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SIMATIC
HMI
WinCC
flexible
- 摘要：本文根據(jù)SIMATIC HMI設(shè)備與WinCC flexible軟件的在重慶分公司使用的經(jīng)驗(yàn)， 淺析SIMATIC HMI 與WinCC flexible在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。
1 概述
SIMATIC是西門子自動(dòng)化系列產(chǎn)品品牌統(tǒng)稱，來源于SIEMENS + Automatic（西門子+自動(dòng)化） 它誕生于1958年，至今已有50年歷史，涵蓋了從PLC、工業(yè)軟件到HMI，是全球自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)品牌。
HMI是Human Machine Interface的縮寫，“人機(jī)接口”，也叫人機(jī)界面。人機(jī)界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換，凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。
WinCC flexible，德國(guó)西門子（SIEMENS）公司工業(yè)全集成自動(dòng)化（TIA）的子產(chǎn)品，是一款面向機(jī)器的自動(dòng)化概念的HMI 軟件。WinCC flexible 用于組態(tài)用戶界面以操作和監(jiān)視機(jī)器與設(shè)備，提供了對(duì)面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。WinCC flexible與WinCC十分類似，都是組態(tài)軟件，而前者基于觸摸屏，后者基于工控機(jī)。
本文將根據(jù)SIMATIC HMI設(shè)備與WinCC flexible軟件的在重慶分公司的使用經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單介紹SIMATIC HMI 與WinCC flexible在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。
2 SIMATIC HMI的應(yīng)用
2.1 西門子HMI特點(diǎn)
在工藝過程日趨復(fù)雜、對(duì)機(jī)器和設(shè)備功能的要求不斷增加的環(huán)境中，獲得最大的透明性對(duì)操作員來說至關(guān)重要。西門子公司將人機(jī)界面裝置統(tǒng)稱為HMI設(shè)備。人機(jī)界面(HMI)提供了這種透明性。HMI是人(操作員)與過程(機(jī)器/設(shè)備)之間的接口。PLC 是控制過程的實(shí)際單元。因此，在操作員和WinCC flexible（位于 HMI 設(shè)備端）之間以及 WinCC flexible 和PLC之間均存在一個(gè)接口。西門子人機(jī)界面有以下特點(diǎn)：
? 可靠性高。正面防護(hù)等級(jí)為 IP65。
? 通用性強(qiáng)，大多數(shù)HMI設(shè)備基于Windows CE 操作系統(tǒng)。
? 接口豐富，可以連接各主要生產(chǎn)廠家的 PLC。
? 是全集成自動(dòng)化（TIA）的一個(gè)主要組成部分，對(duì)不同的自動(dòng)化系統(tǒng)具有開放性。
? 創(chuàng)新的 HMI 解決方案，例如移動(dòng)觸摸屏 Mobile Panel 170和的 MP370 軟PLC 功能。
? 使用統(tǒng)一的組態(tài)軟件 WinCC flexible對(duì)所有的操作屏設(shè)備組態(tài)，支持多種語(yǔ)言，全球通用。
2.2 西門子HMI可承擔(dān)的任務(wù)
西門子人機(jī)界面可承擔(dān)以下任務(wù)：
? 過程可視化：在人機(jī)界面上動(dòng)態(tài)顯示過程數(shù)據(jù)（即PLC采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)）。
? 操作員對(duì)過程的控制：操作員通過圖形界面來控制過程。
? 顯示報(bào)警：當(dāng)被檢測(cè)變量超出設(shè)定值時(shí)，過程的臨界狀態(tài)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。
? 記錄（歸檔）功能：順序記錄過程值和報(bào)警信息，以便于用戶檢索以前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
? 輸出過程值和報(bào)警記錄：例如可在某一班結(jié)束時(shí)打印輸出生產(chǎn)報(bào)表。
? 過程和設(shè)備的參數(shù)管理：將過程和設(shè)備的參數(shù)存儲(chǔ)在配方中，可以一次性將這些參數(shù)從人機(jī)界面下載到PLC中，以便改變產(chǎn)品的品種。
2.3 西門子HMI的分類
? 按鈕面板：可更換總線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可靠性高，適用于惡劣的工作環(huán)境。代表產(chǎn)品為PP7、PP17。
? 微型面板：控制和監(jiān)視基于S7-200PLC的小型設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，品種豐富。包括文本顯示器和微型的觸摸屏、操作員面板，其代表性產(chǎn)品為TD400C、K-TP178micro、OP73micro。
? 觸摸屏和操作員面板：人機(jī)界面的主導(dǎo)產(chǎn)品，堅(jiān)固可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、品種豐富。代表產(chǎn)品為TP177B、OP177B。
? 多功能面板：高端產(chǎn)品，開放性和可擴(kuò)展性最高。代表產(chǎn)品為MP270B。
? 移動(dòng)面板：可以在不同地點(diǎn)靈活使用。代表產(chǎn)品為Mobile Panel 170。
2.4 SIMATICHMI設(shè)備操作系統(tǒng)組態(tài)
SIMATIC HMI設(shè)備操作系統(tǒng)組態(tài)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中可大致分為控制面板組態(tài)和操作系統(tǒng)更新兩個(gè)步驟。
2.4.1控制面板組態(tài)
要打開HMI設(shè)備Control Panel，可按以下方法進(jìn)入：
? 通過激活的項(xiàng)目打開控制面板。為此，必須組態(tài)操作元素以打開控制面板。
? 按下裝載程序中的“Control panel” 按鈕（可通過從 Windows CE 開始菜單中調(diào)用）。
裝載程序如圖1所示：
圖1 裝載程序
HMI 設(shè)備的“Control Panel”類似于 PC 上的控制面板。
“ControlPanel”外觀圖2所示：
圖2 HMI設(shè)備上的控制面板
控制面板可用于修改以下設(shè)置：
? 日期和時(shí)間
? 屏幕保護(hù)程序
? 區(qū)域設(shè)置
? 傳送設(shè)置
? 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置
? 延遲時(shí)間
? 口令
2.4.1 操作系統(tǒng)更新
操作系統(tǒng)更新又名OS更新。當(dāng)Wincc flexible項(xiàng)目中的“設(shè)備版本”與實(shí)際設(shè)備操作系統(tǒng)的版本不兼容時(shí)。需要執(zhí)行OS更新，否則程序不能下裝，執(zhí)行步驟：
“項(xiàng)目”->“傳輸”->“OS更新”，執(zhí)行HMI
裝置的操作系統(tǒng)更新，OS更新界面如圖3所示：
圖3 OS更新
根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在OS更新過程中需要注意的是：請(qǐng)不要中途斷開連接，否則系統(tǒng)更新失敗后，該操作系統(tǒng)將不能再在HMI設(shè)備上使用，此時(shí)，“自引導(dǎo)”操作將是唯一可用于裝載操作系統(tǒng)的選擇；另外，更新操作系統(tǒng)時(shí)，目標(biāo)設(shè)備上的所有數(shù)據(jù)，包括授權(quán)，都將被刪除，需謹(jǐn)慎操作；帶有以太網(wǎng)接口的HMI設(shè)備請(qǐng)盡量使用以太網(wǎng)通訊，因?yàn)镺S更新耗時(shí)較長(zhǎng)，會(huì)增加執(zhí)行過程中的風(fēng)險(xiǎn)。
3 WinCC flexible的應(yīng)用
3.1 Winccflexible特點(diǎn)
全自動(dòng)化解決方案不僅涉及 HMI 系統(tǒng)，還涉及附加的組件，例如PLC、過程總線和外圍設(shè)備。WinCC flexible 提供了與SIMATIC 產(chǎn)品系列和SIMOTION 產(chǎn)品系列非常成熟的集成功能，能確保組態(tài)和編程的一致性、數(shù)據(jù)保持的一致性和通訊的一致性。WinCC flexible的組件由工程系統(tǒng)、運(yùn)行系統(tǒng)和其相關(guān)選件組成。
Wincc flexible具有以下特點(diǎn)：
? 強(qiáng)大的組態(tài)功能，可組態(tài)基于 Windows CE 的SIMATIC HMI設(shè)備、西門子的C7(人機(jī)界面與S7—300 相結(jié)合的產(chǎn)品) 、乃至 PC 機(jī)（需要 WinCC flexible 高級(jí)版）。
? 支持 TIA（西門子的全集成自動(dòng)化），可以與西門子的 STEP 7 V5.3、iMapV2.0 和 Scout 集成在一起。
? 優(yōu)良的開放性和擴(kuò)展性，支持 Visual Basic 腳本功能，集成ActiveX 控件，從而將人機(jī)界面集成到 TCP／IP 網(wǎng)絡(luò)。
? 簡(jiǎn)單、高效，易于上手，功能強(qiáng)大，提供智能化的向?qū)Чぞ摺?/p>
? 圖庫(kù)和操作對(duì)象豐富，供用戶使用，支持用戶自定義對(duì)象。
? 強(qiáng)大的通信組態(tài)功能，支持多種通信類型。
3.2 WinCC flexible版本
WinCC歷史版本包括：
WinCCflexible 2008 sp2
WinCCflexible 2008 sp1
WinCCflexible 2007
WinCCflexible 2005 SP1 HF7
WinCCflexible 2005 SP1
WinCCflexible 2005
WinCCflexible 2004 SP1
WinCCflexible 2004 HF2
WinCC flexible 包括了性能從Micro Panel 到簡(jiǎn)單的PC 可視化的一系列產(chǎn)品。 因此，WinCC flexible 的功能性可以與ProTool 系列的產(chǎn)品和TP Designer 相媲美。并可以將現(xiàn)有的ProTool 項(xiàng)目集成到WinCC flexible 中。
3.3 WinCC flexible用戶界面
3.3.1 菜單和工具欄
可以通過WinCC flexible 的菜單和工具欄訪問它所提供的全部功能。當(dāng)鼠標(biāo)指針移動(dòng)到一個(gè)功能上時(shí)，將出現(xiàn)工具提示。菜單中淺灰色的命令和按鈕在當(dāng)前條件下不能使用。例如只有在執(zhí)行了“編輯”菜單中的“復(fù)制”命令后，“粘貼”命令才會(huì)由淺灰色變?yōu)楹谏硎究梢詧?zhí)行該命令。用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊工具欄可打開“自定義工具欄菜單”。在該菜單中，可以開啟或關(guān)閉選擇的工具欄。
3.3.2 工作區(qū)
在工作區(qū)域中編輯項(xiàng)目對(duì)象。所有WinCC flexible 元素都排列在工作區(qū)域的邊框上。除了工作區(qū)域之外，可以組織、組態(tài)(例如，移動(dòng)或隱藏)任一元素來滿足個(gè)人需要。
3.3.3 項(xiàng)目視圖
圖4 項(xiàng)目視圖
項(xiàng)目中所有可用的組成部分和編輯器在項(xiàng)目視圖中以樹型結(jié)構(gòu)顯示。作為每個(gè)編輯器的子元素，可以使用文件夾以結(jié)構(gòu)化的方式保存對(duì)象。此外，屏幕、配方、腳本、協(xié)議和用戶詞典都可直接訪問組態(tài)目標(biāo)。在項(xiàng)目窗口中，您可以訪問 HMI 設(shè)備的設(shè)置、語(yǔ)言設(shè)置和版本管理。
3.3.4 屬性視圖
屬性視圖用于設(shè)置在工作區(qū)中選取的對(duì)象的屬性，輸入?yún)?shù)后按回車鍵生效。屬性視圖的內(nèi)容基于所選擇的對(duì)象，屬性視圖一般在工作區(qū)的下面。一般來說，右擊所選擇的對(duì)象即可打開其屬性視圖。在編輯畫面時(shí)，如果未激活畫面中的對(duì)象，在屬性對(duì)話框中將顯示該畫面的屬性，可以對(duì)畫面的屬性進(jìn)行編輯。出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤時(shí)，將出現(xiàn)彩色高亮背景，并給出提示信息。例如允許輸入的最大畫面編號(hào)為32767，若超出32767，將會(huì)顯示“只允許介于1~32767之間的數(shù)值!”。如果按回車鍵或點(diǎn)擊其他視圖，輸入的數(shù)字將自動(dòng)變?yōu)?2767。
3.3.5 工具箱
工具箱包含有選擇對(duì)象的選項(xiàng)，可將這些對(duì)象添加給畫面，例如圖形對(duì)象或操作員控制元素。此外，工具箱也提供了許多庫(kù)，這些庫(kù)包含有許多對(duì)象模板和各種不同的面板。
3.3.6 庫(kù)
“庫(kù)”位于工具箱視圖中，是用于存儲(chǔ)諸如畫面對(duì)象和變量等常用對(duì)象的中央數(shù)據(jù)庫(kù)。只需對(duì)庫(kù)中存儲(chǔ)的對(duì)象組態(tài)一次，然后便可以任意多次進(jìn)行重復(fù)使用。因此，可通過多次使用或重復(fù)使用對(duì)象模板來添加畫面對(duì)象，從而提高編程效率。
WinCC flexible有兩種庫(kù)：全局庫(kù)和項(xiàng)目庫(kù)。全局庫(kù)并不存放在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中。它在系統(tǒng)中以文件形式保存，該文件默認(rèn)存放于WinCC flexible的安裝目錄下。全局庫(kù)可用于所有項(xiàng)目。項(xiàng)目庫(kù)隨項(xiàng)目數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，它僅可用于創(chuàng)建該項(xiàng)目庫(kù)的項(xiàng)目。項(xiàng)目庫(kù)中的元素可復(fù)制到全局庫(kù)中。這兩種庫(kù)中都可以創(chuàng)建文件夾，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理。
3.3.7 輸出視圖
輸出窗口顯示例如在項(xiàng)目測(cè)試運(yùn)行中所生成的系統(tǒng)報(bào)警。輸出視圖通常按其出現(xiàn)的順序顯示系統(tǒng)報(bào)警。“分類”指出了生成系統(tǒng)報(bào)警的相應(yīng)WinCCflexible模塊。例如，將在一致性檢查期間生成“發(fā)生器”類別的系統(tǒng)報(bào)警。要對(duì)系統(tǒng)報(bào)警排序，可單擊對(duì)應(yīng)列的標(biāo)題。彈出式菜單可用于跳轉(zhuǎn)到某個(gè)出錯(cuò)位置或某個(gè)變量，并復(fù)制或刪除系統(tǒng)報(bào)警。輸出視圖顯示上次操作的所有系統(tǒng)報(bào)警。新操作將重寫所有先前的系統(tǒng)報(bào)警。然而，從單獨(dú)的記錄文件中依然可以檢索系統(tǒng)報(bào)警的歷史信息。
輸出視圖如下所示：
圖5輸出視圖
3.3.8對(duì)象視圖
如果在項(xiàng)目視圖中選擇了文件夾或編輯器，執(zhí)行菜單命令“視圖”>“對(duì)象”，則其所包含的對(duì)象內(nèi)容將被顯示在對(duì)象視圖中。在“對(duì)象”視圖中雙擊一個(gè)對(duì)象以打開對(duì)應(yīng)的編輯器。對(duì)象窗口中顯示的所有對(duì)象都可用拖放功能。
例如：將變量移動(dòng)到工作區(qū)域中的過程畫面：創(chuàng)建與變量鏈接的I/O 域；將變量移動(dòng)到現(xiàn)有的I/O 域：創(chuàng)建變量與I/O 域之間的邏輯鏈接；將一個(gè)過程畫面移動(dòng)到工作區(qū)中的另一個(gè)過程畫面，從而生成一個(gè)帶有畫面切換功能的按鈕，該按鈕與過程畫面鏈接。在“對(duì)象視圖”中，長(zhǎng)對(duì)象名以縮寫形式顯示。如果將鼠標(biāo)指針移動(dòng)到對(duì)象上，將以提示方式顯示其完整的名稱。當(dāng)視圖中對(duì)象數(shù)目較多時(shí)，鍵入項(xiàng)目首字母可快速定位。
4.0 HMI與Wincc flexible通訊
兩個(gè)通訊伙伴之間的數(shù)據(jù)交換被稱之為通訊，SIMATIC HMI和Wincc flexible之間可以通過直連電纜連接，也可通過網(wǎng)絡(luò)互連。
4.1 通訊原理
WinCC flexible 通過變量和區(qū)域指針控制HMI 和PLC之間的通訊。
在WinCC flexible 中，變量在“變量”編輯器中集中管理。變量包括外部變量和內(nèi)部變量。外部變量用于通訊，并代表PLC 上已定義內(nèi)存位置的映像。HMI 和PLC都可以對(duì)此存儲(chǔ)位置進(jìn)行讀寫訪問。這些讀寫操作可以是周期性的，也可以是事件觸發(fā)的。在組態(tài)中，創(chuàng)建指向特定PLC 地址的變量。HMI從已定義地址讀取該值，然后將其顯示出來。操作員還可以在HMI 設(shè)備中輸入要寫入相關(guān)PLC地址的值。
4.2 建立連接
圖6 連接參數(shù)界面
在“連接”(Connections) 編輯器中創(chuàng)建和組態(tài)連接。并且可以在“連接”編輯器的“參數(shù)”標(biāo)簽里組態(tài)HMI 和通訊伙伴間的連接屬性。通訊伙伴在“參數(shù)”標(biāo)簽中以圖6形式顯示。此標(biāo)簽提供“HMI 設(shè)備”(HMI device)、“網(wǎng)絡(luò)”(Network) 和“PLC”區(qū)域；在這些區(qū)域中，可以聲明所用的相關(guān)接口的參數(shù)。值得注意的是：系統(tǒng)設(shè)置默認(rèn)參數(shù)， 每當(dāng)編輯參數(shù)時(shí)，都務(wù)必要確保網(wǎng)絡(luò)的一致性。
4.3 項(xiàng)目傳送
項(xiàng)目傳送是將完整的Wincc flexible項(xiàng)目文件傳送到要運(yùn)該項(xiàng)目的HMI設(shè)備上。
完成組態(tài)過程后，檢查項(xiàng)目的一致性，系統(tǒng)將生成編譯好的項(xiàng)目文件，該項(xiàng)目文件分配有與項(xiàng)目相同的文件名，但是擴(kuò)展名為“.fwx”，將編譯好的項(xiàng)目文件傳送到組態(tài)的HMI設(shè)備。HMI設(shè)備必須處于“傳送模式”才能進(jìn)行傳送操作。根據(jù)HMI設(shè)備類型的不同，傳送模式的啟用方式也有所不同。
在具有外部存儲(chǔ)介質(zhì)的HMI設(shè)備上，可以支持反向傳送。以便于恢復(fù)HMI設(shè)備或其它設(shè)備上的項(xiàng)目，方便以后對(duì)現(xiàn)有項(xiàng)目進(jìn)行分析和更改。
至此，HMI設(shè)備和Wincc flexible軟件在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用便結(jié)合在一起，配合控制系統(tǒng)，共同完成生產(chǎn)上的各項(xiàng)控制任務(wù)。
5、總結(jié)
本文結(jié)合SIMATIC HMI和Wincc flexible在重慶分公司的使用經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)介紹了二者在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的一般應(yīng)用和注意事項(xiàng)，對(duì)于初涉初學(xué)者有很好的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)
[1]廖常初,陳曉東.西門子人機(jī)界面組態(tài)與應(yīng)用技術(shù) 第2版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2008.
[2]Siemens AG.SIMATIC HMI MP270 User Manual.
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