(huà)面顯示出來(lái)。同時(shí)監控主畫(huà)面上?quot;故障"信號燈將閃爍,音響報警。此時(shí)操作人員可進(jìn)入報警記錄子畫(huà)面,根據故障信息查找原因,及時(shí)處理。
    HMI的打印機接口支持標準打印機,可實(shí)現數據打印。將HM統數據區打印機控制字置1,便能激活打印機。系統在切割計劃子畫(huà)面中設有打印功能,可及時(shí)打印切割計劃報表,供生產(chǎn)管理人員使用。
4、結束語(yǔ) 
    該系統投入使用后,受到用戶(hù)的歡迎。系統具有安全、直觀(guān)、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。監控、故障診斷和打印等功能的實(shí)現,大大提高了生產(chǎn)運行的可靠性。實(shí)踐證明,HMI在PLC控制系統中有著(zhù)廣泛的應用前景,必將在工廠(chǎng)自動(dòng)化中發(fā)揮出越來(lái)越大的作用。

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