基于PLC的發(fā)電機(jī)組測溫制動(dòng)裝置-觸控屏設(shè)計(jì)

1、目錄中文摘要I英文摘要II1 概述11.1 觸摸屏的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀11.2 問題和前景22 設(shè)計(jì)方案22.1 觸摸屏的選擇22.2 編程環(huán)境32.3 用戶界面設(shè)計(jì)4 2.3.1 總體結(jié)構(gòu)4 2.3.2 變量地址分配5 2.3.3 登陸畫面52.3.4 主菜單界面62.3.5 簡要運(yùn)行狀態(tài)界面62.3.6 轉(zhuǎn)子/軸承運(yùn)行狀態(tài)界面72.3.7 報(bào)警界面72.3.8 報(bào)警組態(tài)設(shè)計(jì)82.3.9 報(bào)警溫度設(shè)置界面92.3.10多機(jī)組選擇界面92.4 WinCC與觸摸屏之間的通信11結(jié)束語13心得體會14參考文獻(xiàn)15中文摘要可編程邏輯控制器(PLC) 已成為工業(yè)自動(dòng)化三大技術(shù)支柱(即PLC、機(jī)器人和CA

2、DPCAM) 之一，被喻為工業(yè)控制的靈魂。隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的機(jī)器與現(xiàn)場操作都趨向于使用人機(jī)界面，PLC 控制器強(qiáng)大的功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也呼喚一種功能與之匹配而操作又簡便的人機(jī)界面的出現(xiàn)，觸摸屏的應(yīng)運(yùn)而生無疑是21 世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域里的一個(gè)巨大的革新。本實(shí)驗(yàn)旨在設(shè)計(jì)基于PLC的發(fā)電機(jī)組測溫制動(dòng)裝置的觸摸屏，以此來了解S7-200/300和TP177系列觸摸屏的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和通信原理。關(guān)鍵詞：PLC；觸控屏；西門子 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觸摸屏的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀美國發(fā)明家G. Samuel Hurst在1982年發(fā)明了第一種電阻式觸摸屏1，但是在21世紀(jì)以前，觸摸屏都由于成本和操作問題沒有得到

6、廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，通用汽車研發(fā)了ECC（Electric Control Center），一種車載數(shù)字計(jì)算機(jī)和軟件控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以將傳感器輸入的數(shù)據(jù)通過軟件處理然后顯示在CRT觸摸屏幕上。這種系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的機(jī)械控制和顯示系統(tǒng)，而且能提供實(shí)時(shí)的、詳盡的數(shù)據(jù)2。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)宇公司研制出了第一代可編程序控制器。觸摸屏的應(yīng)運(yùn)而生無疑是21 世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域里的一個(gè)巨大的革新3。PLC是一種結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、功能較完備的新型控制元件，其主要優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)4，可提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率，特別適用于工業(yè)控制。目前，P

7、LC使用情況大致可歸納為如下幾類：開關(guān)量的邏輯控制；模擬量控制；運(yùn)動(dòng)控制；過程控制；數(shù)據(jù)處理；通信及聯(lián)網(wǎng)5。觸摸屏作為一種較新的電腦輸入設(shè)備,是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。觸摸屏在我國的應(yīng)用范圍較為廣泛，主要應(yīng)用于公共信息的查詢。觸摸屏還走入家庭，隨著電腦作為信息來源的與日俱增，觸摸屏以其易于使用、堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們越來越感到使用觸摸屏具有相當(dāng)大的優(yōu)越性6。觸摸屏系統(tǒng)一般包括：觸摸屏控制器和觸摸檢測裝置。觸摸屏是一個(gè)使多媒體信息和控制改頭換面的設(shè)備，它賦予多媒體系統(tǒng)以嶄新的面貌，是極

8、富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備，它極大地簡化了計(jì)算機(jī)的使用，使計(jì)算機(jī)展現(xiàn)出更大的魅力7。1.2問題和前景隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，PLC將會向小型化、多功能化、高性能化發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化也是PLC發(fā)展的一個(gè)重要方向，借助于通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，將PLC和各類電子終端連接起來，達(dá)到共享軟件、數(shù)據(jù)資源和硬件的目的。盡管觸摸屏的實(shí)際應(yīng)用越來越多，應(yīng)用范圍越來越廣闊，可實(shí)際上該項(xiàng)技術(shù)仍然存在許多需要完善的地方，只有設(shè)計(jì)出更先進(jìn)、智能、體貼的人機(jī)界面，才能在進(jìn)行觸控屏操作時(shí)更加直觀、精準(zhǔn)，同時(shí)又不影響系統(tǒng)的反應(yīng)速度，才能有望成為人機(jī)交互的主流界面。2設(shè)計(jì)方案2.1觸摸屏選擇本次設(shè)計(jì)選擇的是西門子公司的TP 177

9、B 6 DP 型觸控屏。圖2-1 TP177B正視圖與側(cè)視圖正面和側(cè)面的各部件結(jié)構(gòu)如下8： 設(shè)計(jì)原因形成的開口 - 非存儲卡的插槽 顯示屏/觸摸屏 安裝密封墊 安裝卡件凹槽TP177B背后的各部件結(jié)構(gòu)如下：圖2-2 TP177B后視圖 多媒體卡插槽 標(biāo)牌 DIP 開關(guān) 接口名稱TP177B底端各端口的結(jié)構(gòu)如下：圖2-3 TP177B的端口 等電位聯(lián)結(jié)的機(jī)殼端子 電源接頭 RS 422/485 接口 (IF 1B) USB 連接2.2編程環(huán)境由于觸摸板的選擇，本次設(shè)計(jì)環(huán)境選擇的是SIMATIC WinCC flexible 2008 SP4。圖2-4 WinCC Flexible安裝信息SIMA

10、TIC WinCC基于Windows平臺，能為各種工業(yè)領(lǐng)域提供完備的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA)功能，涵蓋單用戶系統(tǒng)直到支持冗余服務(wù)器和遠(yuǎn)程Web客戶機(jī)解決方案的多用戶系統(tǒng)。WinCC是跨公司垂直集成交換信息的基礎(chǔ)，它采用了工廠智能，可以實(shí)現(xiàn)更大程度的生產(chǎn)過程的透明性。WinCC基本系統(tǒng)是各種不同應(yīng)用的核心。它不僅包含開放的編程接口，還包含大量已經(jīng)開發(fā)了的WinCC選件和附加件，用于給用戶提供各種功能的擴(kuò)展9。2.3用戶界面設(shè)計(jì)2.3.1總體結(jié)構(gòu)本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的是帶有三個(gè)發(fā)電機(jī)組的軸承溫度和轉(zhuǎn)子溫度采集的發(fā)電機(jī)組測溫制動(dòng)屏。界面可實(shí)行密碼登陸，查看運(yùn)行狀態(tài)（包括每個(gè)溫度采集點(diǎn)單獨(dú)問實(shí)時(shí)溫度和歷史

11、溫度）和報(bào)警記錄，并且在溫度超過設(shè)定值（每個(gè)溫度點(diǎn)單獨(dú)設(shè)置）后報(bào)警并且記錄。各觸摸界面設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和關(guān)系如下。圖2-5 觸控屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.3.2變量地址分配本次設(shè)計(jì)以與西門子S7-200通訊為例，S7-200的變量分配圖如下：一號機(jī)組軸承的讀數(shù)溫度和設(shè)定溫度參考了軟件組的溫度采集程序，選用了VW200和VW260。圖2-6 變量分配圖2.3.3登陸畫面登陸界面作為初始界面，保證了只有授權(quán)的人員才能登陸系統(tǒng)進(jìn)行查看，同時(shí)顯示系統(tǒng)時(shí)間，方便與LCU設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，其主要界面如下：圖2-7 授權(quán)登陸界面2.3.4主菜單界面主菜單緊接登陸界面，顯示了該觸摸屏能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能，也是所有菜單的根界面，

12、并且顯示當(dāng)前時(shí)間，其界面如下所示。圖2-8 主菜單界面2.3.5簡要運(yùn)行狀態(tài)界面儀表盤顯示了當(dāng)前三個(gè)機(jī)組的轉(zhuǎn)子和軸承的實(shí)時(shí)溫度。圖2-9 簡要運(yùn)行狀態(tài)圖2.3.6轉(zhuǎn)子/軸承運(yùn)行狀態(tài)界面以1# 轉(zhuǎn)子為例，該屏顯示了機(jī)組的實(shí)時(shí)溫度和一段時(shí)間內(nèi)的溫度曲線。圖2-10 1#轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)控圖2.3.7報(bào)警界面報(bào)警界面選擇了模板設(shè)計(jì)，即平時(shí)隱藏，有報(bào)警信息的時(shí)候彈出報(bào)警指示器（左上角），點(diǎn)擊報(bào)警指示器即彈出報(bào)警信息窗口。圖2-11 報(bào)警記錄1如果要查看報(bào)警記錄，則可以由主菜單內(nèi)的查看報(bào)警記錄按鈕進(jìn)入報(bào)警記錄畫面。圖2-12 報(bào)警記錄22.3.8報(bào)警組態(tài)設(shè)計(jì)報(bào)警使用的模擬量報(bào)警，報(bào)警量的設(shè)置如下。每個(gè)機(jī)組的報(bào)

13、警量由系統(tǒng)設(shè)置的量控制，并且在報(bào)警的時(shí)候顯示當(dāng)前報(bào)警的溫度。圖2-13 報(bào)警變量分配2.3.9報(bào)警溫度設(shè)置界面報(bào)警溫度設(shè)置界面提供了單一機(jī)組的轉(zhuǎn)子和軸承的報(bào)警溫度的設(shè)置。并且進(jìn)入設(shè)置畫面時(shí)要求登陸授權(quán)，以防誤操作和無關(guān)人員的操作。以1#溫度參數(shù)設(shè)置畫面為例：圖2-14 1#機(jī)組溫度設(shè)定2.3.10多機(jī)組選擇界面多機(jī)組選擇界面包括了查看機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的機(jī)組選擇界面和設(shè)定機(jī)組報(bào)警溫度的機(jī)組選擇界面。圖2-15 查看機(jī)組狀態(tài)的機(jī)組選擇選擇畫面如點(diǎn)擊機(jī)組1后即可進(jìn)入機(jī)組1的狀態(tài)選擇畫面，獲取對應(yīng)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。圖2-16 機(jī)組1#狀態(tài)查詢詳細(xì)選擇畫面圖2-17 參數(shù)設(shè)定時(shí)的機(jī)組選擇畫面2.4 WinCC

14、與觸摸屏之間的通信WinCC flexible軟件使用訂貨號為6ES7972-0CB20-0XA0的USB口PC Adapter與PC進(jìn)行通信。在進(jìn)行下載時(shí)，要在PC端和觸摸屏上進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。在WinCC flexible中設(shè)置如下10。圖2-18 WinCC軟件連接設(shè)置在計(jì)算機(jī)的控制面板中點(diǎn)擊進(jìn)入PC/PG接口設(shè)置。在打開的屬性中設(shè)置應(yīng)用程序訪問點(diǎn)為S7ONLINEPC Adapter (MPI)地址設(shè)置為0，傳輸率187.5kbps，最高站地址為126。圖2-19 控制面板PC/PG設(shè)置在觸摸屏中要設(shè)置地址為1，傳輸率和最高站地址要和PC設(shè)置同樣的參數(shù)。圖2-20 觸摸屏傳輸設(shè)置結(jié)束語觸

15、摸屏是通過外部物體接觸面板上的按鈕開關(guān)或參數(shù)設(shè)置來完成工藝流程的控制，面板上的操作內(nèi)容可以人為的通過編程軟件來進(jìn)行編輯，如西門子的SIMATIC WinCC Flexible系列軟件，同時(shí)可以把完成的工藝狀態(tài)顯示在觸摸屏上，所以它既是一個(gè)輸入設(shè)備，也是一個(gè)輸出設(shè)備，其操作靈活，功能強(qiáng)大。PLC系統(tǒng)只需通過DP網(wǎng)絡(luò)即可和觸摸屏連接起來，減少了外部信號傳輸線路，實(shí)現(xiàn)了資源的有機(jī)整合。觸摸屏的發(fā)展呈現(xiàn)專業(yè)化、多媒體化、立體化和大屏幕化等趨勢。隨著信息社會的發(fā)展，人們需要獲得各種各樣公共信息。以觸摸屏技術(shù)為交互窗口的公共信息傳輸系統(tǒng)通過采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用文字、圖像、音樂、解說、動(dòng)畫、錄像等多種

16、形式，直觀、形象地把各種信息介紹給人們，給人們帶來極大的方便?？梢灶A(yù)見，隨著觸摸屏技術(shù)的迅速發(fā)展，觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣，性能會越來越好。心得體會本次課程設(shè)計(jì)，我們小組分配到的任務(wù)是學(xué)會使用常見的工業(yè)觸摸屏，并能掌握基本的觸控屏編程方法，以西門子TP 177 DP觸控屏為例，我們選擇的編程環(huán)境為SIMATIC WinCC Flexible組態(tài)編程軟件。編程前，我們必須先了解到實(shí)際使用的設(shè)備的各項(xiàng)基本參數(shù)，諸如TP 177 DP觸控屏的屏幕尺寸，通訊接口方式等，以及直接與該觸控屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的PLC，如S7-200的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。開始編程后，我們應(yīng)該有個(gè)全局的概念，首先得建立觸摸屏與PLC設(shè)

17、備的連接，即設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接方式以及通訊速率，各自設(shè)備的位置。然后才是針對不同系統(tǒng)設(shè)置不同的過程監(jiān)控畫面，如本次水輪發(fā)電機(jī)組測溫制動(dòng)屏的觸摸屏設(shè)計(jì)，則應(yīng)具有開機(jī)畫面、報(bào)警記錄、簡化后的轉(zhuǎn)子與軸承運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，隨后微調(diào)各個(gè)畫面的優(yōu)先級和用戶體驗(yàn)，最后針對不同的控制以及顯示模塊我們要進(jìn)行變量分配，務(wù)必與對應(yīng)梯形圖里的變量出口一致，達(dá)到監(jiān)控的效果。可見觸摸屏的編程設(shè)計(jì)與對應(yīng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)是密不可分，環(huán)環(huán)相扣，相輔相成的。參考文獻(xiàn)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 劉文生.PLC與觸摸屏的綜合應(yīng)用J.遼寧師專學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,11(1):87-88.4 常宏杰,閆宏軍,楊宜平,等.基于PLC的石英晶體真空退火爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.河北工業(yè)科技,2009,26(4):249-252.5 唐雨婷.淺談可編程控制器PLC的應(yīng)用問題及發(fā)展趨勢J.民營科技,2012年第2期:124.6 嚴(yán)盈富.觸