人机界面的开发及其应用.docx

人机界面的开发与应用彭彦卿，厦门理工学院电子与电气工程系，厦门市厦港新村72号605，361005摘 要 研究人机界面主画面、参数设定与显示画面、报警显示画面的开发与应用。通过实例给出了用AutoCAD和组态王软件两种不同方法设计的主画面和用GP人机软体及HITECH人机ADP软体设计参数设定画面的不同方法。讨论了动态图与走马灯的设计应用。同时介绍了人机的在线模拟和离线模拟功能的应用以及人机的下载应用及系统组网与整合功能。Abstract: The design method and application skills about HMI main screen, parameter input and output screen, alarm and help screen are studied. The different means based on AutoCAD and on King View software in main screen design are discussed； in the same time, the different ways based on GP and HITECH software in parameter input and output screen are compared by some examples. The design and application of dynamic screen and circle display are discussed. The on-line simulation and off-line simulation function, the download of screens and net function are discussed.关键词人机界面；PLC；画面设计；离线模拟；在线模拟Key words: Human-Machine-Interface；PLC；Screen design；Off-line simulation；On-line simulation中图分类号 TP29人机界面的主要功能是取代传统的控制面板和显示仪表，同时可控制PLC、单片机、变频器、智能仪表。能有效地节省PLC编辑空间和程序量、随时显示重要信息，有利于机械设备的正常运行，便于维修。可以存储丰富多彩的画面信息，使机器具有人性化。多语言文字切换功能，多台人机MULTIDROP-LINK功能及组网通信功能，能够有效提高该设备的智能化、信息化和自动化控制程度。1 如何编辑好的人机界面 如何进行人机界面的开发编辑，如何处理好画面信息，以及如何与PLC通信及控制等是编辑人机界面要考虑的首要问题。首先，应该了解现在所要开发的设备的工艺流程，熟悉所采用的人机以及人机软件，熟悉所采用的PLC的品牌、型号及其软件，并注意所采用的人机是否支持所采用的PLC，如果不支持需考虑升级。一切就绪后才能进行人机的软件开发。人机软件的编辑主要是以安全可靠、美观实用。如何把人机界面做得更加美观，能够随时显示重要信息，把人机界面做得更加人性化、智能化，可以从多方面来设计。11 选择人机、熟悉人机软件与画面的编辑方法。确定所采用的人机与PLC，根据人机与PLC的特点进行编辑。编辑过程中应根据所要运用的设备工艺流程及系统控制的要求，注意保持人机与PLC的I/O口以及内部触点相对应，这样才能有效地控制PLC。人机界面的编程，输入大都直接采用PLC的内部触点进行控制，一般不占用PLC的输入点。常用的人机软体都提供了一系列的元件类别，让使用者针对实际运用的特性功能，均有一种元件类别方便选择。一般软体的重要优势在于易学易用，您完全不必记忆任何功能指令或坐标值，只要随心所欲地操纵鼠标，就能完成画面的设计。假设要在画面上设计一个触摸按钮来控制输出点Y0，开关可根据控制系统的要求，采用交替型、保持型、设ON型、设OFF型等按钮来实现。一般采用交替型按钮，设变量写至PLC的内部触点M0，输出控制为PLC的输出端口Y0；这样在做人机的画面时，对应的PLC程序为：LD M0 ；OUT Y0；交替按钮的工作状态为交替型，当你按动一次为ON，按动第二次状态OFF。如果用保持型开关做启动按钮，要完成上述功能，需增加一个停止按钮M1，相应的程序为：LD M0；OR Y0；ANI M1；OUT Y0；程序编译下载后，将人机与PLC联机通信，在人机界面上触摸该按钮，PLC的输出Y0动作并自锁。按钮的工作状态，可采用文字或内图显示，也可做相应的指示灯来显示。可直接用按钮来做画面，加上相应的功能开关按钮等即可成为一幅完整的人机画面，人机界面画面简洁方便。12 如何将人机界面做得更加美观将人机界面设计得美观实用、富有人性化是非常重要的。怎样设计美观实用的界面，方式方法很多，可根据自己的实际情况，采用相应的方法。比如采用AutoCAD或3D MAX等，也可利用一些组态软件进行开发或者用相机、扫描仪等方法，将一个系统工艺流程图或机械设备的立体图等，利用人机的点阵图库做成静态图，然后在静态图的相应位置上，加入相应的开关按钮、指示灯以及相应的切换画面按钮等即可。如图1为多头全自动脉冲滴丸机1号机组的主画面，是采用AutoCAD画出工艺流程图，然后复制、粘贴到人机界面上，在相应的位置上加上开关按钮和功能开关等。而图2则是六头滴丸机1号机组的主画面，人机型号为PWS-3260，主要利用组态软件开发的图形，复制、粘贴到人机后，加上相应的开关按钮及功能开关等而设计的。并在画面上加入时间显示和日期显示以及该设备主要仪表的显示等，这样画面相对更加美观、控制系统更加直观。 图1 脉冲滴丸机1号机组主画面 图2 六头滴丸机1号机组主画面13 数值输入与显示和信息显示的设计数值的显示是人机读取PLC对应的暂存器的数值，并直接将数值显示在人机界面上。通过参数的采集与显示，可以在人机界面上直接观察一些仪表或其它模块的参数。而数值的输入是可以根据需要设置、修改某些参数，满足设备的工作需要。设计时可以利用人机软件工具栏里的数值显示和数值输入，在需要的位置设置大小合适的窗口。并设置好变量的读取或写入相应的资料寄存器位置以及相应的格式。如图3是利用GP的人机软体设计的参数设定画面，在画面里可以观察从PLC传来的参数信息，并且能够在人机界面上轻松地修改仪表或其它参数的设定值，有效地对机台的仪表与设备进行控制。但其在参数的设定画面里需要加一个小键盘，参数的设定必须利用小键盘进行修改。而图4是采用HITECH人机ADP软体设计的参数设定画面，其参数设定是利用数值输入键，应用时只要触摸到数值输入按钮，人机显示内建数值键盘，就可以输入想要的数值，这样在做画面时完全不用另做小键盘。显示信息窗口可以做在相应的控制画面里，数字显示信息也常常用棒型图，仪表（方表/圆表）图等，其它信息的显示有曲线图与XY图，历史趋势图与历史信息表等设计画面。14 报警显示画面的设计 报警显示画面是人机界面与PLC的应用中一个很重要的部分，也是人机界面与PLC应用中的一个优势。它能直接、及时地反映设备的故障，通知维修人员及时地排除故障。甚至可以通过帮助画面，指导维修人员如何判断故障点、故障的原因，如何排除故障等等。然而图3 用GP人机设计的参数设定画面 图4 用 HITECH人机设计的参数设定画面报警画面如何设计呢？首先，设计时应该了解该设备可能出现故障的地方，并且通过对可能出现故障点的地方进行信号的采集，经过PLC的输入端口输入，也可以通过某些参数进行比较，然后通过PLC的逻辑运算后将信息传给人机。此时可以用指示灯或走马灯的形式来将相应的信息显示出来，并利用蜂鸣器来做报警提示，这样就可以在第一时间内发现故障点，及时地排除故障。15 动态图与走马灯的设计 为了画面更加美观生动，人机界面可适当增加动画与走马灯，可以更直观逼真地感觉到工作状态在人机上的反映。比如当开启一台马达，这时可以看到人机界面上的马达也跟着转起来。这样在操作时就能较清楚地知道电机的工作状态，而且画面也会因此而动起来，消除人机界面的枯燥与平淡。采用走马灯还能达到问候、提示及报警指示等功效。可以在任意画面里做报警信息显示窗口，而不一定非要在报警画面里显示报警信息。并且可以利用其可显示多种状态的特性，在正常的状态下，即“0”状态不显示，这样设备在正常情况下，界面不会显示任何故障信息。一旦出现故障，即“1”或“2”、“3”等状态时，人机界面将在某一特定的区域里，跳出故障信息的滚动字幕，这种滚动字幕具有占空间小，容量大的特点。而且还可以利用它这种多状态特性，将不同故障的状态做在一起，当那一故障出现，界面直接跳出该故障的信息及处理建议等，或者作为其它信息用途。2 人机的下载应用及系统的组网与整合 在人机界面的设计完成后，下一步还有许多工作，主要是注意画面资料的存档、人机界面系统的建立、画面应用资料的编辑、传输设定电脑下载COM设定、以及画面的下载等步骤。并且注意人机系统与PLC的通信连接。21 人机界面系统的建立 为了让人机界面与选用的PLC的通讯连线达到双向沟通，所以在下载前必须首先确定人机界面的控制区各状态区相对于PLC的暂存器地址。方法：比如脉冲滴丸机实验机选用GP337人机与C200HE-CPU42（OMRON）的应用，在打开GP软件的项目管理器后，在其画面设置下拉菜单中，选择GP设置，对其相关参数进行设置，才能进行下一步的资料的传输工作。而在六头滴丸机则选用HITECH的PWS-3260与DVP14SS11T2的应用，这时应从ADP3视窗软体的应用栏的下拉菜单中选设定工作参数分别相关的PLC的站号、PWS通信COM的设定、通讯格式的设定。还必须注意在资料下载前，根据人机的要求，调整相应的PWS-面板后面的指拨开关。HITECH的人机下载前还应注意画面资料的编译，当画面资料有错误发生，则在编译状态视窗会列出全部的错误信息说明。一个画面应用资料的编译结果必须完全正确，才可能被下载到PWS的记意体里执行应用。22 画面资料的下载首先应做好传输设定电脑下载COM的设定，正确设定目前所用的软件欲由COM1或COM2来下载资料到人机里。并准备相应的人机下载连接线，下载电缆可以是根据厂家提供的资料自己制作的，或厂家直接提供的下载电缆。下载前请先确认下载线是否接妥，以及所指定的电脑下载COM设定是否正确。确认无误后，即可将编译完成后的画面资料信息下载到人机界面。23 人机界面与PLC的通信连线人机界面与PLC的应用，除了两者的通信格式的设定必须完全正确，在使用时，必须准备一条人机界面与PLC的通信连接线，人机界面才有可能与PLC进行通信，才能利用人机界面对PLC进行控制的目的。由于市面上的PLC和人机界面的种类较多，通讯线的选用或自制必须正确。通讯线的配置或制作资料，一般可以直接购买，或通过经销商向厂家索取，然后按照通讯线的通讯埠接脚定义资料自己制作。2.4人机的在线模拟与离线模拟在HITECH人机ADP3软件中支持两种模拟方式，在线模拟和离线模拟，此两种模拟方式提供设计者在PC上将应用程序模拟人机界面的环境而完整表达出设计者欲在人机界面上展现的效果。利用离线模拟功能，不需要下载至人机界面即可以直接在PC上执行并检视，如同人机与PLC间的运行模式而不必真正与PLC通讯，可以检查人机所设计的应用程序的效果。例如切换画面是否正常，按钮功能相关的动作及显示是否正确。而在线模拟功能，不仅能检验人机的程序是否正确，又能检查PLC的程序是否有误，是否达到理想的控制逻辑。可作为整机安装前的调试，这样可以在不使用人机，直接用PC与PLC连线，直接利用在线模拟功能，配合PLC编程软件同时操作，让设计者轻松完成调试工作。当调试到满意时再进行下一步的系统安装。2. 5 系统的组网与整合近年来，计算机控制已被迅速地推广和普及，相当多的企业已经大量地使用各式各样的可编程设备，如工业控制计算机、变频器、柔性制造系统等。将不同的厂家设备连在一个网络上，相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理是当今控制系统发展的大趋势。现在使用人机时，不仅可以与单台PLC进行控制，也可以用一台人机通过通信连线多台PLC或一台PLC和其它通信设备，如PC、变频器、智能仪表、伺服控制器等应用。所谓的组网一驱多功能，就是将一些仪表、变频器等利用PLC与人机界面组成一个网络，实现PLC的分散控制集中管理的控制系统。同样也可利用上位机进行系统的整合。利用上位机系统对多台人机或多台PLC通过一通讯埠连线通信。使整个系统实现分散控制与集中管理控制的整合。3 结语 如今可编程控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置。人机界面的应用，实现了人机界面与现场互动，降低了集成难度，提高了系统的可靠性。正如PLC在许多领域已取代了传统的继电器控制一样，人机界面以其友好的人机交互功能，灵活性、可靠性及其它强大的功能等，在许多领域尤其是控制复杂，需要随时观察和改变控制参数的系统中已逐步取代传统的控制面板和显示仪表等，而迅速普及并获得更为广泛的应用。参考文献1HITECH。工业级人机界面。ADP3视窗软体使用说明2HITECH。ADP软体使用手册3陈李清.PLC控制系统在六头滴丸机上的应用.医药工程设计J2004.2.说明：此文2004年12月发表于鹭江职业大学学报2004年第4期。刊号：CN35-1224/G4。主办单位：鹭江职业大学。