基于PLC的发电机组测温制动装置-触控屏设计

1、目录中文摘要I英文摘要II1 概述11.1 触摸屏的发展历史以及现状11.2 问题和前景22 设计方案22.1 触摸屏的选择22.2 编程环境32.3 用户界面设计4 2.3.1 总体结构4 2.3.2 变量地址分配5 2.3.3 登陆画面52.3.4 主菜单界面62.3.5 简要运行状态界面62.3.6 转子/轴承运行状态界面72.3.7 报警界面72.3.8 报警组态设计82.3.9 报警温度设置界面92.3.10多机组选择界面92.4 WinCC与触摸屏之间的通信11结束语13心得体会14参考文献15中文摘要可编程逻辑控制器(PLC) 已成为工业自动化三大技术支柱(即PLC、机器人和CA

2、DPCAM) 之一，被喻为工业控制的灵魂。随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，PLC 控制器强大的功能及复杂的数据处理也呼唤一种功能与之匹配而操作又简便的人机界面的出现，触摸屏的应运而生无疑是21 世纪自动化领域里的一个巨大的革新。本实验旨在设计基于PLC的发电机组测温制动装置的触摸屏，以此来了解S7-200/300和TP177系列触摸屏的设计基础和通信原理。关键词：PLC；触控屏；西门子 AbstractsPLC (Programmable Logic Controller) is a kind of automation control system whic

3、h has become one of the industrial automations three technology pillars. PLC has been hailed as the soul of industrial control. With the rapid development of science and technology, more and more machines with field operations tend to use the Human Machine interface (HMI), powerful features and comp

4、lex data processing of the PLC controller also summon a matching operation and easy human-machine-interface device, the touch screen, came into being is undoubtedly a great innovation in the field of automation of the 21st century.The purpose of this experiment is to design the touch screen of the t

5、hermometry brake of the PLC-based generator sets in order to understand the design pattern and the communication theory between Siemens S7-200 PLC and TP177 series touch screen. Keywords: PLC, Touch screen, Siemens1 概述1.1触摸屏的发展历史以及现状美国发明家G. Samuel Hurst在1982年发明了第一种电阻式触摸屏1，但是在21世纪以前，触摸屏都由于成本和操作问题没有得到

6、广泛的应用。20世纪80年代，通用汽车研发了ECC（Electric Control Center），一种车载数字计算机和软件控制系统，这种系统可以将传感器输入的数据通过软件处理然后显示在CRT触摸屏幕上。这种系统替代了传统的机械控制和显示系统，而且能提供实时的、详尽的数据2。1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年，美国数宇公司研制出了第一代可编程序控制器。触摸屏的应运而生无疑是21 世纪自动化领域里的一个巨大的革新3。PLC是一种结构简单、通用性好、功能较完备的新型控制元件，其主要优点是抗干扰能力强4，可提高系统可靠性和稳定性以及生产效率，特别适用于工业控制。目前，P

7、LC使用情况大致可归纳为如下几类：开关量的逻辑控制；模拟量控制；运动控制；过程控制；数据处理；通信及联网5。触摸屏作为一种较新的电脑输入设备,是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围较为广泛，主要应用于公共信息的查询。触摸屏还走入家庭，随着电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越感到使用触摸屏具有相当大的优越性6。触摸屏系统一般包括：触摸屏控制器和触摸检测装置。触摸屏是一个使多媒体信息和控制改头换面的设备，它赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极

8、富吸引力的全新多媒体交互设备，它极大地简化了计算机的使用，使计算机展现出更大的魅力7。1.2问题和前景随着集成电路技术的发展，PLC将会向小型化、多功能化、高性能化发展。网络化也是PLC发展的一个重要方向，借助于通信技术和计算机技术，将PLC和各类电子终端连接起来，达到共享软件、数据资源和硬件的目的。尽管触摸屏的实际应用越来越多，应用范围越来越广阔，可实际上该项技术仍然存在许多需要完善的地方，只有设计出更先进、智能、体贴的人机界面，才能在进行触控屏操作时更加直观、精准，同时又不影响系统的反应速度，才能有望成为人机交互的主流界面。2设计方案2.1触摸屏选择本次设计选择的是西门子公司的TP 177

9、B 6 DP 型触控屏。图2-1 TP177B正视图与侧视图正面和侧面的各部件结构如下8： 设计原因形成的开口 - 非存储卡的插槽 显示屏/触摸屏 安装密封垫 安装卡件凹槽TP177B背后的各部件结构如下：图2-2 TP177B后视图 多媒体卡插槽 标牌 DIP 开关 接口名称TP177B底端各端口的结构如下：图2-3 TP177B的端口 等电位联结的机壳端子 电源接头 RS 422/485 接口 (IF 1B) USB 连接2.2编程环境由于触摸板的选择，本次设计环境选择的是SIMATIC WinCC flexible 2008 SP4。图2-4 WinCC Flexible安装信息SIMA

10、TIC WinCC基于Windows平台，能为各种工业领域提供完备的监控与数据采集(SCADA)功能，涵盖单用户系统直到支持冗余服务器和远程Web客户机解决方案的多用户系统。WinCC是跨公司垂直集成交换信息的基础，它采用了工厂智能，可以实现更大程度的生产过程的透明性。WinCC基本系统是各种不同应用的核心。它不仅包含开放的编程接口，还包含大量已经开发了的WinCC选件和附加件，用于给用户提供各种功能的扩展9。2.3用户界面设计2.3.1总体结构本次实验设计的是带有三个发电机组的轴承温度和转子温度采集的发电机组测温制动屏。界面可实行密码登陆，查看运行状态（包括每个温度采集点单独问实时温度和历史

11、温度）和报警记录，并且在温度超过设定值（每个温度点单独设置）后报警并且记录。各触摸界面设计的结构和关系如下。图2-5 触控屏结构设计图2.3.2变量地址分配本次设计以与西门子S7-200通讯为例，S7-200的变量分配图如下：一号机组轴承的读数温度和设定温度参考了软件组的温度采集程序，选用了VW200和VW260。图2-6 变量分配图2.3.3登陆画面登陆界面作为初始界面，保证了只有授权的人员才能登陆系统进行查看，同时显示系统时间，方便与LCU设备进行实时校正，其主要界面如下：图2-7 授权登陆界面2.3.4主菜单界面主菜单紧接登陆界面，显示了该触摸屏能够实现的主要功能，也是所有菜单的根界面，

12、并且显示当前时间，其界面如下所示。图2-8 主菜单界面2.3.5简要运行状态界面仪表盘显示了当前三个机组的转子和轴承的实时温度。图2-9 简要运行状态图2.3.6转子/轴承运行状态界面以1# 转子为例，该屏显示了机组的实时温度和一段时间内的温度曲线。图2-10 1#转子温度监控图2.3.7报警界面报警界面选择了模板设计，即平时隐藏，有报警信息的时候弹出报警指示器（左上角），点击报警指示器即弹出报警信息窗口。图2-11 报警记录1如果要查看报警记录，则可以由主菜单内的查看报警记录按钮进入报警记录画面。图2-12 报警记录22.3.8报警组态设计报警使用的模拟量报警，报警量的设置如下。每个机组的报

13、警量由系统设置的量控制，并且在报警的时候显示当前报警的温度。图2-13 报警变量分配2.3.9报警温度设置界面报警温度设置界面提供了单一机组的转子和轴承的报警温度的设置。并且进入设置画面时要求登陆授权，以防误操作和无关人员的操作。以1#温度参数设置画面为例：图2-14 1#机组温度设定2.3.10多机组选择界面多机组选择界面包括了查看机组运行状态的机组选择界面和设定机组报警温度的机组选择界面。图2-15 查看机组状态的机组选择选择画面如点击机组1后即可进入机组1的状态选择画面，获取对应机组的运行状态。图2-16 机组1#状态查询详细选择画面图2-17 参数设定时的机组选择画面2.4 WinCC

14、与触摸屏之间的通信WinCC flexible软件使用订货号为6ES7972-0CB20-0XA0的USB口PC Adapter与PC进行通信。在进行下载时，要在PC端和触摸屏上进行相应的设置。在WinCC flexible中设置如下10。图2-18 WinCC软件连接设置在计算机的控制面板中点击进入PC/PG接口设置。在打开的属性中设置应用程序访问点为S7ONLINEPC Adapter (MPI)地址设置为0，传输率187.5kbps，最高站地址为126。图2-19 控制面板PC/PG设置在触摸屏中要设置地址为1，传输率和最高站地址要和PC设置同样的参数。图2-20 触摸屏传输设置结束语触

15、摸屏是通过外部物体接触面板上的按钮开关或参数设置来完成工艺流程的控制，面板上的操作内容可以人为的通过编程软件来进行编辑，如西门子的SIMATIC WinCC Flexible系列软件，同时可以把完成的工艺状态显示在触摸屏上，所以它既是一个输入设备，也是一个输出设备，其操作灵活，功能强大。PLC系统只需通过DP网络即可和触摸屏连接起来，减少了外部信号传输线路，实现了资源的有机整合。触摸屏的发展呈现专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等趋势。随着信息社会的发展，人们需要获得各种各样公共信息。以触摸屏技术为交互窗口的公共信息传输系统通过采用先进的计算机技术，运用文字、图像、音乐、解说、动画、录像等多种

16、形式，直观、形象地把各种信息介绍给人们，给人们带来极大的方便。可以预见，随着触摸屏技术的迅速发展，触摸屏的应用领域会越来越广，性能会越来越好。心得体会本次课程设计，我们小组分配到的任务是学会使用常见的工业触摸屏，并能掌握基本的触控屏编程方法，以西门子TP 177 DP触控屏为例，我们选择的编程环境为SIMATIC WinCC Flexible组态编程软件。编程前，我们必须先了解到实际使用的设备的各项基本参数，诸如TP 177 DP触控屏的屏幕尺寸，通讯接口方式等，以及直接与该触控屏进行数据交换的PLC，如S7-200的相关技术指标。开始编程后，我们应该有个全局的概念，首先得建立触摸屏与PLC设

17、备的连接，即设置网络连接方式以及通讯速率，各自设备的位置。然后才是针对不同系统设置不同的过程监控画面，如本次水轮发电机组测温制动屏的触摸屏设计，则应具有开机画面、报警记录、简化后的转子与轴承运行状态监控，随后微调各个画面的优先级和用户体验，最后针对不同的控制以及显示模块我们要进行变量分配，务必与对应梯形图里的变量出口一致，达到监控的效果。可见触摸屏的编程设计与对应系统的硬件设计和软件设计是密不可分，环环相扣，相辅相成的。参考文献1 O, G.Samuel Hurst - the Tom Edison of ORNLOL, December 14 2010.2 Wikipedia contributors. TouchScreen G/OL. Wikipedia, 2012(December 10, 2012) 2012-12-11 /wiki/Touchscreen.3 刘文生.PLC与触摸屏的综合应用J.辽宁师专学报:自然科学版,2009,11(1):87-88.4 常宏杰,闫宏军,杨宜平,等.基于PLC的石英晶体真空退火炉控制系统设计J.河北工业科技,2009,26(4):249-252.5 唐雨婷.浅谈可编程控制器PLC的应用问题及发展趋势J.民营科技,2012年第2期:124.6 严盈富.触