高位碼垛機(jī)操作與監(jiān)控一體化系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)

鄭 昊,牟智剛

（上海工程技術(shù)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 (上海市高級(jí)技工學(xué)校),上海 200437）

0 引言

隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，在自動(dòng)化設(shè)備領(lǐng)域，人們都希望生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作更智能化、人性化，而對(duì)過(guò)程的控制更可視化。若要想提高所有設(shè)備協(xié)同作業(yè)的生產(chǎn)效率，就必須要保證每個(gè)設(shè)備工作的連續(xù)性和高效性。而目前我國(guó)生產(chǎn)的大多數(shù)高位碼垛機(jī)控制方式單一、交互性差、維修相對(duì)麻煩。所以本文將PLC與HMI技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出能運(yùn)行在高位碼垛機(jī)上的控制與監(jiān)控一體化人機(jī)界面，使操作人員在人機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)操作及動(dòng)態(tài)監(jiān)控，同時(shí)方便于維修人員對(duì)故障的排除，讓系統(tǒng)盡可能工作在最佳狀態(tài)。

1 系統(tǒng)硬件

高位碼垛機(jī)操作與監(jiān)控一體化系統(tǒng)主控制器采用了西門(mén)子新一代的S7-1500系列PLC，操作監(jiān)控設(shè)備使用的是西門(mén)子TP1500精智面板。

如圖1.1所示，系統(tǒng)組態(tài)網(wǎng)絡(luò)是由1516F-3通過(guò)交換機(jī)與HMI連接組成的Pro fi net網(wǎng)絡(luò)，并使用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議方式進(jìn)行通訊。由于高位碼垛機(jī)的機(jī)體較大、布局較為分散，所以采用了分布式I/O控制，同時(shí)在Pro fi net網(wǎng)絡(luò)下，掛了3臺(tái)西門(mén)子G120S通用變頻器，用戶可在HMI界面通過(guò)Pro fi net網(wǎng)絡(luò)對(duì)變頻器的工作狀態(tài)及數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。

2 HMI設(shè)計(jì)

根據(jù)高位碼垛機(jī)控制與監(jiān)控一體化的設(shè)計(jì)要求，HMI界面必須具備運(yùn)行可靠、操作穩(wěn)定、界面友好、信息顯示直觀清晰等特點(diǎn)。整個(gè)HMI組態(tài)由登錄界面、操作界面、監(jiān)控界面、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警信息等幾部分組成。為了能方便軟硬組態(tài)、通訊、編程及HMI界面的設(shè)計(jì)，本文使用了TIA博途V13 SP1作為工程平臺(tái)。

2.1 登錄界面

如圖2.2所示，不同的用戶進(jìn)入系統(tǒng)后權(quán)限也不相同，一般的訪問(wèn)者只能擁有監(jiān)控權(quán)限，而操作與維修人員則擁有操作與監(jiān)控的雙重權(quán)限，在登陸后也可以根據(jù)訪問(wèn)者的權(quán)限設(shè)定自動(dòng)注銷(xiāo)時(shí)間。若按了界面上的“退出系統(tǒng)”，則回到登錄界面重新登錄。

2.2 監(jiān)控界面

如圖2.3所示，在系統(tǒng)的監(jiān)控界面中，用戶可以選擇流程監(jiān)控方式觀測(cè)當(dāng)前高位碼垛機(jī)組態(tài)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程，也可以通過(guò)選擇視頻監(jiān)控方式觀測(cè)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行畫(huà)面。在流程監(jiān)控界面中，PLC將傳感器采集或設(shè)備反饋回來(lái)的各類(lèi)信號(hào)處理后傳送給HMI，用戶可以通過(guò)該界面對(duì)貨物當(dāng)前位置、各傳輸機(jī)運(yùn)行速度、升降機(jī)高度、推包機(jī)氣缸壓力及碼垛層數(shù)等數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。若發(fā)生故障或某些數(shù)值超過(guò)、低于所設(shè)限定值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將停止工作，同時(shí)報(bào)警燈亮起并在界面中以故障器件閃爍的方式顯示故障區(qū)域。

2.3 操作界面

傳統(tǒng)高位碼垛機(jī)運(yùn)行的方式分為手動(dòng)運(yùn)行與自動(dòng)運(yùn)行，切換方式一般都是使用控制柜上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而在本設(shè)計(jì)中，手動(dòng)與自動(dòng)的切換均可在觸摸屏上來(lái)完成，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。但注意一點(diǎn)，當(dāng)手自動(dòng)運(yùn)行模式互相切換時(shí)，所有的傳動(dòng)設(shè)備都必須處于停止?fàn)顟B(tài)，以防意外發(fā)生。圖2.4為手動(dòng)操作界面，在手動(dòng)運(yùn)行下，操作人員在觸摸屏上便可控制各個(gè)電氣執(zhí)行相應(yīng)工作。當(dāng)一些位置信號(hào)被傳感器檢測(cè)出，經(jīng)PLC處理后送入HMI，這時(shí)界面中對(duì)應(yīng)指示燈也會(huì)同步閃爍，而界面右側(cè)的一些基本數(shù)據(jù)也能實(shí)時(shí)的提供給操作人員作為參考。

2.4 參數(shù)設(shè)置界面

圖2.6是參數(shù)設(shè)置界面，在此界面中，操作人員可以根據(jù)實(shí)際工況對(duì)高位碼垛機(jī)的各部分傳送機(jī)的速度進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)還能設(shè)置相關(guān)工藝初始參數(shù)及過(guò)程參數(shù)的上下限。當(dāng)實(shí)際值超過(guò)或低于預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，并在監(jiān)控流程界面中提示維修人員檢查設(shè)備。

2.5 報(bào)警信息界面

HMI組態(tài)的報(bào)警可分為：離散量報(bào)警、模擬量報(bào)警及控制器報(bào)警，同時(shí)也以把當(dāng)前的報(bào)警的狀態(tài)分為錯(cuò)誤、警告及系統(tǒng)事件等。當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警后，PLC與HMI會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的反饋進(jìn)行歸類(lèi)記錄，并在報(bào)警信息界面顯示出來(lái)，如圖2.7所示。維修人員也可以調(diào)用歷次報(bào)警的詳細(xì)信息，便于處理系統(tǒng)故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

高位碼垛機(jī)操作與監(jiān)控一體化系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)結(jié)合了PLC與HMI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程手動(dòng)/自動(dòng)控制，并可對(duì)整個(gè)工作流程進(jìn)行可視化監(jiān)控與實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。通過(guò)人機(jī)界面可以對(duì)系統(tǒng)各參數(shù)隨時(shí)修改及設(shè)定。此外，還能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的報(bào)警信息進(jìn)行有效地記錄，為今后系統(tǒng)的升級(jí)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

[1]左青,王貴生.全自動(dòng)碼垛機(jī)的應(yīng)用[J].中國(guó)油脂,2010,35(02).

[2]于林.使用Simatic HMI系統(tǒng)管理電氣設(shè)備故障[J].甘肅科技,2016,32(09):14-15.

[3]袁運(yùn)蓮,葉樺.高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算,2009,22(09):15-16.

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