西门子MP277-8按键式面板

西门子HMI使用方法
下面以西门子HMI中的MP377为例进行说明，编程软件为SIMATIC WinCC flexible 2008：
1. 在组态软件WinCC flexible 2008中，用户可以对MP377中的画面进行编辑，可以选择各种控件，并配置相应的变量连接，实现对设备的监视以及控制功能；
2. 通过组态软件，用户可以实现多个页面之间的切换，这种功能可以使用软件中自带的函数ActivateScreen来实现；
3. 如果要实现画面之间的切换，还可以使用函数ActivateScreenByNumber，这个函数需要使用一个输入域，并设置数值改变时跳转到相应的画面；
4. 在组态软件的连接选项中，设置与之连接的西门子PLC的系列，以及通讯方式。例如：以太讯，并设置西门子PLC和西门子HMI的IP地址；
5. 用户需要在组态软件中编辑变量并设定变量的地址，从而实现与西门子PLC之间的关联
可编程序控制器Programmable Logic Controller在工厂自动化FA中占有举足轻重的地位。技术的不断发展大地促进了基于PLC为核心的控制系统在控制功能、控制水平等方面的提高。同时对其控制方式、运行水平的要求也越来越高，因此交互式操作界面、报警记录和打印等要求也成为整个控制系统中重要的内容。对于那些工艺过程较复杂，控制参数较多的工控系统来说，尤其显得重要。新一代工业人机界面的出现，对于在构建PLC工控系统时实现上述功能，提供了一种简便可行的途径。
2、工业人机界面的特点和功能
工业人机界面Human Machine Interface，简称HMI，又称触摸屏器，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面由设计的计算机系统32位RISC CPR芯片　为核心，在STN、TFT液晶显示屏或EL电发光显示器上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏。触动屏幕时，电阻网络上的电阻和电压发生变化并由软件计算出触摸位置。
HMI的主要功能有：数据的输入与显示；系统或设备的操作状态方面的实时信息显示；在HMI上设置触摸控件可把HMI作为操作面板进行控制操作；报警处理及打印；此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。
3、HMI在PLC工控系统上的应用
下面以国内某大型浮法玻璃生产线冷端切割区主控系统为例，介绍HMI在PLC工控系统上的应用。
3.1 系统概述
切割区为浮法玻璃生产线中一个重要工段，其中包括测量发讯、纵切、横切、掰断加速、掰边、纵掰纵分、输送辊道等众多生产控制设备。系统硬件上主要由主控制器PLC，现场设备控制装置包括伺服控制器、变频器、模拟量信号及脉冲信号处理器等　和HMI构成。作为整个控制系统的核心，切割区主控系统在正常生产时根据生产工艺要求协调各个单机控制子系统的工作，制定切割计划，实现整个生产过程全自动化。整个系统的核心控制部分由美国GE Fanuc 90-30 PLC完成，此部分内容本文略，而系统的和交互式操作界面等任务将由HMI承担。主要有以下内容：参数的设定；动态画面的显示；故障报警与诊断以及报表打印。其中HMI选用日本Digital公司的GP-577。
3.2 HMI与PLC之间的通讯
当HMI用于PLC控制系统时，HMI与PLC之间通过串口以Direct Link直接连接方式进行通讯。在该方式下，HMI根据要求直接读入PLC的数据或把数据写入PLC相应的地址中。由于内装通讯协议，因此无须编制通讯程序，只要所用PLC类型即通讯协议，运行时便可实现通讯。因此大大减少了PLC用户程序的负担。在系统设计时，直接控制部件与其对应PLC的输入输出％I/O、寄存器％R、中间寄存器％M的地址
SIMATIC HMI精智系列户外面板都可以轻松驾驭，它们具备：
• 足够坚固和防紫外线的前面板（IP65防护等级）
• 7寸和15寸宽屏非反射显示屏幕和背光亮度自动调节，可应用于
不同亮度环境。
• 精智系列户外面板可以应用于不**业和不同场合，零下30ºC 到
60ºC的温度范围和**90%的环境湿度，以及全面的产品认证。
显著提高适用性西门子TP600面板6AV6647-0AC11-3AX0
全新设计的 USB 接口可连接键盘、鼠标或条形码扫描仪，可快速
实现 U 盘数据归档。
与各种控制器实现交互
通过 PROFIBUS 或 PROFINET 接口，新一代 SIMATIC HMI 精简
面板可快速连接各种 PLC。结合紧凑型模块化控制器 SIMATIC
S7-1200，优势更为彰显。集成各种接口
SIMATIC HMI 精智面板可轻松集成到 PROFINET 和 PROFIBUS网络
中，还集成有 USB 接口。7 寸以上的精智面板还配备有一个双端
口以太网交换机接口，15 寸以上的精智面板则配有一个额外的
PROFINET 千兆以太网接口。
项目传输更为简单快捷集成各种接口
SIMATIC HMI 精智面板可轻松集成到 PROFINET 和 PROFIBUS网络
中，还集成有 USB 接口。7 寸以上的精智面板还配备有一个双端
口以太网交换机接口，15 寸以上的精智面板则配有一个额外的
PROFINET 千兆以太网接口。
项目传输更为简单快捷西门子TP600面板6AV6647-0AC11-3AX0
*使用电缆，标准电缆即可实现通过 PROFINET/以太网或
USB 端口进行 HMI 项目下载。组态时，系统同步完成相应的设备
设置，*再额外设置面板参数，从而*简化了调试过程。项目
数据和面板设置均保存在面板中所集成的系统卡内，可自动进行更
新。此外，通过这一系统卡，还可将项目传送到其它设备中。
新功能：通过网络摄像头进行
通过网络摄像头和摄像头控件，对工厂状况进行快速：
• 通过精智面板，各种远程操作
• 对操作人员难以进入的区域进行
• 对机器状态进行归档和保存
• 无纸化打印 PDF/HTML 文件
• 截图功能实现信息快速记录
• 归档过程值和报表西门子TP600面板6AV6647-0AC11-3AX0
轻松驾驭户外的环境
对于的环境条件，例如：冷藏间，船舶或石油天然气等应用场
合，SIMATIC HMI精智系列户外面板都可以轻松驾驭，它们具备：
• 足够坚固和防紫外线的前面板（IP65防护等级）
• 7寸和15寸宽屏非反射显示屏幕和背光亮度自动调节，可应用于
不同亮度环境
CPU中的程序编译错误：
下载程序时，CPU 会对程序进行编译。如果 CPU检测到程序违反编译规则，将中止下载，并生成一个错误代码。（已经下载到 CPU的程序仍然存在于存储器中，不会丢失。）可以在修正错误后再次下载程序。
I/O 设备错误 上电和下载系统块后，CPU 验证系统块中存储的 I/O 组态与CPU、信号板和实际存在的扩展模块是否匹配。任何不匹配将导致生成设备的组态错误。在运行时，设备检测到的其他 I/O问题（如缺少用户电源或输入值**出限制）可生成 I/O 错误。CPU 将模块状态信息存储在存储器 (SM)位中。程序可以监视和评估这些位。SM5.0 是全局 I/O 错误位，当存在任何 I/O错误条件时，它将保持置位。
程序在执行过程中可能产生错误。这些错误的原因可能是指令使用不正确或指令处理的数据无效。例如，如果程序执行期间更改了指针

将p1300设为2，变频器工作于抛物线特性v/f控制方式，这种方式适用于风机、水泵类负载。这类负载的轴功率n近似地与转速n的3次方成正比。其转矩m近似地与转速n的平方成正比。对于这种负载，如果变频器的v/f特性是线性关系，则低速时电机的许用转矩远大于负载转矩，从而造成功率因数和效率的严重下降。为了适应这种负载的需要，使电压随着输出频率的减小以平方关系减小，从而减小电机的磁通和励磁电流，使功率因数保持在适当的范围内。
可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将p1312在0至250之间设置合适的值，具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问题。适用于大起动转矩的调速对象。
变频器v/f控制方式驱动电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽度，当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。从p1091至p1094可以设定4个不同的跳转点，设置p1101确定跳转频带宽度。
有些负载在特定的频率下需要电机提供特定的转矩，用可编程的v/f控制对应设置变频器参数即可得到所需控制曲线。设置p1320、p1322、p1324确定可编程的v/f特性频率座标，对应的p1321、p1323、p1325为可编程的v/f 特性电压座标。
参数p1300设置为20，变频器工作于矢量控制。这种控制相对完善，调速范围宽，低速范围起动力矩高，精度高达0.01%，响应很快，高精度调速都采用svpwm矢量控制方式。
参数p1300设置为22，变频器工作于矢量转矩控制。这种控制方式是目前上的控制方式，其他方式是模拟直流电动机的参数，进行保角变换而进行调节控制的，矢量转矩控制是直接取交流电动机参数进行控制，控制简单， 度高。
（1）即使速度变化转矩也不大变化的恒转矩负载，此类负载如传送带、起重机、挤压机、压缩机等。
（2）随着转速的降低，转矩按转速的平方减小的负载。此类负载如风机、各种液体泵等。
（3）转速越高，转矩越小的恒功率负载。此类负载如轧机、机床主轴、卷取机等。
变频器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制。v/f控制中有线性v/f控制、抛物线特性v/f控制。将变频器参数p1300设为0，变频器工作于线性
v/f控制方式，将使调速时的磁通与励磁电流基本不变。适用于工作转速不在低频段的一般恒转矩调速对象
变频器v/f控制方式驱动电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽度，当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。从p1091至p1094可以设定4个不同的跳转点，设置p1101确定跳转频带宽度

显著提升画面显示质量
在微型工厂和小型应用中，可视化应用在目前变得尤为重要。新
一代 SIMATIC HMI 精简面板**，包含 HMI 所有重要的基本
功能，可广泛应用于机械工程各领域的操作和。
高分辨率宽屏显示西门子TP600面板6AV6647-0AC11-3AX0
新一代 SIMATIC HMI 精简面板配备有 4 ~ 12 寸高分辨率宽屏显示
屏，可支持垂直安装。64000 色显示，高分辨率，确保**显示效
果。同时，显示屏全范围的亮度调节，优化调整更为方便灵活。
创新的图形化用户界面
创新的图形化用户界面，操作更为直观便捷。新一代 SIMATIC HMI
精简面板配有界面友好易用的触摸屏和手感**且功能可自由定
义的按键。集成各种接口
SIMATIC HMI 精智面板可轻松集成到 PROFINET 和 PROFIBUS网络
中，还集成有 USB 接口。7 寸以上的精智面板还配备有一个双端
口以太网交换机接口，15 寸以上的精智面板则配有一个额外的
PROFINET 千兆以太网接口。
项目传输更为简单快捷
*使用电缆，标准电缆即可实现通过 PROFINET/以太网或
USB 端口进行 HMI 项目下载。组态时，系统同步完成相应的设备
设置，*再额外设置面板参数，从而*简化了调试过程。项目
数据和面板设置均保存在面板中所集成的系统卡内，可自动进行更
新。此外，通过这一系统卡，还可将项目传送到其它设备中。
新功能：通过网络摄像头进行
通过网络摄像头和摄像头控件，对工厂状况进行快速：
• 通过精智面板，各种远程操作
• 对操作人员难以进入的区域进行
• 对机器状态进行归档和保存
1）当电动机处于发电状态时，即实际转速**给定速度时，逐步提高补偿增益；
（2）当电动机处于电动状态时，即实际转速低于给定转速时，逐步提高补偿增益；
（3）转差补偿的调节范围为转差补偿限定值与额定转差值的乘积；
（4）自动转差补偿量的大小与电动机的额定转差相关，应正确设定电动机的额定转差值。
这里给出了电动机额定转差频率的计算公式：
额定转差频率＝电动机额定频率 ×（电动机同步转速－电动机额定转速）÷ 电动机同步转速式中电动机同步转速＝电动机额定频率×120 ÷ 电动机数。
2　载波频率的调整
变频器的信号调制是脉宽调制，其基本方法是：对输出的电压脉冲波，其脉冲的上升沿和下降沿都是由正弦波和三角波的交点所决定的。在这里，正弦波称为调制波，三角波称为载波，三角波的频率就是载波频率。
在pwm电压脉冲波序列的作用下，电流波形是脉动的，脉动频率与载波频率*，脉动电流将使电动机铁心的硅钢片之间产生电磁力并引起振动，产生电磁噪声。改变载波频率时，电磁噪声的音调也将发生变化，所以，一些变频器对于调节载波频率的功能，称为“音调调节功能”。
载波频率越高，因线路相互之间，以及线路与地之间分布电容的容抗越小，由高频脉冲电压引起的漏电流越大。
载波频率对其他设备的干扰主要是由于高频电压和高频电流引起的。载波频率越高，则高频电压通过静电感应对其他设备的干扰也就越严重；高频电生的高频磁场将通过电磁感应对其他设备的控制线路产生干扰；高频电磁场具有强大的能量，使通讯设备等易产生扰动信号。
因此，我们可以总结出如表1所示的载波频率特性。
在上述三个因素中，电动机噪声是直接的、较明显的，尤其是在楼宇控制中，为此有些变频器还提供了“柔声载波频率”，即在变频器运行过程中，能自动地变换载波频率，使电磁噪声变成具有一定音调的较为柔和的声音；有些变频器提供了“电动机音调调节”，同样可以改变电动机运行时的音调。

OPC技术概述
2.1  OPC定义
OPC(OLE  for Process Control)是一套以微软COM,  DOOM (Distributed COM)技术为基础,基于Windows操作平台,为工业应用程序之间提供的信息集成和交互功能的组件对象模型接口标准。OPC实际上是提供了一种规范,通过这种规范,系统能够以服务器/客户端标准方式从服务器获取数据并将其传递给任何客户应用程序。这样,只要生产商开发一套遵循OPC规范的服务器与数据进行通信,其他任何客户应用程序便能通过服务器访问设备。
2.2  OPC基本结构
OPC技术的实现由两部分组成,OPC服务器部分  及OPC客户应用部分。OPC服务器是一个典型的现场数据源程序,它收集现场设备数据信息,通过标准的OPC接口传送给OPC客户端应用。OPC客户应用是一个典型的数据接收程序,如人机界面软件(HMI)、数据采集与处理软件(SCADA)等。OPC客户应用通过OPC标准接口与OPC服务器通信,获取OPC服务器的各种信息。符合OPC标准的客户应用可以访问来自任何生产厂商的OPC服务器程序。
OPC技术的应用模式
2.3  OPC对象
OPC数据存取规范规定的基本对象有三类:服务器(server)、组(group)和数据项(item) 。服务器对象包含服务器的所有信息,也是组对象的容器,一个服务器对应于一个OPC server,即一种设备的驱动程序。组对象除了包含它自身信息外,还负责管理数据项。每一个数据项代表到数据源的一个连接,但它没有提供外部接口,客户端程序无法对数据项直接进行操作,应用程序必须依靠数据项的容器组对象来对它进行操作。
3  IFIX与S7-200PLC的通信原理
实现IFIX与PLC的通信的过程即OPC服务器收集现场设备PLC的数据信息,并通过标准的OPC接口传送给OPC客户端IFIX应用。IFIX作为OPC客户应用是一个典型的数据接收程序,OPC客户应用通过OPC标准接口(OPC I/O驱动)与OPC服务器通信,获取OPC服务器的各种信息。
软件需求为S7-200 PC ACCESS V1.0 SP2、组态软件IFIX、OPC I/O驱动、编程软件STEP 7 MicroWIN V4.0 SP4(或者软件的更高版本)。IFIX的OPC客户端工具OPC PowerTool需要在IFIX安装完成后另行安装。
具体过程为PC ACCESS作为OPC服务器根据设计要求采集S7-200PLC内的数据信息;IFIX的OPC客户端工具OPC PowerTool根据设计要求采集PC ACCESS内的数据,IFIX数据库PDB读取OPC OPC PowerTool采集上来的数据,IFIX完成了与S7-200PLC的通讯
OPC服务器PC ACCESS和S7-200通信的实现
在PC ACCESS中引入所需要的PLC地址并进行命名。可以通过文件->输入符号导入整个STEP 7 MicroWIN V4.0中设计的符号表,也可以通过添加新PLC、添加新项目逐条添加。在单添加新项目时符号名可以单定义,但为方便使用尽量与PLC中定义符号
*。可以设置数据的可读写性。设置地址及相匹配的数据类型。所需要的数据添加完毕后可以通过在客户机中增加项目来检测数据通讯是否正常,若正常测试客户机中数据会根据PLC中程序运行进行自动刷新
系统组成
2套PLC电机分批自启动系统根据变电所供电方式，每一段低压母线采用l台PLC。系统硬件主要分为电路和核心单元2部分。电路主要完成母线电 压、电机运行状态等信号的采集、处理和转换以及电机启动指令的驱动等。核心单元(即PLC)主要完成信号处理，发出电机驱动指令。
2.1电路
电路主要包括以下几个部分：
1、母线电压采样监测。它通过1个电流型电压变送器将0—380V交流母线电压转换为4*20mA直流信号。
2、电机运行状态信号。电机运行状态信号通过电机控制回路中的1个干接点输入到PLC的输入模块。所有信号的输入都经过光藕隔离，以提高抗干扰能力。
3、电机驱动单元。电机启动信号由PLC发出，输出单元不直接驱动电机，而是通过1个220V、10A AC的中间继电器带动电机操作回路。这样一方面提高了驱动能力，另一方面使得电气操作回路和PLC控制回路分隔，提高了系统的可靠性。
2.2核心单元
根据系统的要求，其核心PLC主要有以下几部分：
1、CPU313及系统软件。它完成电压和电机运行状态监测，实时进行逻辑判断，发出电机分批自启动指令。CPU313有4种操作选择：RUN—P、RUN、STOP和MRES运行方式。
2、模拟量输入模块SM331(8路输入)。它把电压变送器输入的4-20mA的模拟量转换为数字信号，并将数字信号送到PI，C的控制单元，以供PLC做出电压判断。
3、数字量输入模块SM321。16路输入2个，32路输入1个，完成62台电机运行状态监测和PLC电机分批自启动系统运行、调试状态监侧，电机运行状态信号通过电机操作回路中的接触器接点接至该模块。
4、数字量输出模块SM322(输出8路)。接受PLC控制单元的指令，完成电机驱动信号输出，通过出口中间继电器，驱动电机操作回路，完成电机分批自启动
系统软件设计
电机分批自启动系统软件主要任务为：
1、完成系统初始化；
2、正常状态下的数据监测；
3、电网电压出现波动后，即电网电压降至70%，所有电机都会因为电气保护装置而强制退出运行，在此之前，程序已经做出判断并锁存电机状态信号；
4、当电力系统恢复正常（3s内，母线电压恢复至95%）时，程序依据故障前保存的电机状态信号、对具备白启动条件的电机。按照顺序分批发出启动信号，使其恢复运行；
5、无论在正常状态下或是在电机自启动过程中，PLC均实时监侧母线电压；
6、通信接口程序。包括系统监测数据和故障信息，PLC将采集的母线电压信息、电机启动状态信息传输到上位机或DCS系统，便于维护人员实时了解设备运行状况
WK-2 CN0504保护特点：
1.动态缺相、静态缺相保护：指被保护设备在运行状态或非运行状态时，任意一相发生断相故障。指示灯形式为：红灯亮，并**
2.错相保护：防止L1、L2、L3三相交流电源相序接错的一种保护措施。即时动作。指示灯形式为：黄灯亮；
3.电压不平衡保护：指三相电压不平衡将会影响设备安全运行的一种电压不平衡率的保护。电压不平衡率**8%时。指示灯形式为：缺相红灯亮，并**
4.延时保护：有故障出现时监视器延时1~2秒后动作，继电器释放
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