HMI在系統(tǒng)浮法玻璃生產(chǎn)中的應用
1、前言
可編程序控制器ProgrammableLogicController在工廠自動化FA中占有舉足輕重的地位。技術的不斷發(fā)展極大地促進了基于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。同時對其控制方式、運行水平的要求也越來越高，因此交互式操作界面、報警記錄和打印等要求也成為整個控制系統(tǒng)中重要的內容。對于那些工藝過程較復雜，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)人機界面的出現(xiàn)，對于在構建PLC工控系統(tǒng)時實現(xiàn)上述功能，提供了一種簡便可行的途徑。
2、工業(yè)人機界面的特點和功能
工業(yè)人機界面HumanMachineInterface，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)人機界面由特殊設計的計算機系統(tǒng)32位RISCCPR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)絡式觸摸屏。觸動屏幕時，電阻網(wǎng)絡上的電阻和電壓發(fā)生變化并由軟件計算出觸摸位置。
HMI的主要功能有：數(shù)據(jù)的輸入與顯示；系統(tǒng)或設備的操作狀態(tài)方面的實時信息顯示；在HMI上設置觸摸控件可把HMI作為操作面板進行控制操作；報警處理及打印；此外，新一代工業(yè)人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進行處理、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)上的應用
下面以國內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)上的應用。
3.1系統(tǒng)概述
切割區(qū)為浮法玻璃生產(chǎn)線中一個重要工段，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(tǒng)硬件上主要由主控制器PLC，現(xiàn)場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。作為整個控制系統(tǒng)的核心，切割區(qū)主控系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時根據(jù)生產(chǎn)工藝要求協(xié)調各個單機控制子系統(tǒng)的工作，制定切割計劃，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程全自動化。整個系統(tǒng)的核心控制部分由美國GEFanuc90-30PLC完成，此部分內容本文略，而系統(tǒng)的監(jiān)控和交互式操作界面等任務將由HMI承擔。主要有以下內容：參數(shù)的設定；動態(tài)畫面的顯示；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。
3.2HMI與PLC之間的通訊
當HMI用于PLC控制系統(tǒng)時，HMI與PLC之間通過串口以DirectLink直接連接方式進行通訊。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相應的地址中。由于內裝通訊協(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，運行時便可實現(xiàn)通訊。因此大大減少了PLC用戶程序的負擔。在系統(tǒng)設計時，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HMI就能自動和PLC進行數(shù)據(jù)交換。直接讀取或改寫PLC相應地址的內容，并據(jù)此改變畫面上顯示內容。同時通過對HMI的觸摸操作，可向PLC相應的地址輸入數(shù)據(jù)。
3.3HMI監(jiān)控主面
整個HMI監(jiān)控系統(tǒng)采用樹型結構，由監(jiān)控主畫面及相應功能子畫面組成。在監(jiān)控主畫面下端設有控制功能鍵，按動功能鍵可以依次進入相應子畫面，執(zhí)行所需的功能。在每一個子畫面中可通過上一頁、下一頁功能鍵在同一功能組中進行畫面切換，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)自動采集相關數(shù)據(jù)，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(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)過程的動態(tài)畫面顯示，在動態(tài)畫面上以各種形式模擬出主要控制設備的運行情況，例如光電開關的動作、電磁閥的吸合、電機的運行停止等，直觀、生動的反映出現(xiàn)場的過程，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、畫面切換部件、指示燈部件、數(shù)據(jù)文本顯示部件等等，實現(xiàn)上述功能只要根據(jù)需要選擇相應的控制部件，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，以實現(xiàn)相應控制功能。使用ProPB3Win內附的圖庫及作圖工具來構造生產(chǎn)現(xiàn)場的模擬畫面，簡便易行。內容豐富的作圖工具庫，使得畫面生動、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關、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，簡化了現(xiàn)場設備間的接線，更重要的是給設計和調試帶來諸多方便。
3.4HMI參數(shù)設置功能
主控系統(tǒng)中有多達近百個參數(shù)需要設置，根據(jù)控制功能將其分為聯(lián)鎖、橫切、橫掰、速度、掰邊、縱掰及設備參數(shù)組，使整個系統(tǒng)的結構更加合理。同時利用HMI觸摸操作的特性使參數(shù)設置變得極為直觀和簡便。在參數(shù)設定時，利用其內帶的數(shù)字鍵盤，將此數(shù)字鍵盤設計為彈出式，在操作人員要設定參數(shù)時，按動設定鍵，彈出數(shù)字鍵盤進行操作。每個參數(shù)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(shù)據(jù)將存入PLC指定的地址中。操作完成后，按動一鍵，可消去數(shù)字鍵盤。此種設計模式可最大化地利用畫面的有效面積。同時每個參數(shù)都設有上下限限制，當輸入數(shù)值超限時，系統(tǒng)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(tǒng)設備參數(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置畫面進入操作密碼，賦予操作人員不同的操作權限，增加系統(tǒng)的安全性。
3.5HMI報警及打印功能
在系統(tǒng)報警設計時，將故障信息在報警編輯器中編輯好，并在報警記錄子畫面中設置報警記錄顯示部件用于故障信息顯示。系統(tǒng)運行發(fā)生故障時，HMI根據(jù)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面顯示出來。同時監(jiān)控主畫面上?quot;故障"信號燈將閃爍，音響報警。此時操作人員可進入報警記錄子畫面，根據(jù)故障信息查找原因，及時處理。
HMI的打印機接口支持標準打印機，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)打印。將ＨＭ統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)打印機控制字置1，便能激活打印機。系統(tǒng)在切割計劃子畫面中設有打印功能，可及時打印切割計劃報表，供生產(chǎn)管理人員使用。
4、結束語
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。監(jiān)控、故障診斷和打印等功能的實現(xiàn)，大大提高了生產(chǎn)運行的可靠性。實踐證明，HMI在PLC控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用前景，必將在工廠自動化中發(fā)揮出越來越大的作用。
可編程序控制器ProgrammableLogicController在工廠自動化FA中占有舉足輕重的地位。技術的不斷發(fā)展極大地促進了基于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。同時對其控制方式、運行水平的要求也越來越高，因此交互式操作界面、報警記錄和打印等要求也成為整個控制系統(tǒng)中重要的內容。對于那些工藝過程較復雜，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)人機界面的出現(xiàn)，對于在構建PLC工控系統(tǒng)時實現(xiàn)上述功能，提供了一種簡便可行的途徑。
2、工業(yè)人機界面的特點和功能
工業(yè)人機界面HumanMachineInterface，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)人機界面由特殊設計的計算機系統(tǒng)32位RISCCPR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)絡式觸摸屏。觸動屏幕時，電阻網(wǎng)絡上的電阻和電壓發(fā)生變化并由軟件計算出觸摸位置。
HMI的主要功能有：數(shù)據(jù)的輸入與顯示；系統(tǒng)或設備的操作狀態(tài)方面的實時信息顯示；在HMI上設置觸摸控件可把HMI作為操作面板進行控制操作；報警處理及打印；此外，新一代工業(yè)人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進行處理、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)上的應用
下面以國內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)上的應用。
3.1系統(tǒng)概述
切割區(qū)為浮法玻璃生產(chǎn)線中一個重要工段，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(tǒng)硬件上主要由主控制器PLC，現(xiàn)場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。作為整個控制系統(tǒng)的核心，切割區(qū)主控系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時根據(jù)生產(chǎn)工藝要求協(xié)調各個單機控制子系統(tǒng)的工作，制定切割計劃，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程全自動化。整個系統(tǒng)的核心控制部分由美國GEFanuc90-30PLC完成，此部分內容本文略，而系統(tǒng)的監(jiān)控和交互式操作界面等任務將由HMI承擔。主要有以下內容：參數(shù)的設定；動態(tài)畫面的顯示；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。
3.2HMI與PLC之間的通訊
當HMI用于PLC控制系統(tǒng)時，HMI與PLC之間通過串口以DirectLink直接連接方式進行通訊。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相應的地址中。由于內裝通訊協(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，運行時便可實現(xiàn)通訊。因此大大減少了PLC用戶程序的負擔。在系統(tǒng)設計時，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HMI就能自動和PLC進行數(shù)據(jù)交換。直接讀取或改寫PLC相應地址的內容，并據(jù)此改變畫面上顯示內容。同時通過對HMI的觸摸操作，可向PLC相應的地址輸入數(shù)據(jù)。
3.3HMI監(jiān)控主面
整個HMI監(jiān)控系統(tǒng)采用樹型結構，由監(jiān)控主畫面及相應功能子畫面組成。在監(jiān)控主畫面下端設有控制功能鍵，按動功能鍵可以依次進入相應子畫面，執(zhí)行所需的功能。在每一個子畫面中可通過上一頁、下一頁功能鍵在同一功能組中進行畫面切換，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)自動采集相關數(shù)據(jù)，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(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)過程的動態(tài)畫面顯示，在動態(tài)畫面上以各種形式模擬出主要控制設備的運行情況，例如光電開關的動作、電磁閥的吸合、電機的運行停止等，直觀、生動的反映出現(xiàn)場的過程，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、畫面切換部件、指示燈部件、數(shù)據(jù)文本顯示部件等等，實現(xiàn)上述功能只要根據(jù)需要選擇相應的控制部件，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，以實現(xiàn)相應控制功能。使用ProPB3Win內附的圖庫及作圖工具來構造生產(chǎn)現(xiàn)場的模擬畫面，簡便易行。內容豐富的作圖工具庫，使得畫面生動、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關、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，簡化了現(xiàn)場設備間的接線，更重要的是給設計和調試帶來諸多方便。
3.4HMI參數(shù)設置功能
主控系統(tǒng)中有多達近百個參數(shù)需要設置，根據(jù)控制功能將其分為聯(lián)鎖、橫切、橫掰、速度、掰邊、縱掰及設備參數(shù)組，使整個系統(tǒng)的結構更加合理。同時利用HMI觸摸操作的特性使參數(shù)設置變得極為直觀和簡便。在參數(shù)設定時，利用其內帶的數(shù)字鍵盤，將此數(shù)字鍵盤設計為彈出式，在操作人員要設定參數(shù)時，按動設定鍵，彈出數(shù)字鍵盤進行操作。每個參數(shù)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(shù)據(jù)將存入PLC指定的地址中。操作完成后，按動一鍵，可消去數(shù)字鍵盤。此種設計模式可最大化地利用畫面的有效面積。同時每個參數(shù)都設有上下限限制，當輸入數(shù)值超限時，系統(tǒng)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(tǒng)設備參數(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置畫面進入操作密碼，賦予操作人員不同的操作權限，增加系統(tǒng)的安全性。
3.5HMI報警及打印功能
在系統(tǒng)報警設計時，將故障信息在報警編輯器中編輯好，并在報警記錄子畫面中設置報警記錄顯示部件用于故障信息顯示。系統(tǒng)運行發(fā)生故障時，HMI根據(jù)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面顯示出來。同時監(jiān)控主畫面上?quot;故障"信號燈將閃爍，音響報警。此時操作人員可進入報警記錄子畫面，根據(jù)故障信息查找原因，及時處理。
HMI的打印機接口支持標準打印機，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)打印。將ＨＭ統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)打印機控制字置1，便能激活打印機。系統(tǒng)在切割計劃子畫面中設有打印功能，可及時打印切割計劃報表，供生產(chǎn)管理人員使用。
4、結束語
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。監(jiān)控、故障診斷和打印等功能的實現(xiàn)，大大提高了生產(chǎn)運行的可靠性。實踐證明，HMI在PLC控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用前景，必將在工廠自動化中發(fā)揮出越來越大的作用。
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