毕业设计(论文)木材干燥箱PLC控制系统(人机界面部分).doc
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1、西南林业大学本科毕业(设计)论文(2015届) 题 目:木材干燥箱PLC控制系统(人机界面部分) 教学院系: 机械与交通学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 指导老师: 评 阅 人: 木材干燥箱人机界面设计 (西南林业大学 机械与交通学院 云南 昆明 650224) 摘要:人机界面技术是随着计算机技术的发展,为了满足非专业计算机用户操作计算机的需要而逐渐成熟与完善起来的,由用户通过显示屏输入信息以实现对计算机的控制。人机界面在工业控制系统占有非常重要的作用,特别是随着工控技术以及自动化的发展,人机界面技术一直受到世界各国的普遍重视并得到了飞速发展。了解人机界面的的结构以及组态是操
2、作、改进、设计人机界面的前提。 本文是基于PID控制木材干燥箱工作原理及控制要求等,在查阅相关文献的基础上,通过现场调研分析木材干燥箱的工作原理机控制原理,完成了该设备的人机界面设计,并利用组态软件完成了人机界面的设计。通过该设计,将自己所学的知识和理论结合起来,对PLC和人机界面的设计有了更深刻的认识。 关键词:木材干燥箱;人机界面;PLC; Wood drying boxinterfacepartChenjie(Machinery and Transportation Institute,Southwest forestry university,Kunming,Yunnan 650224
3、 China) Abstract: Man-machine interface technology with the development of computer technology, in order to meet the needs of non professional computer users to operate computers and gradually mature and perfect them, by the user through the display input information to realize the control of the co
4、mputer. Man-machine interface plays a very important role in industrial control system, especially with the development of industrial control technology and automation, human-computer interface technology has been the subject of widespread attention all over the world and has been the rapid developm
5、ent. To understand the structure of man-machine interface and configuration is the premise of operation, improvement, design of man-machine interface. The purpose of this paper is the wood drying box working principle and control requirements for PID control based on, after consulting relevant liter
6、ature based on, through field investigation of the working principle of the wood drying box machine control principle, completed the design of man-machine interface of the device, and use configuration software to complete the design of man machine interface. Through the design, they will learn the
7、knowledge and theory of combine of PLC and HMI design have a more profound understanding.Keywords: touch screen;man-machine interface;PLC. 目录第1章 绪论11.1 概述11.2 人机界面的现状及国内外研究情况11.2.1 基本简介11.2.2 发展简史11.2.3 设计过程21.2.4 基本常识31.2.5 发展趋势4第2章 样本选型62.1 PLC选型62.1.1 I/O分配表62.1.2 中央处理单元选型7 2.1.3 模拟量输入选型72.2 触摸屏的
8、选型92.3 PLC、触摸屏、和电脑之间的通信102.3.1 PLC和电脑的连接112.3.2 HMI和电脑的连接12第3章 画面组态163.1 组态软件介绍163.1.1 组态软件的特点163.2 组态过程173.2.1 开机画面173.2.2 主菜单173.2.3 显示面板183.2.4 控制中心193.2.5 报警系统203.2.6 I/O表203.2.7 参数设置21第4章 总结与展望214.1 总结224.1.1 论文的主要内容224.1.2 论文设计总结22参考文献. .23导师简介.24致谢.25附录.26 第1章 绪论1.1 概述 人机界面(又称用户界面或使用者界面)是系统和用
9、户之间进行交互和信息交换的媒介,它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。用户和系统之间一般用面向问题的受限自然语言进行交互。目前有有系统开始利用多媒体技术开发新一代的用户界面。1.2 人机界面的现状及国内外研究情况1.2.1 基本简介 人机界面(又称用户界面或使用者界面)是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介,它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。 人机界面(Human Machine Interaction,简称HMI),是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口,是计算机系统的重
10、要组成部分。是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面,信息交换,功能接触或互相影响,指人和机器的硬接触和软触,此结合面不仅包括点线面的直接接触,还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。 人机结合面是人机系统中的中心一环节,主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据,并过安全工程设备工程学,安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。1.2.2 发展简史 从计算机问世以来,早期用户是以计算机专业人员为主,但随着计算机广泛进入人
11、们的工作生活领域,计算机用户发生了改变,非计算机专业的普通用户成了用户的主体。这一重大转变使计算机的可用性问题变得日益突出起来。人机界面应当是什么样的? 如何去建造这样的界面? 人们开始关注和研究这些问题。这些问题既涉及人也涉及计算机及一些相关的学科,如:心理学、人的因素学(Human Factors)、社会学、语言学等。随着计算机技术的发展,应用领域的拓宽,从而带来了不同的理论方法。八十年代以来,人机界面的研究有了前所未有的发展,微型计算机的迅速普及对此起了重要的推动作用。1.2.3 设计过程人机界面的设计过程可分为以下几个步骤:(1) 创建系统功能的外部模型设计模型。 主要是考虑软件的数据
12、结构、总体结构和过程性描述,界面设计一般只作为附属品,只有对用户的情况(包括年龄、性别、心理情况、文化程度、个性、种族背景等)有所了解,才能设计出有效的用户界面;根据终端用户对未来系统的假想(简称系统假想)设计用户模型,最终使之与系统实现后得到的系统映象(系统的外部特征)相吻合,用户才能对系统感到满意并能有效的使用它;建立用户模型时要充分考虑系统假想给出的信息,系统映象必须准确地反映系统的语法和语义信息。总之,只有了解用户、了解任务才能设计出好的人机界面。(2)确定为完成此系统功能人和计算机应分别完成的任务。 任务分析有两种途径。一种是从实际出发,通过对原有处于手工或半手工状态下的应用系统的剖
13、析,将其映射为在人机界面上执行的一组类似的任务;另一种是通过研究系统的需求规格说明,导出一组与用户模型和系统假想相协调的用户任务。逐步求精和面向对象分析等技术同样适用于任务分析。逐步求精技术可把任务不断划分为子任务,直至对每个任务的要求都十分清楚;而采用面向对象分析技术可识别出与应用有关的所有客观的对象以及与对象关联的动作。(3)考虑界面设计中的典型问题。 设计任何一个机界面,一般必须考虑系统响应时间、用户求助机制、错误信息处理和命令方式四个方面。系统响应时间过长是交互式系统中用户抱怨最多的问题,除了响应时间的绝对长短外,用户对不同命令在响应时间上的差别亦很在意,若过于悬殊用户将难以接受;用户
14、求助机制宜采用集成式,避免叠加式系统导致用户求助某项指南而不得不浏览大量无关信息;错误和警告信息必须选用用户明了、含义准确的术语描述,同时还应尽可能提供一些有关错误恢复的建议。此外,显示出错信息时,若再辅以听觉(铃声)、视觉(专用颜色)刺激,则效果更佳;命令方式最好是菜单与键盘命令并存,供用户选用。(4)借助CASE工具构造界面原型,并真正实现设计模型软件模型一旦确定,即可构造一个软件原形,此时仅有用户界面部分,此原形交用户评审,根据反馈意见修改后再交给用户评审,直至与用户模型和系统假想一致为止。一般可借助于用户界面工具箱(The userinterface toolkit)或用户界面开发系统
15、(User interface developmentsystem)提供的现成的模块或对象创建各种界面基本成分的工作。1.2.4 基本常识(1)人机界面产品的定义 连接可编程序控制器(PLC)、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备,利用显示屏显示,通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令,实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。HMI为英文Human-Machine Interface的缩写。(2)(3)人机界面产品的基本功能及选型指标 基本功能:设备工作状态显示,如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等;数据、文字输入操作,打印输出;生产配方存储,设备生产
16、数据记录;简单的逻辑和值运算;可连接多种工业控制设备组网。 选型指标:显示屏尺寸及色彩,分辨率;HMI的处理器速度性能;输入方式:触摸屏或薄膜键盘;画面存贮容量,注意厂商标注的容量单位是字节(byte)、还是位(bit);通讯口种类及数量,是否支持打印功能。(4)人机界面的使用方法。 明确监控任务要求,选择适合的HMI产品;在PC机上用画面组态软件编辑“工程文件”;测试并保存已编辑好的“工程文件” ;PC机连接HMI硬件,下载“工程文件”到HMI中;连接HMI和工业控制器(如PLC、仪表等),实现人机交互。1.2.5 发展趋势想(1)目前中国人机界面市场的发展现状 有专家指出,中国是全球人机界
17、面需求量最大的市场,但却不是全球人机界面产品销售额最高的市场,这说明,低端人机界面用户在中国占有很大的份额。近些年来民族品牌的迅速发展,采取低价格等策略,正在大举进攻低端市场,在国内已经占据了低端市场的优势地位,赢得了广大用户的认可。国际品牌也在逐渐研发其经济型产品,以抢占低端市场的份额。因此,由于在低端市场的稳扎稳打,国内的人机界面厂商整体业绩呈现出快速增长的状态。(2)人机界面不再是单纯的显示和控制 目前国内的自动化产业,一些原本不用人机界面的行业,现在也开始使用人机界面了,这说明人机界面已经成为客户体验的不可缺少的一部分,人机界面的用户界面能更好地反映出设备和流程的状态,并通过视觉和触摸
18、的效果,带给客户更直观的感受。(3)人机界面未来的发展趋势 有些机械行业,比如说机床、纺织机械等行业,在国内已经发展有几十年的历史了,相对来说属于比较成熟的行业,从长远看,这些行业还存在着设备升级换代的需求。在这个升级换代的过程中,确实会有一些小的、一直使用比较低端产品的厂家被淘汰掉,但也有很多企业在设备更新过程中,将需求重新定位,去寻找那些能够符合他们发展计划,帮助他们提高自身生产力的设备供应商。鉴于这种需求,以后人机界面的改变,将在形状上、观念上、应用场合等方面都有所改变,从而带来工控机核心技术的一次次变革。总体来讲,人机界面的未来发展趋势是六个现代化:平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、
19、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。具有wifi 和3G功能的HMI。 第2章 样本选型2.1 PLC选型 本设计方案设计的目标为木材干燥箱的PLC控制系统。在不同的温度和湿度条件下,木材干燥后的性能指标也各不相同。为了得到木材稳定的性能,必须保证木材干燥的环境保持恒定的温度和湿度。我所设计的木材干燥箱PLC控制系统有温度,湿度和液位变化三个变量。由PLC系统进行自动控制。系统由温度传感器,湿度传感器,温度控制仪,湿度控制仪,PLC系统,调温设备,增湿设备,照明设备,制冷设备组成。2.1.1 I/O分配表表2-1 I/O分配表输入信号 输出信号干球传感器输入:AIW0电热丝通电(调温):Q0.
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