基于组态王的包衣车间的HMI设计

1 基于组态王的包衣车间的基于组态王的包衣车间的 HMIHMI 设计设计 摘要 摘要 在工业领域 随着自动化程度的迅速提高 用户对控制系统的过程监 控要求越来越高 HMI 人机界面 的出现正好满足了用户这一需求 HMI 人 机界面 可以对控制系统进行全面监控 包括过程监测 报警提示 数据记录 等功能 从而使控制系统变得操作人性化 过程可视化 在自动控制领域的作 用日益显著 本文简要介绍了 HMI 和组态王以及基于北京亚控科技公司的组态 软件组态王的包衣车间的 HMI 设计 关键字关键字 组态王 包衣 HMI 监控 The HMI Design Of Coating Workshop Based On The Kingview Abstract In the industrial field with the rapid increase in the degree of automation it is more and more important to monitor the process of control system for the users The emergence of human machine interface meets the needs of users Man machine interface can comprehensively monitor the control system including process monitoring alarm data logging and other functions so that the control systems have become user friendly operation the process of visualization and it will play more and more important part in the field of automatic control This paper gives a brief introduction about HMI and Kingview and the HMI design of coating workshop based On configuration software Kingview which is developed by Beijing wellintech company Keywords kingview coating HMI monitor 2 目录目录 1 人机界面简介 3 随着自动化技术迅猛发展 控制系统功能越来越强大 控制过程也变得越来越复杂 系统操作最大透明化已经成为一种需要 人机界面 HMI Human Machine Interface 以其过程可视化 操作员对操作过程可方便的控制等显著特点 很好的满足了这种需 求而得到广泛的应用 工业 HMI 又称触摸屏监控器 是一种智能化操作控制显示装置 它一般与 PLC 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 3 1 1 人机界面的定义 3 1 2 人机界面产品的组成及工作原理 3 1 3 人机界面产品的特点 4 2 组态软件简介 4 2 1 组态软件定义 4 2 2 组态软件的功能 5 2 32 3 常用组态软件常用组态软件 6 2 4 组态王简介 6 3 3 基于组态王的基于组态王的 HMIHMI 设计设计 7 3 2 监控主界面 8 3 3 设备定义 9 3 4 数据变量定义 10 3 5 动画连接 13 3 5 1 图素动画连接 13 3 5 2 文本显示连接 14 3 6 热键设置 15 3 7 创建 XY 控件 15 3 8 实时趋势曲线 17 3 9 历史趋势曲线 18 3 10 报警窗口 18 3 11 液位温度显示 20 3 12 报表系统 20 4 总结 21 参考文献 22 3 1 1 人机界面简介人机界面简介 随着自动化技术迅猛发展 控制系统功能越来越强大 控制过程也变得越来 越复杂 系统操作最大透明化已经成为一种需要 人机界面 HMI Human Machine Interface 以其过程可视化 操作员对操作过程可方便的控制等显著 特点 很好的满足了这种需求而得到广泛的应用 工业 HMI 又称触摸屏监控器 是一种智能化操作控制显示装置 它一般与 PLC 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 1 11 1 人机界面的定义人机界面的定义 人机界面是指连接可编程控制器 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 1 21 2 人机界面产品的组成及工作原理人机界面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 软件分为两部分 即运行于 HMI 硬件中的系 统软件和运行于 PC 机 Windows 操作系统下的画面组态软件 如组态王等 用 户必须先使用组态软件制作 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 4 1 31 3 人机界面产品的人机界面产品的特点特点 1 系统运行过程清晰化 控制过程可以动态地显示在 HMI 设备上 例如 炉子加热通断可以通过指 示灯亮灭来显示 炉子的温度大小可以用棒图来指示等等 使整个控制系统变 得形象易懂 也更加清晰 2 系统操作简单化 操作员可以通过监控界面来控制过程 可从监控界面上启动和停止系统 设定温度上下限 设置 PID 参数等 3 显示报警 控制过程达到临界状态或系统运行错误时会自动触发报警 例如 当炉子 温度超出温度上下限时自动触发报警 4 数据归档 HMI 系统可以记录过程变量值和报警信息并归档 例如 通过归档数据 您可以查看过去一段时间的系统运行情况 过程变量等 5 报表系统 HMI 系统可以输出报警和过程值报表 例如 您可以在生产某一轮班结束 时打印输出生产数据 2 2 组态软件简介组态软件简介 2 12 1 组态软件定义组态软件定义 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件 它们是在自动控制系 统监控层一级的软件平台和开发环境 能以灵活多样的组态方式 而不是编 5 程方式 提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法 它解决了控制系统通 用性问题 其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各 项功能 并能同时支持各种硬件厂家的计算机和 I O 产品 与高可靠的工控 计算机和网络系统结合 可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口 进行 系统集成 2 22 2 组组态态软软件件的的功功能能 1 强大的界面显示组态功能 目前 工控组态软件大都运行于 Windows 环境下 充分利用 Windows 的图形功能完善界面美观的特点 可视化的风格 界面 丰富的工具栏 操作人员可以直接进人开发状态 节省时间 丰富的 图形控件和工况图库 既提供所需的组件 又是界面制作向导 提供给用户 丰富的作图工具 可随心所欲地绘制出各种工业界面 并可任意编辑 从而 将开发人员从繁重的界面设计中解放出来 丰富的动画连接方式 如隐含 闪烁 移动等等 使界面生动 直观 2 良好的开放性 社会化的大生产 使得系统构成的全部软硬仵不可能 出自一家公司的产品 异构 是当今控制系统的主要特点之一 开放性是 指组态软件能与多种通信协议互联 支持多种硬件设备 开放性是衡量一个 组态软件好坏的重要指标 组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信 向上能与管理层通信 实现上位机与下位机的双向通信 3 丰富的功能模块 提供丰富的控潲功能库 满足用户的测控要求和现场 需求 利用各种功能模块 完成实时监控 产生功能报表 业示历史曲线 实 时曲线 提供报警等功能 使系统具有良好的人机界面 易于操作 系统既 叫适用于单机集中式控制 DCS 分布式控制 也可以是带远程通信能力的远 程测控系统 4 强大的数据库 配有实时数据库 可存储各种数据 如模拟量 离散 量 字符型等 实现与外部设备的数据交换 5 可编程的命令语言 有可编程的命令语言 使用户可根据自己的需要 编撰程序 增强图形界面 6 6 周密的系统安全防范 对不同的操作者 赋予不同的操作权限 保证 整个系统的安全可靠运行 7 仿真功能 提供强大的仿真功能使系统并行设计 从而缩短开发周期 我国的组态软件的开发虽起步较晚 但经过 科技工作者的努力 在许多方面现 巳赶上或接近 国外的先进工控组态软件的水平 2 32 3 常用组态软件常用组态软件 在当今工控领域 一些常用的大型组态软件主要有 罗克韦尔 Rockwell SE ABB OptiMax 爱默生 DeltaV WinCC iCentroView iFix Wonderware Intouch 组态王 KINGVIEW 紫金桥 RealInfo 力控 易控 巨控组态 giantview 天工组态等 2 42 4 组态王简介组态王简介 由北京亚 控自动化软件科技有限公司开发的 组态王 是优 秀国产组态 软件的代表 通用组态王软件的构成 1 工程管理器 ProjManager 2 工程浏览器 TouchExplorer 3 画面开发和画面运行系统 Touchmak Touchvew 所谓工程管理器中内嵌了工程浏览器 工程浏览器中内嵌了画面开发和运 行系统 是指单击快捷按钮就启动了另一个制作工具 工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理 工程浏览器中可以查看 配置工程的各个组成部分 调用画面开发系统和运行系统完成工程开发和调试 画面开发系统用于完成画面设计 建立实时数据库 外部设备的动画连接 程 序编写等工作 实时运行系统 负责画面的运行 7 3 3 基于组态王的基于组态王的 HMIHMI 设计设计 随着自动化技术迅猛发展 控制系统功能越来越强大 控制过程也变得越 来越复杂 系统操作最大透明化已经成为一种需要 人机界面 HMI Human Machine Interface 以其过程可视化 操作员对操作过程可方便的控制等显著 特点 很好的满足了这种需求而得到广泛的应用 工业 HMI 又称触摸屏监控器 是一种智能化操作控制显示装置 它一般与 PLC 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 HMI 监控系统由监控主画面及相应的功能子画面组成 HMI 画面是用组态软件来 做的 在设计中 我们选择了组态王来完成监控画面的设计 组态王和其他 组态软件相比最大的优势是它操作方便 提供了资源管理器式的操作主界面 并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持 对于新手来说很容易上手 3 13 1 新建工程新建工程 双击桌面图标 打开工程管理器 建立工程 如图 5 1 所示 最下面的一 行是我们新建的工程 工程名称为 管文博组态王作业 如图 1 所示 图 1 工程管理器 8 双击工程管理器中的工程名 出现工程浏览器 在工程浏览器中新建画面 并设置画面属性 如图 2 所示 图 2 画面属性 在这里我们制作了监控主界面 实时趋势曲线 历史趋势曲线 报警窗口 等画面 下面详细介绍每个画面的设计方法 3 23 2 监控主界面监控主界面 打开开发系统页面后 点击 图库 打开图库管理器 从组态王的图库里 选择反应器 阀门 按钮开关等实际车间所有的设备 一次放到图框中 接着 用工具箱 画出管道 用管道连接各个设备 并做好实时趋势曲线 历史趋势 曲线 报警窗口以及退出等的按钮 以及时间和日期的显示 并给各个设备进 行命名 放置合适的位置 力求在 HMI 上显示的画面和实际车间画面接近 做好的监控主界面如图 3 所示 9 图 3 监控主界面 3 33 3 设备定义设备定义 在组态王工程浏览器左侧选中 COM1 新建设备向导 如下页图 4 所示 图 4 选设备 10 接着为外部设备取一个逻辑名 输入 PLC 并为设备选择串口 假设为 COM1 填写设备地址假设为 1 设置通信故障恢复参数 尝试恢复时间 30S 最 长恢复时间 24 小时 最终设置成图 5 所示 核查设置 图 5 信息总结 3 43 4 数据变量定义数据变量定义 打开工程浏览器 点击 数据词典 再点击 新建 建立 包衣原液液位 1 包衣原液液位 2 包衣液液位 包衣锅温度 各个阀门 搅拌电机开关 素片传送器 成品油传送器 等变量 其中变量类 型和寄存器是最关键的 在组态王和 PLC 之间传输的变量都是 I O 类型的 只 在组态王内部需要的是内存型的 寄存器和数据类型要与程序中一致 否则组 态王就不能起到监控作用了 比如 包衣液液位 的寄存器为 INCREA100 数据 类型为 SHORT 如图 6 所示 下面我们以包衣液液位为例来说明变量设置的 步骤和方法 图 7 为变量 包衣液液位 基本属性设置图 变量类型设置为 I O 实数 连接设备为新 IO 设备 寄存器为 INCREA100 数据类型是 SHORT 11 图 6 数据词典 图 7 包衣液液位 基本属性设置 12 接着设置报警定义 设置报警组名为包衣车间 对于各个报警限根据实际 情况进行设置 各个报警限的定义容如下所示 低低限 小于等于低低限时报警 大于低低限时恢复 低限 小于等于低限时报警 大于低限时恢复 高限 大于等于高限时报警 小于高限时恢复 高高限 大于等于高高限时报警 小于高高限时恢复 设置好后的报警定义图 8 所示 图 8 报警定义 接着我们设置记录和安全区 我们勾选数据变化记录 默认为 0 设置好的画面 如下页图 9 所示 其它的变量参照 包衣液液位 进行逐个进行基本属性 报警定义和记录 和安全区设置 其中每个连接设备都选我们设定好的那个 PLC 13 图 9 记录和安全区设置 3 53 5 动画连接动画连接 以上制作的画面是静态的 要反映现场的状态就需要通过一个中 人 即实时数据库 实时数据库中的变量是与现场变化是同步的 画面上的动画 又是跟随实时数据库中变量的变化而变化 所谓建立动画连接就是确定画面上的哪个图素跟随数据库中哪个变量变化 例如工业现场的温度发生变化时 通过 I O 接口 将引起实时数据库中变量的 变化 画面上有个指针与这个变量建立了关联 我们将会看到随着现场温度的 变化指针在同步偏转 对各个图素进行动画连接 以 包衣液液位 为例子 3 5 13 5 1 图素动画连接图素动画连接 包衣液液位图素与变量 包衣液液位 进行连接 双击图素 淡出画面 进 行设置 如下页图 10 所示 14 图 10 包衣液液位图素动画连接 3 5 23 5 2 文本显示连接文本显示连接 在工具箱中选文本工具 在包衣液反应器旁输入字符窜 双击字符窜 串 表达式中添加变量 包衣液液位 如图 11 所示 图 11 字符串显示 包衣液液位 15 3 63 6 热键设置热键设置 定义五个热键 分别控制五个管道里物质的流动 在工程浏览器中左侧的工程目录显示区选择命令语言下的热键命令语言 点击目录内容显示 弹出热键命令语言 编辑对话框 输入代码并设置热键 选择 F1 键 如图 12 所示 图 12 F1 热键命令语言编写 3 73 7 创建创建 XYXY 控件控件 插入 XY 控件后 设置曲线属性 画面的命令语言 并设置控件属性 设置画面命令语言如图 13 所示 设置好的画面图如 14 所示 运行后如图 15 所示 16 图 13 设置画面命令语言 图 14 设置好的画面 17 图 15 运行结果 3 83 8 实时趋势曲线实时趋势曲线 打开开发系统页面后 点击工具箱中的 实时趋势曲线 把实时趋势曲线 图 16 实时趋势曲线 18 进开发页面 然后双击曲线画面 对曲线进行设置 如 X 轴和 Y 轴的设置及标 示定义等 最后 即可形成如图 16 所示的实时趋势曲线画面 系统运行时 实时趋势曲线会显示当前系统的液位变化趋势和温度