HMI在煙草行業(yè)能源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、HMI在煙草行業(yè)能源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用在現(xiàn)代化的生產(chǎn)企業(yè)中，動力能源系統(tǒng) ( 包括水、電、汽、暖通等環(huán)節(jié) 1 負(fù)責(zé)為生產(chǎn)部門提供長期穩(wěn)定的、 滿足工藝要求的生產(chǎn)環(huán)境。 正因?yàn)槿绱耍?動力能源系統(tǒng)也占據(jù)了企業(yè)最重要的運(yùn)營能耗成本， 動力能源系統(tǒng)的持久穩(wěn)定和效率高低直接關(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 以往企業(yè)常常投入大量人力物力來保障其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為有效提高企業(yè)的綜合管理水平。在現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線及數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)之上專門針對煙草企業(yè)的特點(diǎn)開發(fā)出能源管理系統(tǒng)。利用觸摸屏可以對能源控制系統(tǒng)迸行現(xiàn)場監(jiān)控且不用過多考慮與 PLC的通信問題。由于觸摸屏體積小，重量輕，故使用觸摸屏進(jìn)行監(jiān)控，雖不能

2、完全替代 PC 機(jī)，但可以彌補(bǔ)Pc 機(jī)移動性差的弱點(diǎn)這能為工程師在現(xiàn)場調(diào)控提供極大的便利，并且觸摸屏特殊的操作方式會使得監(jiān)控更加的直觀。WinCC Flexible 2005軟件是 WinCC組態(tài)軟件的一個組件，利用它，我們可以在觸摸屏上進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計。 無論是從 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 或是對 PLC進(jìn)行控制， 都能夠按照用戶的實(shí)際需要進(jìn)行“量身定做”。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個能源管理系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩個部分：上位機(jī)， 即監(jiān)控子站由 HMI及 Pc 機(jī)組成， 負(fù)責(zé)顯示人機(jī)交互界面， 實(shí)時反映生產(chǎn)過程的各種數(shù)據(jù) 接受操作人員的控制命令；下位機(jī)，即控制主站由西門子 PLC組成，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)及

3、控制硬件設(shè)備。 上位機(jī)與下位機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)與兩臺冗余結(jié)構(gòu)的 SCADA服務(wù)器相連，從而實(shí)現(xiàn)對 PLC及 HMI交換信息及指令。如圖 1 所示：圖 1 能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1 PLC介紹PLC(Programmable logic Controller)，即可編程邏輯控制器，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。本系統(tǒng)中使用了西門子公司的S7-300 系列 PLC，它采用模塊結(jié)構(gòu)，其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 具有高速計算能力，適用于及其快速的過程處理及對數(shù)據(jù)處理能力有特別要求的中小型自動化控制系統(tǒng)。不過，西門子 300 系列 P

4、LC自帶的組態(tài)功能可視化效果較差，遠(yuǎn)不能達(dá)到客戶的需求。因此，常使用與之匹配的組態(tài)軟件( 本項工程中使用西門子公司W(wǎng)inCC Flexible系列軟件 ) 來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。遠(yuǎn)2.2 HMI介紹HMI 是 Human Machine Interface的縮寫，即人機(jī)界面 ( 人機(jī)接口 ) 。人機(jī)界面產(chǎn)品則是一種包含硬件和軟件的人機(jī)交互設(shè)備。它已經(jīng)從用于監(jiān)視活動的簡單設(shè)備發(fā)展成用來監(jiān)控、分析過程與系統(tǒng)的復(fù)雜而成熟的工具?；谇度胧郊夹g(shù)的工業(yè)人機(jī)界面能夠理想、生動地顯示 PLC，單片機(jī)等工業(yè)設(shè)備上的數(shù)據(jù)信息，功能強(qiáng)大，使用方便。它作為PLC等控制設(shè)備的上端設(shè)備在用戶和機(jī)器之間架設(shè)了一條橋梁，其硬件為

5、嵌入式智能人機(jī)界面：其軟件為嵌入式操作系統(tǒng)。另加自己開發(fā)的應(yīng)用程序。本系統(tǒng)中采用西門子公司MP 370 觸摸屏，嵌入式系統(tǒng)為 WinCE，使用為某煙草企業(yè)所開發(fā)的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行控制。2.3硬件配置在 S7-300 機(jī)架上安裝電源模塊 PS 307 5A 、 CPU 315-2 DP 、數(shù)模輸入輸出模塊、CP343 1 Lean ；觸摸屏采用西門子公司的MP 370 Touch ；以太網(wǎng)交換機(jī)。2.4軟件配置軟件采用STEP V5.3 ，Wincc Flexible 2005。3 HMI 與 PLC的通信3.1 PLC的配置首先搭建PLC平臺，然后通過CP 341-1 Lean ，交換機(jī)以及工

6、業(yè)以太網(wǎng)將PLC與上位機(jī)連接，并對其進(jìn)行配置。3.1.1 PLC硬件配置打開 SIMATIC Manager ，新建一個項目，在新建的項目總插入一個 SIMATIC 300 的站點(diǎn)，然后將其重命名為 STATION1。雙擊 STATION1中的 Hardware ，進(jìn)入 HW Config 界面。在界面右側(cè)的目錄中選擇 PLC的各種模塊，首先插入 S7-300 的支架 RAIL，然后在 1 號插槽插入電源模塊。在 2 號插槽插入 CPU314C-2DP模塊，在 4 號插槽插入 CP341-1 Lean 通信模塊。雙擊 CP341-1 Lean 通信模塊， CP341-1 Lean 屬性窗體中新

7、建網(wǎng)絡(luò)連接并設(shè)置 IP 地址，例如 192.168.1.21 ，最后編譯并保存。3.1.2 DB塊的建立在 SIMATIC Manager 中選中 STATION1中的 Blocks ，在里面插入一個Data Block，命名為 DB1。雙擊 DB1，設(shè)置一個一定大小的數(shù)據(jù)，作為以后通信的數(shù)據(jù)源。根據(jù)需要可以添加多個 DB塊使用。3.1.3下載組態(tài)信息為了下載相關(guān)的數(shù)據(jù)下載到PLC 中，先要設(shè)置下載方式。在Set PG/PC Interface窗體中選擇PC Adapter（ MPI），并在其屬性窗口的本地連接中選擇USB方式。將西門子PC適配器分別與 PLC 的 MPI 接口和計算機(jī)的 US

8、B 接口連接起來， SIMATIC Manager 中選擇STATION1，然后點(diǎn)擊 Download 按鈕，完成下載。3.2 WinCC Flexible 2005的配置首先，選擇Project菜單下New選項，新建一個項目。在Device selection界面中選擇使用的觸摸屏型號，這個項目中所使用的觸摸屏型號為“MP 370 12”Touch”。在communication 選項下 connections 界面中設(shè)置觸摸屏與PLC的連接方式為 Ethernet ”，觸摸屏 IP 地址為“ 192.168.1.137”； PLC IP 地址為“ 192.168.1.21 ”， expan

9、sion slot設(shè)為“ 2”。 在 communication 選項下 Tags 界面中添加在 PLC中所劃分好的系統(tǒng)外標(biāo)簽，以備編輯人機(jī)界面時使用。在Device setting下 Languages and Fonts 界面中，設(shè)置好所需使用的中英文字體。 使用管理員編輯器設(shè)定管理操作權(quán)限，系統(tǒng)共設(shè)有三種權(quán)限， 管理員和操作員和一般用戶。 管理員可進(jìn)行包括系統(tǒng)管理的任何餐桌。操作員是可進(jìn)行畫面監(jiān)視、操作參數(shù)的設(shè)定、退出系統(tǒng)等操作。操作員是可進(jìn)行畫面監(jiān)視、操作參數(shù)的設(shè)定、退出系統(tǒng)等操作，但不允許對工程參數(shù)，如冷卻水壓力等參數(shù)進(jìn)行更改。一般用戶只能進(jìn)行畫面的監(jiān)視等操作。3.3 HMI的配置M

10、P 370 采用 Windows CE操作系統(tǒng)，為了使其與WinCC Flexible的版本匹配，首先應(yīng)進(jìn) 入MP 370 系統(tǒng) 控制面 板，設(shè)置其 IP地址為“192.168.1.137 ”，連接方式為“Ethernet ”。然后使用Prosave 工具更新 MP 370 操作系統(tǒng)。打開Prosave 工具，在“常規(guī)” 選項下選擇設(shè)備類型為“MP 370 Touch”，連接方式“ Ethernet ”，IP地址為“192.168.1.137 ”，然后在“ OS 更新”選項下選擇讀?。?MP370_V7_1_1_0.img）鏡像文件（此鏡像在Wincc Flexible 2005）的 WinC

11、C Flexible Images文件夾下），連接成功后便可更新操作操作系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)更新后，進(jìn)入Windows CE 控制面板，再次設(shè)置IP 地址和連接方式為上述值， 并更改區(qū)域設(shè)置為英國或美國，默認(rèn)為德國，否則小數(shù)點(diǎn)會以逗號表示，不符合常用習(xí)慣。4 畫面組態(tài)以某煙草企業(yè)所采用的空調(diào)能源管理系統(tǒng)負(fù)壓站部分為例。系統(tǒng)的主菜單主要分為：狀態(tài)顯示、歷史曲線、操作參數(shù)、工程參數(shù)、系統(tǒng)幫助、系統(tǒng)注銷等幾部分， 每個功能塊上都有相應(yīng)的圖形和文字，以便識別。 此外， 需要為操作參數(shù)和工程參數(shù)設(shè)置操作權(quán)限，以防止誤操作等。4.1狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示圖以圖形化的方式向用戶展示了整個系統(tǒng)的工藝流程和系統(tǒng)各個位置的

12、工藝參數(shù)。一方面，用戶可以很直觀地觀測到系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各測點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)；另一方面也為用戶提供了一個方便的直接操作和設(shè)定的圖形化人機(jī)操作界面。從流程畫面中， 用戶可以了解各個測點(diǎn)的當(dāng)前溫度、壓力值， 極方便了值班記錄人員的抄錄工作。操作人員可以通過這些參數(shù)了解真空泵的工作情況，并及時發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，出現(xiàn)故障的設(shè)備將閃動紅色故障標(biāo)志，閥門的開關(guān)狀態(tài)直觀的通過閥門顏色（紅色關(guān)閉、綠色開啟）表現(xiàn)。左下角的“系統(tǒng)停止（開啟）”、“測試（運(yùn)行）模式”、“設(shè)備運(yùn)行時間復(fù)位”等三個按鈕可以方便操作人員的控制，但設(shè)置了密碼，只供擁有相關(guān)權(quán)限人員使用，從而避免誤操作，以防帶來不必要的損失。4.2歷史曲線曲線

13、顯示功能主要用于記錄、顯示系統(tǒng)中各測點(diǎn)溫度、濕度、壓力的歷史數(shù)據(jù)及變化趨勢圖， 并以多種顏色將它們加以區(qū)分。通過此圖， 用戶可以了解到系統(tǒng)在過去一段時間中的運(yùn)行情況。 曲線的采樣間隔為3 分鐘， 在曲線下面的數(shù)據(jù)框中，可以翻查它們?nèi)我鈺r刻的數(shù)值。4.3工程參數(shù)工程參數(shù)是專為工程技術(shù)人員調(diào)整寫完危機(jī)工作狀態(tài)而設(shè)計的，用戶可以在工程參數(shù)中對一些參數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。例如儲氣罐出口壓力設(shè)定、冷卻水壓力設(shè)定、冷卻水泵變頻 P 參數(shù)設(shè)定等。工程參數(shù)的設(shè)置對系統(tǒng)有著非常重要的意義，為防止造成系統(tǒng)不能正常工作或顯示有誤等問題， 我們專門設(shè)計了密碼保護(hù)，非管理員級的密碼不能進(jìn)入功能參數(shù)頁面進(jìn)行設(shè)置和修改。4.4操作參數(shù)在操作參數(shù)中，用戶可以控制真空泵、閥門等的開關(guān)，還可以調(diào)節(jié)變頻器參數(shù)。在設(shè)計時采用了密碼保護(hù)，只允許操作員級別以上權(quán)限者修改，以防非工作人員誤操作，造成控制失誤。密碼輸入錯誤時，將不能進(jìn)入該頁面進(jìn)行各操作參數(shù)的設(shè)定或修改。4.5系統(tǒng)幫助用戶可以從系統(tǒng)幫助中查詢參數(shù)定義、權(quán)限分類等有用的信息，以幫助用戶快速上手。4.6系統(tǒng)注銷當(dāng)用戶登陸管理系統(tǒng)后，若 3 分鐘以沒有進(jìn)行操作，系統(tǒng)會自動注銷當(dāng)前用戶。但為了防止在此期間發(fā)生誤操作，特別設(shè)置系統(tǒng)注銷按鈕，用以手動注銷。5 結(jié)束語能源管理系統(tǒng)在煙草行業(yè)中的作用越來越重要， HMI 設(shè)備以其簡單方便的控制方式以及直觀明了的監(jiān)控畫面使得能源控制管理系