绵阳西门子S7-300代理商

一、人机界面（HMI）产品常识

    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。

    2、人机界面（HMI）产品的组成及工作原理

    人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机bbbbbbs操作系统下的画面组态软件（如JB－HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。

图1 人机界面硬件构成

图2 人机界面软件构成

    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，设备生产数据记录

简单的逻辑和数值运算

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、人机界面产品分类

薄膜键输入的HMI，显示尺寸小于5.7ˊ，画面组态软件免费，属初级产品。如POP－HMI 小型人机界面

触摸屏输入的HMI，显示屏尺寸为5.7ˊ～12.1ˊ，画面组态软件免费，属中级产品

基于平板PC计算机的、多种通讯口的、高性能HMI，显示尺寸大于10.4ˊ，画面组态软件收费，属高端产品

    5、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

    二、人机界面产品问答

    1、人机界面与人们常说的“触摸屏”有什么区别？

    从严格意义上来说，两者是有本质上的区别的。因为“触摸屏”仅是人机界面产品中可能用到的硬件部分，是一种替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备；而人机界面产品则是一种包含硬件和软件的人机交互设备。在工业中，人们常把具有触摸输入功能的人机界面产品称为“触摸屏”，但这是不科学的。

    2、人机界面和组态软件有什么区别？

    人机界面产品，常被大家称为“触摸屏”，包含HMI硬件和相应的专用画面组态软件，一般情况下，不同厂家的HMI硬件使用不同的画面组态软件，连接的主要设备种类是PLC。而组态软件是运行于PC硬件平台、bbbbbbs操作系统下的一个通用工具软件产品，和PC机或工控机一起也可以组成HMI产品；通用的组态软件支持的设备种类非常多，如各种PLC、PC板卡、仪表、变频器、模块等设备，而且由于PC的硬件平台性能强大（主要反应在在速度和存储容量上），通用组态软件的功能也强很多，适用于大型的监控系统中。

    3、人机界面产品中是否有操作系统？

    任何人机界面产品都有系统软件部分，系统软件运行在HMI的处理器中，支持多任务处理功能，处理器中需有小型的操作系统管理系统软件的运行。基于平板计算机的高性能人机界面产品中，一般使用WinCE,Linux等通用的嵌入式操作系统。 

    4、人机界面只能连接PLC吗？

    不是这样的。人机界面产品是为了解决PLC的人机交互问题而产生的，但随着计算机技术和数字电路技术的发展，很多工业控制设备都具备了串口通讯能力，所以只要有串口通讯能力的工业控制设备，如变频器、直流调速器、温控仪表、数采模块等都可以连接人机界面产品，来实现人机交互功能。

    5、人机界面只能通过标准的串行通讯口与其它设备相连接吗？

    大多数情况下是这样的。但随着计算机和数字电路技术的发展，人机界面产品的接口能力越来越强。除了传统的串行（RS232、RS422/RS485）通讯接口外，有些人机界面产品已具有网口、并口、USB口等数据接口，它们就可与具有网口、并口、USB口等接口的工业控制设备相连接，来实现设备的人机的交互。 

    6、是否有通讯功能的设备一定能和人机界面产品连接？

    应该是这样的。因为通用的人机界面产品都提供了大量的、可供选择的常用设备通讯驱动程序；一般情况下，只要在人机界面的画面组态软件中选择与连接设备相对应的通讯驱动程序，就可以完成HMI和设备的通讯连接。如果所选HMI产品的组态软件中没有要连接设备的通讯驱动程序，用户则可以把要连接设备的通讯口类型和协议内容告知HMI产品的生产商，请HMI厂商代为编制该设备的通讯驱动程序。

    7、PC机加触摸屏，能否直接与PLC通讯，完成HMI的功能？

    当然可以。不过还要编制相应的HMI软件，才能使PC机成为一个真正的HMI产品。

    8、未来人机界面的发展趋势是什么？

    随着数字电路和计算机技术的发展，未来的人机界面产品在功能上的高、中、低划分将越来越不明显，HMI的功能将越来越丰富；5.7寸以上的HMI产品将全部是彩色显示屏，屏的寿命也将更长。由于计算机硬件成本的降低，HMI产品将以平板PC计算机为HMI硬件的高端产品为主，因为这种高端的产品在处理器速度、存储容量、通讯接口种类和数量、组网能力、软件资源共享上都有较大的优势，是未来HMI产品的发展方向。当然，小尺寸的（显示尺寸小于5.7寸）HMI产品，由于其在体积和价格上的优势，随着其功能的进一步增强（如增加IO功能），将在小型机械设备的人机交互应用中得到广泛应用。

模拟图画面将显示整个直流系统的工作过程，包含交流输入、模块输出、控制母线、合闸母线、电池等。

    5．系统图画面

    系统图画面与模拟图画面有许多相似之处，但它更详细地描述了各参数值的大小，其中有模块输出电压、电流、电池电压电流、控母电压电流等。

    五、使用范围、使用情况及应用体会和经验

    LEODO人机界面在直流电源屏中的应用极大地提高了直流电源屏的可靠性及先进性，由于人机界面操作是触模式按键，因此克服了机械按键开关的机械磨损所带来的寿命问题，另外人机界面的大容量的内存以及bbbbbb软件操作平台极大地丰富了直流系统的功能操作，使其应用软件编制极为方便，应用软件具有很强大的移植性，这为工程设计带来了极大的方便，就LEODO人机界面在电力系统中直流电源屏的应用，我们可以很清楚地认识到其在电力系统中的应用前景极为广泛。

    例如可以应用在发电机励磁控制中用作为发电机励磁调节的操作及显示，可以应用在发电站、变电站综合自动化保护装置中作为单元控制界面与远程控制界面的中间界面，即将多个单元控制中需要量操作和显示的数据传送到LEODO人机界面中，再由LEODO人机界面经分析处理，传送到远程控制中心，或将远程控制中心的指令下发到单元控制中，总之LEODO人机界面随着时间的发展，人们会越来越多地去认识它、分析它、应用它，使其在电力行业及国民经济发展中的其它行业中发挥它应有的作用，为国民经济发展作出贡献。

一、 引言

    随着科学技术的不断发展，单片机技术的日趋完善，电力行业中对发电站、变电站设备提出了更高精密、更高质量的要求，直流电源屏是发电站、变电站二次设备中非常重要的设备，直流电源屏承担着向发电站、变电站提供直流控制保护电源的作用，同时提供给高压开关及断路器的操作电源，因此直流电源屏的可靠性将直接关系到发电站的安全运行，直流电源屏的发展已经经历了很长的时间，从早期的直流发电机、磁饱和直流充电机到集成电路可控硅控制直流充电机、单片机控制可控硅充电机、高频开关电源充电机等，至目前直流电源屏已很成熟 。

    LEODO人机界面的推向市场，使本来已很成熟的电力行业中的直流电源屏又登上了一个新的台阶，产品的质量和档次又提高了很大的一个层次。

    二、系统配置

    由LEODO人机界面为核心操作、显示界面组成的直流电源屏主要由以下几个重要部分组成：LEODO人机界面、西门子PLC、输入输出模拟量及开关量采集、高频开关电源模块。

    三、系统特点

    直流电源屏整流充电部分仍然采用目前国际流行的软开关技术，将工频交流经过多级变换，后形成稳定的直流输出，直流电源屏系统控制的核心部件是西门子可编程控制器PLC，它将系统采集的输入输出模似量以及开关量经过运算处理，终控制高频开关电源模块使其按电池曲线及有人为设置的工作要求高可靠地工作。

    直流电源屏输入输出的操作、各功能之间的变换操作以及多种工作状态的各种数据显示由LEODO人机界面完成，它主要完成下列几项任务：

    将采集的直流电源屏的输入输出数据由PLC 通过串行口传到人机界面的内存中，在人机界面内部除有出厂已安装的系统软件平台外，还有生产厂家按系统软件规定自行编制的应用软件，此应用软件按直流电源屏工作方式编制，其在线显示直流电源屏，实时数据，其中有高频开关电源模块输入输出电压电流、电池电压电流、控制母线电压电流，合闸母线电压等，另外还有输入输出开关工作状态，各工作点工作状态以及在故障状态下发出的报警状态，同时人机界面还可实时在线设置各种工作状态，如手动、自动、均充、浮充等，设置完毕按保存，其定值将永远保存在人机界面的存贮器中，停电此数据不丢失。

    四、画面功能介绍

    1. 开机画面

    开机画面显示设备型号名称、生产厂家

    2．数据显示画面

    实时在线显示各种数据，其中有充电方式、充电电压、模块电压、模块电流、电池电压、电池电流、控母电压、控母电流、模块数量。

    实时在线显示各种开关量数据，其中有控母电压故障、控母电流故障、控母正对地故障、控母负对地故障、控母开关脱扣、合母开关脱扣、控母输入开关断、合母输入开关断。

    3．参数和设定画面

    任意时刻正确输入密码即可进入参数设定画面，可设定的参数有：均充电压、浮充电压、电池电流、电池电压上下限、控母电压上下限、绝缘电阻下限、模块开关机等。

    4．模拟图画面

  在矿热炉冶炼的多数应用中，由于电气控制较为简单，现场都是人为调节控制生产，对矿热炉的整体效能产生很大影响，造成功率因数低、电耗高、产量较低的明显缺点。本次将人机界面与PLC结合应用在矿热炉的实践中，提高了系统的自动化程度，操作性能大大增强，提高了系统的可靠性，基本上达到了电气系统免维护，并且整套设备的重要指标功率因数、电耗、产量都取得了良好的成绩，取得了满意的效果。

    章 引言
　　
    矿热炉工业实际应用中主要用于生产硅铁、锰铁、工业硅、硅锰、铬铁、电石等，由于配套电气控制较为简单，一般智能控制的因素较少，基本上谈不到自动化程度，现场都是人为调节控制，根据操作电流变化而变化，这样必然产生与工艺标准要求滞后的电量反应，因此，对矿热炉的效能产生很大影响，造成功率因数低、电耗高、生产成本高的明显缺点。固然造成这些因素有一部分是因为设备、原材料、生产工艺造成的，但是绝大部分是因操作因素导致。相比国外进口同类设备，机械设备技术基本上已经消化，还存在个别关键设备技术有待提高和消化外，电气上自动化程度低是普遍现象。存在这个现象通常认为是此类系统没有必要提高设备自动化，另一个因素就是节约成本，再加上国内部分原材料在质量上的不过关，势必造成整个设备系统的低效率。
　　
    自2004年国务院为了整顿西部环境污染、彻底强制关闭能耗大、效率低、小容量企业，促进西部地区可持续发展战略以来，矿热炉企业用户不得不面临更残酷的现实，依靠产品竞争力来赢得市场，就变得尤为重要。这样一来，扩容、降耗、提高自动化程度、优化系统设备匹配性能，提高操作工艺水平、降低生产成本就变得更为迫切。

    第二章 系统配置
　　
    该套电气系统是配套某电石厂13500KVA电石炉，由于资金限制，该套电气配置仅增设了PLC和LEODO人机界面等智能化单元，以提升整套电气系统的自动化程度和系统可靠性。PLC完成所有电气联锁、动作，以保证电气系统的正常运行，LEODO人机界面完成各种电气参数的远程数据采集、数据存储、数据运算、趋势拟合分析和数据输出等功能。该系统包含的控制有电极控制、电极压放控制、液压系统控制、高压联锁控制、变压器调挡联锁控制、报警保护控制、远程数据采集输出、上位人机动态显示及交互等功能。

    系统配置图

    第三章 系统特点
　　
    系统网络虽然单元较少，但具备了实现电气控制自动化的所有功能。

    LEODO人机界面具有丰富的网络和通讯接口。一对标准RS232和RS485串行总线通讯接口，根据外接智能单元通讯形式的不同，可以连接RS232或RS485，通过RS485总线可以扩展连接更多的智能设备。一个标准并行输出接口，可以外接打印等输出设备。一个ETHERNET接口，可上传下载工程文件，并可以扩展多台以太网络设备实现数据共享。一个USB接口支持标准USB协议的外接设备，实现数据输入输出交换功能。还有其他VGA、AV、AUDIO等多种接口，丰富设备连接和扩展。
　　
    LEODO人机界面屏幕触摸功能，节省了硬键盘，又节约了空间。64M真彩色液晶显示屏，使得工程界面更加柔和鲜明。

    经实践应用，LEODO人机界面外壳虽然采用了工程塑料，抗干扰性却能胜任矿热炉恶劣工作环境。
　　
    PLC选用OMRON CJ1M，远程数据采集模块选用研华ADAM 4000系列。PLC通过RS232与LEODO COM1口相连，ADAM通过RS485与LEODO COM2相连，LEODO人机界面设定数据更新频率500MS时，采样数据的快捷性、准确性，既满足了生产数据需要，又保证了各个通讯设备的稳定。