人機(jī)界面在系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、前 言 
    可編程序控制器Programmable Logic Controller在工廠自動(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(tǒng)在控制功能、控制水平等方面的提高。同時(shí)對(duì)其控制方式、運(yùn)行水平的要求也越來越高，因此交互式操作界面、報(bào)警記錄和打印等要求也成為整個(gè)控制系統(tǒng)中重要的內(nèi)容。對(duì)于那些工藝過程較復(fù)雜，控制參數(shù)較多的工控系統(tǒng)來說，尤其顯得重要。新一代工業(yè)人機(jī)界面的出現(xiàn)，對(duì)于在構(gòu)建PLC工控系統(tǒng)時(shí)實(shí)現(xiàn)上述功能，提供了一種簡便可行的途徑。 
2、工業(yè)人機(jī)界面的特點(diǎn)和功能 
    工業(yè)人機(jī)界面Human Machine Interface，簡稱HMI，又稱觸摸屏監(jiān)控器，是一種智能化操作控制顯示裝置。工業(yè)人機(jī)界面由特殊設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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(jì)算出觸摸位置。
    HMI的主要功能有：數(shù)據(jù)的輸入與顯示；系統(tǒng)或設(shè)備的操作狀態(tài)方面的實(shí)時(shí)信息顯示；在HMI上設(shè)置觸摸控件可把HMI作為操作面板進(jìn)行控制操作；報(bào)警處理及打??；此外，新一代工業(yè)人機(jī)界面還具有簡單的編程、對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能。 
3、HMI在PLC工控系統(tǒng)上的應(yīng)用
    下面以國內(nèi)某大型浮法玻璃生產(chǎn)線冷端切割區(qū)主控系統(tǒng)為例，介紹HMI在PLC工控系統(tǒng)上的應(yīng)用。 
    3.1 系統(tǒng)概述
    切割區(qū)為浮法玻璃生產(chǎn)線中一個(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(shè)備。系統(tǒng)硬件上主要由主控制器PLC，現(xiàn)場設(shè)備控制裝置包括伺服控制器、變頻器、模擬量信號(hào)及脈沖信號(hào)處理器等和HMI構(gòu)成。作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，切割區(qū)主控系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求協(xié)調(diào)各個(gè)單機(jī)控制子系統(tǒng)的工作，制定切割計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程全自動(dòng)化。整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分由美國GE Fanuc 90-30 PLC完成，此部分內(nèi)容本文略，而系統(tǒng)的監(jiān)控和交互式操作界面等任務(wù)將由HMI承擔(dān)。主要有以下內(nèi)容：參數(shù)的設(shè)定；動(dòng)態(tài)畫面的顯示；故障報(bào)警與診斷以及報(bào)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(dāng)HMI用于PLC控制系統(tǒng)時(shí)，HMI與PLC之間通過串口以Direct Link直接連接方式進(jìn)行通訊。在該方式下，HMI根據(jù)要求直接讀入PLC的數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)寫入PLC相應(yīng)的地址中。由于內(nèi)裝通訊協(xié)議，因此無須編制通訊程序，只要指定所用PLC類型即通訊協(xié)議，運(yùn)行時(shí)便可實(shí)現(xiàn)通訊。因此大大減少了PLC用戶程序的負(fù)擔(dān)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，直接指定控制部件與其對(duì)應(yīng)PLC的輸入輸出％I/O、寄存器％R、中間寄存器％M的地址，運(yùn)行時(shí)HMI就能自動(dòng)和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。直接讀取或改寫PLC相應(yīng)地址的內(nèi)容，并據(jù)此改變畫面上顯示內(nèi)容。同時(shí)通過對(duì)HMI的觸摸操作，可向PLC相應(yīng)的地址輸入數(shù)據(jù)。 
    3.3 HMI監(jiān)控主面
    整個(gè)HMI監(jiān)控系統(tǒng)采用樹型結(jié)構(gòu)，由監(jiān)控主畫面及相應(yīng)功能子畫面組成。在監(jiān)控主畫面下端設(shè)有控制功能鍵，按動(dòng)功能鍵可以依次進(jìn)入相應(yīng)子畫面，執(zhí)行所需的功能。在每一個(gè)子畫面中可通過 上一頁 、 下一頁 功能鍵在同一功能組中進(jìn)行畫面切換，在任一子畫面都可以通過 主畫面 功能鍵退回到監(jiān)控主畫面。系統(tǒng)自動(dòng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，將切割計(jì)劃、測量脈沖、輥道速度等一些重要生產(chǎn)工藝參數(shù)顯示在主畫面上，便于操作人員的觀察。監(jiān)控主畫面上還有生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)畫面顯示，在動(dòng)態(tài)畫面上以各種形式模擬出主要控制設(shè)備的運(yùn)行情況，例如光電開關(guān)的動(dòng)作、電磁閥的吸合、電機(jī)的運(yùn)行停止等，直觀、生動(dòng)的反映出現(xiàn)場的過程，方便操作人員對(duì)生產(chǎn)情況、設(shè)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、畫面切換部件、指示燈部件、數(shù)據(jù)文本顯示部件等等，實(shí)現(xiàn)上述功能只要根據(jù)需要選擇相應(yīng)的控制部件，定義好其屬性即可。ProPB3Win采用監(jiān)控軟件通用模式，所有控制部件的屬性通過組態(tài)形式完成，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制功能。使用ProPB3Win內(nèi)附的圖庫及作圖工具來構(gòu)造生產(chǎn)現(xiàn)場的模擬畫面，簡便易行。內(nèi)容豐富的作圖工具庫，使得畫面生動(dòng)、豐富多彩。
    此外，充分利用HMI的優(yōu)勢(shì)將原先布置在控制柜上的開關(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(shè)備，簡化了現(xiàn)場設(shè)備間的接線，更重要的是給設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來諸多方便。
    3.4 HMI參數(shù)設(shè)置功能 
    主控系統(tǒng)中有多達(dá)近百個(gè)參數(shù)需要設(shè)置，根據(jù)控制功能將其分為聯(lián)鎖、橫切、橫掰、速度、掰邊、縱掰及設(shè)備參數(shù)組，使整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加合理。同時(shí)利用HMI觸摸操作的特性使參數(shù)設(shè)置變得極為直觀和簡便。在參數(shù)設(shè)定時(shí)，利用其內(nèi)帶的數(shù)字鍵盤，將此數(shù)字鍵盤設(shè)計(jì)為彈出式，在操作人員要設(shè)定參數(shù)時(shí)，按動(dòng) 設(shè)定 鍵，彈出數(shù)字鍵盤進(jìn)行操作。每個(gè)參數(shù)在部件屬性中定義并分配了相應(yīng)的PLC地址，當(dāng)確認(rèn)后輸入的數(shù)據(jù)將存入PLC指定的地址中。操作完成后，按動(dòng) 一 鍵，可消去數(shù)字鍵盤。此種設(shè)計(jì)模式可最大化地利用畫面的有效面積。同時(shí)每個(gè)參數(shù)都設(shè)有上下限限制，當(dāng)輸入數(shù)值超限時(shí)，系統(tǒng)拒絕接受并向操作者發(fā)出超限音響報(bào)警。此外對(duì)重要的系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)組，為安全起見，通過工具庫中D-Script腳本語句編寫簡單程序設(shè)置畫面進(jìn)入操作密碼，賦予操作人員不同的操作權(quán)限，增加系統(tǒng)的安全性。
    3.5 HMI報(bào)警及打印功能
    在系統(tǒng)報(bào)警設(shè)計(jì)時(shí)，將故障信息在報(bào)警編輯器中編輯好，并在報(bào)警記錄子畫面中設(shè)置報(bào)警記錄顯示部件用于故障信息顯示。系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，HMI根據(jù)PLC傳送的故障信號(hào)，將報(bào)警編輯器中對(duì)應(yīng)的故障信息在報(bào)警記錄子畫面顯示出來。同時(shí)監(jiān)控主畫面上?quot;故障"信號(hào)燈將閃爍，音響報(bào)警。此時(shí)操作人員可進(jìn)入報(bào)警記錄子畫面，根據(jù)故障信息查找原因，及時(shí)處理。
    HMI的打印機(jī)接口支持標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打印。將ＨＭ統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)打印機(jī)控制字置1，便能激活打印機(jī)。系統(tǒng)在切割計(jì)劃子畫面中設(shè)有打印功能，可及時(shí)打印切割計(jì)劃報(bào)表，供生產(chǎn)管理人員使用。
4、結(jié)束語 
    該系統(tǒng)投入使用后，受到用戶的歡迎。系統(tǒng)具有安全、直觀、簡便等特點(diǎn)。監(jiān)控、故障診斷和打印等功能的實(shí)現(xiàn)，大大提高了生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性。實(shí)踐證明，HMI在PLC控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景，必將在工廠自動(dòng)化中發(fā)揮出越來越大的作用。