［摘　要］　本文介绍了基于触屏式人机界面HMI和PLC的控制系统结构原理与应用特点，并给出了进行现场监控的参数设置、以及HMI监控界面的设计实验
［关键词］　人机界面（HMI）；可编程序控制器（PLC）；现场监控；参数设置

1　概述

　　可编程逻辑控制器PLC是专门为工业自动控制而设计的新型装置，它具有功能强，编程简单，可靠性高，使用方便等优点，在现代工业自动控制中得到广泛应用。但单纯的PLC控制系统，难于实现现场监控和工艺参数的现场设置和修改。若采用上位监控计算机与PLC通信的方式进行监控和参数设置，不仅投资成本高，而且上位机一般难于设置在工作环境恶劣的生产现场，不便于现场操作人员对生产过程进行实时监控和参数的在线设置。
　　对于小型的工业自动控制系统，可以采用有交互操作功能的图形化人机界面（HMI），与PLC一起组成结构紧凑的现场监控型自动控制系统，提高系统的实时管理和操作效率。
　　DELTA公司最新开发的PWS－1760触屏式彩色HMI是免维护型工业级可编程终端，适合于在恶劣的工业环境下使用。它可用于振动、潮湿和高粉尘的环境中作为监控和人机操作介面，可以显示状态、故障和过程变量，显示文字、曲线和图形。操作人员可在触摸屏上实现对工业生产现场的过程控制，操作简便易学，方便直观。HMI上配有RS－485接口可连接PLC，RS232／422接口可连接计算机用于触摸屏画面软件的开发，或接标准打印机。
　　触摸屏上的触摸键取代了传统的控制面板功能，可使操作者把触摸屏当作一个操作面板，只要操纵触摸屏上配置的虚拟按钮，即可进行简单直观的操作。输入给触摸屏的数据可以传递给PLC，省去了大量现场的硬件按钮开关、数字设定和指示灯等易损器件，大大提高了系统的可靠性；而且能随时动态显示生产现场的重要信息，方便操作人员正确掌握生产现场的运行状况，及时调整工作参数，使系统尽可能地工作于最佳状态。

2　均衡输蔗自动控制系统结构原理

　　甘蔗糖厂的压榨车间是一个高粉尘、高湿度和振动的生产环境，其生产过程的均衡稳定和安全运控制。　　
　　本系统以SIEMENS的S7－214PLC为控制核心，配以DELTA公司的PWS－1760型HMI，二者通过RS－485接口互连，传输速率为9600 bps，8位偶校验，1位停止位。RS－485的PLC站号为2，PWS端通信口为COM2。HMI的监控及参数设置画面在计算机上使用DELTA公司的SADP3编程软件进行规划、定义和编制，通过这些图形介面完成系统的现场监控和参数设置。
　　系统使用核子秤动态检测输送带上的蔗层厚度，PLC根据HMI上设定的当班榨量、输蔗机上的蔗层厚度和核子秤的检测电压、输蔗电机的实际转速、切撕机的负荷电流等现场参数，按控制算法计算出输蔗电机的目标转速，PLC经D／A模块对变频器进行控制，实现对输蔗电机的转速调整。在满足设定日榨量的前提下，实现均衡输蔗的自动控制要求和对入榨甘蔗的精确计量。系统结构图如图2—1所示。

　　系统通过对HMI画面上所设元件属性和与PLC的数据交换地址的定义，实现HMI相关元件对应的暂存器对PLC存贮单元的读写。在不中断生产过程的同时，通过HMI上的软键盘对诸如班榨量、输蔗机的转速差、切撕机的最大允许负荷电流、核子秤的物料整定系数等现场参数进行设定和调整。对PLC内部的数据以位、字节、字或双字及有符号／无符号方式，以BCD码数据格式、二进制数据格式、十六进制数据格式进行数据读写控制。
　　一般情况下，系统以主监控画面显示为主。在需要设置现场参数、查询榨量统计报表和系统故障状态、完成输蔗机转速和核子秤整定以及系统的秘码和时间设置时，可通过主监控画面和其它的次画面上设置的画面转换按钮，进入到相关画面，完成各自的任务。同时又可通过各次画面上的“返回”按钮，返回到上一级画面。画面切换顺序流程如图2—2所示。

3　触摸屏（HMI）介面设计

3．1　主监控介面（初始屏）的设计　　
　　在主监控画面上建立输蔗系统动态监控模型（见图3—1），实时显示1＃／2＃切撕机的瞬时负荷电流、1＃／2＃输蔗机的瞬时转速和核子秤的输出电压、设定的当班榨量曲线和实际榨量曲线、当班榨量的累计值；使用电机模型的颜色变化显示输蔗机和切撕机运行／停止状态；同时显示系统的手动／自动、正常／故障状态等现场的设备和参数信息。在该画面上还可通过数值输入按钮对当班榨量进行现场设定，以实现满足设定的当班榨量条件下的均衡输蔗的输蔗机转速的自动控制要求。　　
　　通过该主画面上的各画面切换触摸键，可顺利进入相关的其它监控画面。
3．2　统计报表介面设计

　　通过主监控画面上的“报表”按键，可进入“榨量统计和报表打印”画面，对PLC和核子秤计量出的当班榨量、当日榨量、小期榨量和年度榨量等计量值进行查询显示和打印，在实现自动控制的同时实现对入榨甘蔗的准确计量，为生产调度和管理提供科学依据。根据需要还可以对各累计榨量进行清零处理（见图3—2）。
3．3　参数设定介面设计

　　通过主监控画面可进入“参数设置和校正处理”画面（见图3—3），利用相应的参数设置按钮，可完成生产现场参数在线设置。为了避免切撕机入口处的蔗料发生堵塞或切撕机电流过荷而损坏设备或出现停机等生产事故，可对切撕机的负荷电流上限进行设定。通过软件对输蔗机转速进行实时调节，以保护切撕机的安全。输蔗机2的输蔗速度应快于输蔗机1，其转速差应随日榨量的变化和甘蔗成分的不同作相应调整，以使系统工作于最佳状态，该转速差一般保持在200转至400转之间。在该画面还可设定系统的A／D采样时间间隔、渗透水与蔗比；通过该画面进入时间和操作密码权限设置画面、核子秤物料系数整定画面和输蔗机的转速校正画面等完成相关的操作。
3．4　核子秤物料系数整定介面设计

　　通过“参数设定画面”可进入“核子秤物料系数整定”画面（见图3—4），画面中对核子秤物料系数的整定步骤实现了方便直观的引导式操作，大大简化核子秤物料系数的整定过程。通过HMI与PLC的交互通信和操作人员的现场操作，PLC可实时完成对甘蔗的现场计量，再结合甘蔗的实际重量自动计算出核子秤的计量误差。操作人员根据计量精度要求确定下一步的操作，在精度不满足要求时，操作人员只要按压“计算物料系数”按钮，PLC即可自动计算出校正后的核子秤物料系数。通过HMI简单方便的Wizard方式，轻松完成核子秤物料吸收系数的整定操作。
3．5　其它监控介面的设计
　　除上述画面外，系统还可通过“模块状态”画面，对PLC上传的A／D模块正常／故障状态和系统的异常报警状态进行查询，为系统的故障排除提供详尽的设备状态信息；通过“密码／时间设置”画面，可对HMI的时钟和操作权限密码进行设置和管理，为蔗料的计量提供时间基准和确保现场参数设置的安全性，避免无操作权限的人员随意设置和修改相关的现场参数，确保系统的正常运行和安全生产。
　　在计量和输蔗自动控制系统中，对输蔗机转速的A／D采样信号和D／A输出控制信号的准确与否，直接影响到入榨甘蔗计量的精确性和均衡输蔗的自动控制效果。通过“输蔗机转速整定”画面中设置的触摸按键，由PLC对输蔗机的各转速取样点的转速进行精确整定。

4　总结

　　PLC和HMI的配合使用，触摸按键取代了传统的控制面板功能，省却了大量现场的按钮开关、数字设定和指示灯等易耗配件，大大提高了系统的可靠性，改善了PLC控制系统的操作性能，方便了现场操作人员对生产过程的监控和参数设置。与上位工控机构成的监控系统相比，具有体积小、功耗低、投资省，安装方便等特点。在甘蔗糖厂投入使用后，提高了压榨车间的自动化水平，实现了甘蔗的均衡入榨，提高了糖厂的压榨抽出率，产生了较好的经济效益和社会效益。

［参考文献］