基于組態(tài)王的包衣車間的HMI設計

1、基于組態(tài)王的包衣車間的HMI設計摘要： 在工業(yè)領域，隨著自動化程度的迅速提高，用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高，HMI（人機界面）的出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。HMI（人機界面）可以對控制系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，包括過程監(jiān)測、報警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得操作人性化、過程可視化，在自動控制領域的作用日益顯著。本文簡要介紹了HMI和組態(tài)王的包衣車間的HMI設計。關鍵字: 組態(tài)王 ,包衣, HMI, 監(jiān)控The HMI Design Of Coating Workshop Based On The KingviewAbstract：In the industrial field, wi

2、th the rapid increase in the degree of automation, it is more and more important to monitor the process of control system for the users. The emergence of human-machine interface meets the needs of users. Man-machine interface can comprehensively monitor the control system, including process monitori

3、ng, alarm, data logging and other functions, so that the control systems have become user-friendly operation, the process of visualization and it will play more and more important part in the field of automatic control. This paper gives a brief introduction about HMI and the HMI design of coating wo

4、rkshop .Keywords： kingview, coating, HMI, monitor目錄1人機界面簡介31.1人機界面的定義31.2人機界面產(chǎn)品的組成及工作原理31.3人機界面產(chǎn)品的特點42 組態(tài)軟件簡介42.1組態(tài)軟件定義42.2 組態(tài)軟件的功能：52.3常用組態(tài)軟件62.4組態(tài)王簡介63 基于組態(tài)王的HMI設計73.2監(jiān)控主界面83.3設備定義93.4數(shù)據(jù)變量定義103.5動畫連接133.5.1圖素動畫連接133.5.2文本顯示連接143.6熱鍵設置153.7創(chuàng)建XY控件153.8實時趨勢曲線173.9歷史趨勢曲線183.10報警窗口183.11 液位溫度顯示204總結211

5、人機界面簡介隨著自動化技術迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強大，控制過程也變得越來越復雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機界面（HMI Human Machine Interface）以其過程可視化、操作員對操作過程可方便的控制等顯著特點，很好的滿足了這種需求而得到廣泛的應用。工業(yè)HMI又稱觸摸屏監(jiān)控器，是一種智能化操作控制顯示裝置。它一般與PLC等工業(yè)控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互。1.1人機界面的定義 人機界面是指連接可編程控制器（PLC）、變頻器、直流調速器、儀表等工業(yè)控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入

6、單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設備,由硬件和軟件兩部分組成。1.2人機界面產(chǎn)品的組成及工作原理 人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如組態(tài)王等）。用戶必須先使用組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“

7、工程文件”下載到HMI的處理器中運行。1.3人機界面產(chǎn)品的特點(1) 系統(tǒng)運行過程清晰化控制過程可以動態(tài)地顯示在HMI設備上。例如：爐子加熱通斷可以通過指示燈亮滅來顯示，爐子的溫度大小可以用棒圖來指示等等，使整個控制系統(tǒng)變得形象易懂，也更加清晰。(2) 系統(tǒng)操作簡單化操作員可以通過監(jiān)控界面來控制過程?？蓮谋O(jiān)控界面上啟動和停止系統(tǒng)、設定溫度上下限、設置PID參數(shù)等。(3) 顯示報警控制過程達到臨界狀態(tài)或系統(tǒng)運行錯誤時會自動觸發(fā)報警，例如，當爐子溫度超出溫度上下限時自動觸發(fā)報警。(4) 數(shù)據(jù)歸檔HMI系統(tǒng)可以記錄過程變量值和報警信息并歸檔。例如：通過歸檔數(shù)據(jù)，您可以查看過去一段時間的系統(tǒng)運行情況，

8、過程變量等。(5) 報表系統(tǒng)HMI系統(tǒng)可以輸出報警和過程值報表。例如，您可以在生產(chǎn)某一輪班結束時打印輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)。2 組態(tài)軟件簡介2.1組態(tài)軟件定義組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問題。其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產(chǎn)品，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)結合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。2.2 組態(tài)軟件的功能： （1）強大的界面顯示組

9、態(tài)功能。目前，工控組態(tài)軟件大都運行于Windows環(huán)境下，充分利用Windows的圖形功能完善界面美觀的特點，可視化的風格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進人開發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時間。豐富的圖形控件和工況圖庫，既提供所需的組件，又是界面制作向導。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開發(fā)人員從繁重的界面設計中解放出來，豐富的動畫連接方式，如隱含、閃爍、移動等等，使界面生動、直觀。 （2）良好的開放性。社會化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構成的全部軟硬仵不可能出自一家公司的產(chǎn)品，“異構”是當今控制系統(tǒng)的主要特點之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設

10、備。開放性是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標。 組態(tài)軟件向下應能與低層的數(shù)據(jù)采集設備通信，向上能與管理層通信，實現(xiàn)上位機與下位機的雙向通信。 (3) 豐富的功能模塊。提供豐富的控潲功能庫，滿足用戶的測控要求和現(xiàn)場需求。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控 產(chǎn)生功能報表 業(yè)示歷史曲線、實時曲線、提供報警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機界面，易于操作，系統(tǒng)既叫適用于單機集中式控制、DCS分布式控制，也可以是帶遠程通信能力的遠程測控系統(tǒng) （4）強大的數(shù)據(jù)庫。配有實時數(shù)據(jù)庫，可存儲各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實現(xiàn)與外部設備的數(shù)據(jù)交換。 （5）可編程的命令語言。有可編程的命令語言，使用戶可根據(jù)自己的需要編

11、撰程序，增強圖形界面 （6）周密的系統(tǒng)安全防范，對不同的操作者，賦予不同的操作權限，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運行。 （7）仿真功能提供強大的仿真功能使系統(tǒng)并行設計，從而縮短開發(fā)周期。我國的組態(tài)軟件的開發(fā)雖起步較晚，但經(jīng)過 科技工作者的努力，在許多方面現(xiàn)巳趕上或接近 國外的先進工控組態(tài)軟件的水平。2.3常用組態(tài)軟件 在當今工控領域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：羅克韋爾（Rockwell)-SE,ABB-OptiMax，愛默生DeltaV,WinCC，iCentroView, iFix，Wonderware Intouch，組態(tài)王（KINGVIEW），紫金橋（RealInfo），力控，易控，巨控組

12、態(tài)（giantview），天工組態(tài)等。2.4組態(tài)王簡介由北京亞 控自動化軟件科技有限公司開發(fā)的“組態(tài)王”是優(yōu) 秀國產(chǎn)組態(tài)軟件的代表。通用組態(tài)王軟件的構成(1). 工程管理器ProjManager(2). 工程瀏覽器TouchExplorer(3). 畫面開發(fā)和畫面運行系統(tǒng)（Touchmak、Touchvew）所謂工程管理器中內嵌了工程瀏覽器，工程瀏覽器中內嵌了畫面開發(fā)和運行系統(tǒng)，是指單擊快捷按鈕就啟動了另一個制作工具工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理。工程瀏覽器中可以查看、配置工程的各個組成部分；調用畫面開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)完成工程開發(fā)和調試。 畫面開發(fā)系統(tǒng)

13、用于完成畫面設計、建立實時數(shù)據(jù)庫、外部設備的動畫連接、程序編寫等工作。實時運行系統(tǒng)，負責畫面的運行。 3 基于組態(tài)王的HMI設計隨著自動化技術迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強大，控制過程也變得越來越復雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機界面（HMI Human Machine Interface）以其過程可視化、操作員對操作過程可方便的控制等顯著特點，很好的滿足了這種需求而得到廣泛的應用。工業(yè)HMI又稱觸摸屏監(jiān)控器，是一種智能化操作控制顯示裝置。它一般與PLC等工業(yè)控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互。

14、HMI監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫面及相應的功能子畫面組成。HMI畫面是用組態(tài)軟件來做的，。在設計中，我們選擇了組態(tài)王來完成監(jiān)控畫面的設計。組態(tài)王和其他組態(tài)軟件相比最大的優(yōu)勢是它操作方便，提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持，對于新手來說很容易上手。3.1新建工程雙擊桌面圖標，打開工程管理器，建立工程。如圖(1)所示圖（1）工程管理器雙擊工程管理器中的工程名，出現(xiàn)工程瀏覽器。在工程瀏覽器中新建畫面，并設置畫面屬性。如圖（2）所示圖（2）畫面屬性在這里制作了監(jiān)控主界面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、報警窗口等畫面。3.2監(jiān)控主界面打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊“圖庫”，打開圖庫

15、管理器 從組態(tài)王的圖庫里選擇反應器、閥門、按鈕開關等實際車間所有的設備，一次放到圖框中，接著用工具箱，畫出管道，用管道連接各個設備，并做好實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、報警窗口以及退出等的按鈕，以及時間和日期的顯示，并給各個設備進行命名，放置合適的位置。如圖（3）所示：圖（3）監(jiān)控主界面3.3設備定義在組態(tài)王工程瀏覽器左側選中COM1，新建設備向導，如下頁圖（4）所示圖（4）選設備接著為外部設備取一個邏輯名，輸入PLC，并為設備選擇串口，設為COM1，填寫設備地址假設為1，設置通信故障恢復參數(shù)，嘗試恢復時間30S，最長恢復時間24小時。 最終設置成圖（5）所示，核查設置。圖（5）信息總結3.4數(shù)

16、據(jù)變量定義打開工程瀏覽器，點擊“數(shù)據(jù)詞典”，再點擊“新建”建立“包衣原液液位1”、“包衣原液液位2”、“包衣液液位”、“包衣鍋溫度”、“各個閥門”、“攪拌電機開關”、 “素片傳送器”、“成品油傳送器”等變量。其中變量類型和寄存器是最關鍵的，在組態(tài)王和PLC之間傳輸?shù)淖兞慷际荌/O類型的，只在組態(tài)王內部需要的是內存型的。寄存器和數(shù)據(jù)類型要與程序中一致，否則組態(tài)王就不能起到監(jiān)控作用了。比如“包衣液液位”的寄存器為INCREA100,數(shù)據(jù)類型為SHORT。如圖（6）所示,下面以包衣液液位為例來說明變量設置的步驟和方法。圖(7)為變量“包衣液液位”基本屬性設置圖，變量類型設置為I/O實數(shù)，連接設備為新

17、IO設備，寄存器為INCREA100，數(shù)據(jù)類型是SHORT。圖（6）數(shù)據(jù)詞典圖（7）“包衣液液位”基本屬性設置接著設置報警定義，設置報警組名為包衣車間，對于各個報警限根據(jù)實際情況進行設置，各個報警限的定義容如下所示：低低限小于等于低低限時報警，大于低低限時恢復；低限小于等于低限時報警，大于低限時恢復； 高限大于等于高限時報警，小于高限時恢復；高高限大于等于高高限時報警，小于高高限時恢復；設置好后的報警定義圖（8）所示圖（8）報警定義接著我們設置記錄和安全區(qū)，我們勾選數(shù)據(jù)變化記錄，默認為0，設置好的畫面如下頁圖（9）所示。其它的變量參照“包衣液液位”進行逐個進行基本屬性，報警定義和記錄和安全區(qū)設

18、置。其中每個連接設備都選我們設定好的那個PLC。圖（9）記錄和安全區(qū)設置3.5動畫連接以上制作的畫面是靜態(tài)的，實時數(shù)據(jù)庫中的變量是與現(xiàn)場變化是同步的。畫面上的動畫又是跟隨實時數(shù)據(jù)庫中變量的變化而變化。所謂建立動畫連接就是確定畫面上的哪個圖素跟隨數(shù)據(jù)庫中哪個變量變化。例如工業(yè)現(xiàn)場的溫度發(fā)生變化時，通過I/O 接口，將引起實時數(shù)據(jù)庫中變量的變化，畫面上有個指針與這個變量建立了關聯(lián)，我們將會看到隨著現(xiàn)場溫度的變化指針在同步偏轉。對各個圖素進行動畫連接，以“包衣液液位”為例子3.5.1圖素動畫連接包衣液液位圖素與變量“包衣液液位”進行連接，雙擊圖素，彈出畫面，進行設置。如下頁圖（10）所示圖（10）包

19、衣液液位圖素動畫連接3.5.2文本顯示連接在工具箱中選文本工具，在包衣液反應器旁輸入字符竄“#”雙擊字符竄串，表達式中添加變量“包衣液液位”如圖（11）所示圖（11）字符串顯示“包衣液液位”3.6熱鍵設置定義五個熱鍵，分別控制五個管道里物質的流動在工程瀏覽器中左側的工程目錄顯示區(qū)選擇命令語言下的熱鍵命令語言，點擊目錄內容顯示，彈出熱鍵命令語言，編輯對話框，輸入代碼并設置熱鍵，選擇F1鍵，如圖（12）所示圖（12）F1熱鍵命令語言編寫3.7創(chuàng)建XY控件插入XY控件后，設置曲線屬性，畫面的命令語言，并設置控件屬性。設置畫面命令語言如圖（13）所示，設置好的畫面圖如（14）所示，運行后如圖（15）所示。圖（13）設置畫面命令語言圖（14）設置好的畫面圖（15）運行結果3.8實時趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊工具箱中的“實時趨勢曲線”把實時趨勢曲線圖（16）實時趨勢曲線進開發(fā)頁面，然后雙擊曲線畫面，對曲線進行設置，如X軸和Y軸的設置及標示定義等，最后，即可形成如圖（16）所示的實時趨勢曲線畫面。系統(tǒng)運行時，實時趨勢曲線會顯示當前系統(tǒng)的液位變化趨勢和溫度值。3.9歷史趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊“圖庫”，打開圖庫管理器，雙擊“歷史曲線”把它放進開發(fā)頁面，再雙擊歷史趨