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   通常情況下，要實現(xiàn)HMI設(shè)備與V20變頻器的通訊，需要一個支持USS通訊或MODBUS通訊的PLC，比如S7-200系列PLC。其通訊電纜連接如圖1所示。PLC的一個通訊端口與觸摸屏連接，可以采用PPI協(xié)議通訊。PLC的另一個通訊端口與V20的RS485通訊端口連接，采用MODBUS協(xié)議通訊，PLC上編寫MODBUS主站程序，V20為從站。

圖1 觸摸屏通過PLC與V20變頻器通訊

         如果只需要對V2O變頻器做簡單的運行控制和變量監(jiān)視，那么上述配置中PLC的作用僅為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。這種情況下，觸摸屏直接和V20變頻器通訊，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控功能，而且可以少用一個PLC，節(jié)省成本。采用西門子的SMART LINE系列觸摸屏能夠?qū)崿F(xiàn)與V20變頻器直接通訊的功能。通訊電纜連接如圖2所示。SMART LINE觸摸屏作為MODBUS主站，V20為從站。

圖2 觸摸屏直接與V20變頻器通訊

2. 硬件設(shè)備及其安裝
        下面用一個實例來介紹Smart Line觸摸屏與一臺V20變頻器通過MODBUS通訊的實現(xiàn)方法。該例子中用到的主要硬件設(shè)備如表1所示，觸摸屏組態(tài)軟件為WinCC Flexible 2008 SP4 China。

表1 示例主要硬件設(shè)備

         硬件安裝步驟如下：
1）將變頻器、電機、觸摸屏固定在安裝工位上。
2）連接變頻器到電機的動力電纜和接地電纜。
3）連接供電電源到變頻器的動力電纜和接地電纜。
4）連接變頻器和觸摸屏的RS485通訊電纜。觸摸屏RS485的9針接口與 V20端子對應(yīng)關(guān)系：3對應(yīng)P+，8對應(yīng)N-。
5）連接24V直流電源的交流進線電纜和到觸摸屏的直流供電電纜。

3. V20變頻器參數(shù)設(shè)置
        V20變頻器要采用MODBUS通訊，可以做如下設(shè)置：
1）變頻器恢復(fù)出廠參數(shù)：
P0010=30
P0970=21
2）變頻器快速調(diào)試，選擇Cn011-MODBUS通訊連接宏：
a)設(shè)置電網(wǎng)頻率和功率單位
b)輸入電機銘牌參數(shù)
c)選擇連接宏Cn011-MODBUS通訊
d)選擇應(yīng)用宏AP000
Cn011連接宏對應(yīng)參數(shù)如表2所示。

表2 Cn011對應(yīng)參數(shù)設(shè)置

3）修改MODBUS通訊參數(shù)，其它參數(shù)為Cn011連接宏默認參數(shù)：
P2014[0]=0 不監(jiān)控報文間隔時間，否則可能會報F72故障

可編程序控制器Programmable Logic Controller在工廠自動化FA中占有舉足輕重的地位。技術(shù)的不斷發(fā)展極大地促進了基于PLC為核心的控制系統(tǒng)在控制功能、控制水平等方面的提高。同時對其控制方式、運行水平的要求也越來越高，因此交互式操作界面、報警記錄和打印等要求也成為整個控制系統(tǒng)中重要的內(nèi)容。對于那些工藝過程較復(fù)雜，控制參數(shù)較多的工控系統(tǒng)來說，尤其顯得重要。新一代工業(yè)人機界面的出現(xiàn)，對于在構(gòu)建PLC工控系統(tǒng)時實現(xiàn)上述功能，提供了一種簡便可行的途徑。
2、工業(yè)人機界面的特點和功能
工業(yè)人機界面Human Machine Interface，簡稱HMI，又稱觸摸屏監(jiān)控器，是一種智能化操作控制顯示裝置。工業(yè)人機界面由特殊設(shè)計的計算機系統(tǒng)32位RISC CPR芯片 為核心，在STN、TFT液晶顯示屏或EL電發(fā)光顯示器上罩蓋有透明的電阻網(wǎng)絡(luò)式觸摸屏。觸動屏幕時，電阻網(wǎng)絡(luò)上的電阻和電壓發(fā)生變化并由軟件計算出觸摸位置。
HMI的主要功能有：數(shù)據(jù)的輸入與顯示；系統(tǒng)或設(shè)備的操作狀態(tài)方面的實時信息顯示；在HMI上設(shè)置觸摸控件可把HMI作為操作面板進行控制操作；報警處理及打印；此外，新一代工業(yè)人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能。
3、HMI在PLC工控系統(tǒng)上的應(yīng)用
下面以國內(nèi)某大型浮法玻璃生產(chǎn)線冷端切割區(qū)主控系統(tǒng)為例，介紹HMI在PLC工控系統(tǒng)上的應(yīng)用。
3.1 系統(tǒng)概述
切割區(qū)為浮法玻璃生產(chǎn)線中一個重要工段，其中包括測量發(fā)訊、縱切、橫切、掰斷加速、掰邊、縱掰縱分、輸送輥道等眾多生產(chǎn)控制設(shè)備。系統(tǒng)硬件上主要由主控制器PLC，現(xiàn)場設(shè)備控制裝置包括伺服控制器、變頻器、模擬量信號及脈沖信號處理器等 和HMI構(gòu)成。作為整個控制系統(tǒng)的核心，切割區(qū)主控系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時根據(jù)生產(chǎn)工藝要求協(xié)調(diào)各個單機控制子系統(tǒng)的工作，制定切割計劃，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程全自動化。整個系統(tǒng)的核心控制部分由美國GE Fanuc 90-30 PLC完成，此部分內(nèi)容本文略，而系統(tǒng)的監(jiān)控和交互式操作界面等任務(wù)將由HMI承擔。主要有以下內(nèi)容：參數(shù)的設(shè)定；動態(tài)畫面的顯示；故障報警與診斷以及報表打印。其中HMI選用日本Digital公司的GP-577。
3.2 HMI與PLC之間的通訊
當HMI用于PLC控制系統(tǒng)時，HMI與PLC之間通過串口以Direct Link直接連接方式進行通訊。在該方式下，HMI根據(jù)要求直接讀入PLC的數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)寫入PLC相應(yīng)的地址中。由于內(nèi)裝通訊協(xié)議，因此無須編制通訊程序，只要指定所用PLC類型即通訊協(xié)議，運行時便可實現(xiàn)通訊。因此大大減少了PLC用戶程序的負擔。在系統(tǒng)設(shè)計時，直接指定控制部件與其對應(yīng)PLC的輸入輸出％I/O、寄存器％R、中間寄存器％M的地址，運行時HMI就能自動和PLC進行數(shù)據(jù)交換。直接讀取或改寫PLC相應(yīng)地址的內(nèi)容，并據(jù)此改變畫面上顯示內(nèi)容。同時通過對HMI的觸摸操作，可向PLC相應(yīng)的地址輸入數(shù)據(jù)。
3.3 HMI監(jiān)控主面
整個HMI監(jiān)控系統(tǒng)采用樹型結(jié)構(gòu)，由監(jiān)控主畫面及相應(yīng)功能子畫面組成。在監(jiān)控主畫面下端設(shè)有控制功能鍵，按動功能鍵可以依次進入相應(yīng)子畫面，執(zhí)行所需的功能。在每一個子畫面中可通過 上一頁 、 下一頁 功能鍵在同一功能組中進行畫面切換，在任一子畫面都可以通過 主畫面 功能鍵退回到監(jiān)控主畫面。系統(tǒng)自動采集相關(guān)數(shù)據(jù)，將切割計劃、測量脈沖、輥道速度等一些重要生產(chǎn)工藝參數(shù)顯示在主畫面上，便于操作人員的觀察。監(jiān)控主畫面上還有生產(chǎn)過程的動態(tài)畫面顯示，在動態(tài)畫面上以各種形式模擬出主要控制設(shè)備的運行情況，例如光電開關(guān)的動作、電磁閥的吸合、電機的運行停止等，直觀、生動的反映出現(xiàn)場的過程，方便操作人員對生產(chǎn)情況、設(shè)備工況的了解。DIGITAL公司的HMI編程軟件ProPB3Win提供了豐富的控制部件，例如按鈕部件、畫面切換部件、指示燈部件、數(shù)據(jù)文本顯示部件等等，實現(xiàn)上述功能只要根據(jù)需要選擇相應(yīng)的控制部件，定義好其屬性即可。ProPB3Win采用監(jiān)控軟件通用模式，所有控制部件的屬性通過組態(tài)形式完成，以實現(xiàn)相應(yīng)控制功能。使用ProPB3Win內(nèi)附的圖庫及作圖工具來構(gòu)造生產(chǎn)現(xiàn)場的模擬畫面，簡便易行。內(nèi)容豐富的作圖工具庫，使得畫面生動、豐富多彩。
此外，充分利用HMI的優(yōu)勢將原先布置在控制柜上的開關(guān)、指示燈盡可能地用HMI中的控制部件替代，這樣做減少硬件設(shè)備，簡化了現(xiàn)場設(shè)備間的接線，更重要的是給設(shè)計和調(diào)試帶來諸多方便。
3.4 HMI參數(shù)設(shè)置功能
主控系統(tǒng)中有多達近百個參數(shù)需要設(shè)置，根據(jù)控制功能將其分為聯(lián)鎖、橫切、橫掰、速度、掰邊、縱掰及設(shè)備參數(shù)組，使整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加合理。同時利用HMI觸摸操作的特性使參數(shù)設(shè)置變得極為直觀和簡便。在參數(shù)設(shè)定時，利用其內(nèi)帶的數(shù)字鍵盤，將此數(shù)字鍵盤設(shè)計為彈出式，在操作人員要設(shè)定參數(shù)時，按動 設(shè)定 鍵，彈出數(shù)字鍵盤進行操作。每個參數(shù)在部件屬性中定義并分配了相應(yīng)的PLC地址，當確認后輸入的數(shù)據(jù)將存入PLC指定的地址中。操作完成后，按動 一 鍵，可消去數(shù)字鍵盤。此種設(shè)計模式可地利用畫面的有效面積。同時每個參數(shù)都設(shè)有上下限限制，當輸入數(shù)值超限時，系統(tǒng)拒絕接受并向操作者發(fā)出超限音響報警。此外對重要的系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)組，為安全起見，通過工具庫中D-Script腳本語句編寫簡單程序設(shè)置畫面進入操作密碼，賦予操作人員不同的操作權(quán)限，增加系統(tǒng)的安全性。
3.5 HMI報警及打印功能
在系統(tǒng)報警設(shè)計時，將故障信息在報警編輯器中編輯好，并在報警記錄子畫面中設(shè)置報警記錄顯示部件用于故障信息顯示。系統(tǒng)運行發(fā)生故障時，HMI根據(jù)PLC傳送的故障信號，將報警編輯器中對應(yīng)的故障信息在報警記錄子畫面顯示出來。同時監(jiān)控主畫面上?quot;故障"信號燈將閃爍，音響報警。此時操作人員可進入報警記錄子畫面，根據(jù)故障信息查找原因，及時處理。

 ? 在使用 HMI 設(shè)備的所有條件下，均具有可靠性能 – 經(jīng)過認證，適用于所有領(lǐng)域。
? 通過明亮且亮度可調(diào)寬屏、大可視角度顯示屏，提供持續(xù)的過程概覽
安全性與信息安全 – 容易滿足要求并為系統(tǒng)提供保護，不會帶來有害影響：
? 通過 Safety Integrated 功能，輕松保障人員、機器和環(huán)境的安全。
? 通過集成化信息安全解決方案 Security Integrated，為解決方案提供全面保護。
? 通信與組態(tài)可順利實現(xiàn)代次變更且具有開放性，更大限度提供了投資保護
集成診斷功能 – 不會在維護方面浪費時間，并且可顯著縮短停機時間：
? 進行可靠故障檢測，并通過面向操作員的綜合報警系統(tǒng)獲取信息
? 借助于集成的系統(tǒng)診斷功能，快速分析和定位錯誤（本地或遠程）
? 性自動備份所有數(shù)據(jù)，設(shè)備更換簡單，不會丟失數(shù)據(jù)
TIA 博途中的 SIMATIC WinCC 軟件
TIA 博途中的 SIMATIC WinCC 是集成工程組態(tài)平臺的一部分，該平臺提供了一個用于對控制、可視化和驅(qū)動解決方案進行編程與組態(tài)的統(tǒng)一組態(tài)環(huán)境。 SIMATIC WinCC（TIA 博途）是繼 SIMATIC WinCC flexible 之后適用于所有 HMI 應(yīng)用的軟件。
使用該軟件，可以組態(tài)幾乎全面 SIMATIC HMI 設(shè)備系列。功能涵蓋機器層的可視化任務(wù)以及基于 PC 的多用戶系統(tǒng)上的 SCADA 應(yīng)用。
SIMATIC SCADA 系統(tǒng) – 樹立效率新標竿
西門子 SCADA 系統(tǒng)樹立了工廠自動化以及基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中的效率新標竿
用于運行管理的 SIMATIC WinCC V7 以及用于高度定制應(yīng)用的 SIMATIC WinCC Open Architecture 均支持國際標準與平臺。 這樣就能方便地集成現(xiàn)有硬件，并無縫集成到 IT 環(huán)境中。
移動式解決方案和創(chuàng)新的操作方式，確保方便、快速獲取工廠信息，符合廣泛的安全標準，可防止操作錯誤。西門子 SCADA 系統(tǒng)可在整個生命周期內(nèi)擴展，因此可以隨時擴展現(xiàn)有工廠。這樣就確保了投資安全。無論您采用的是單用戶系統(tǒng)、多用戶系統(tǒng)，還是廣泛分布的系統(tǒng)：西門子 SCADA 系統(tǒng)都可讓您實現(xiàn)機器設(shè)備、生產(chǎn)線和整個工廠的可視化，從而確保更高的透明度。從而挖掘優(yōu)化潛力，更大限度縮短停產(chǎn)時間，加快產(chǎn)品上市。
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通過 SIMATIC SCADA 系統(tǒng)，可實現(xiàn)高效工程組態(tài)，以及高性能歸檔和更高數(shù)據(jù)安全性，從而顯著提高生產(chǎn)率。這些功能特性是高效運行管理和智能生產(chǎn)分析的基礎(chǔ)。
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