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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子6ES7214-1BD23-0XB8支持验货
可编程序控制器Programmable Logic Controller在工厂自动化中占有举足轻重的地位。技术的不断发展较大地促进了基于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。
工业人机界面的特点和功能
工业人机界面Human Machine Interface，简称HMI，又称触摸屏监控器，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面以特殊设计的计算机系统32位RISC CPU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。
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。
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 bbbb（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，运行时HMI就能自动和PLC进行数据交换。直接读取或改写PLC相应地址的内容，并据此改变画面上显示内容。同时通过对HMI的触摸操作，可向PLC相应的地址输入数据。
HMI监控主面
整个HMI监控系统采用树型结构，由监控主画面及相应功能子画面组成。在监控主画面下端设有控制功能键，按动功能键可以依次进入相应子画面，执行所需的功能。在每一个子画面中可通过 上一页 、 下一页 功能键在同一功能组中进行画面切换，在任一子画面都可以通过 主画面 功能键退回到监控主画面。系统自动采集相关数据，将切割计划、测量脉冲、辊道速度等一些重要生产工艺参数显示在主画面上，便于操作人员的观察。监控主画面上还有生产过程的动态画面显示，在动态画面上以各种形式模拟出主要控制设备的运行情况，例如光电开关的动作、电磁阀的吸合、电机的运行停止等，直观、生动的反映出现场的过程，方便操作人员对生产情况、设备工况的了解。显控公司的HMI编程软件SamDraw3.2提供了丰富的控制部件，例如按钮部件、画面切换部件、指示灯部件、数据文本显示部件等等，实现上述功能只要根据需要选择相应的控制部件，定义好其属性即可。SamDraw3.2采用软件通用模式，所有控制部件的属性通过组态形式完成，以实现相应控制功能。使用SamDraw3.2内附的图库及作图工具来构造生产现场的模拟画面，简便易行。内容丰富的作图工具库，使得画面生动、丰富多彩。 而且SamDraw3.2还支持图片上传以及自定义图库功能，用户可以很方便的将本地图片生成为图库或控件，在以后的组态过程中可以很方便的调用。
此外，充分利用HMI的优势将原先布置在控制柜上的开关、指示灯尽可能地用HMI中的控制部件替代，这样做减少硬件设备，简化了现场设备间的接线，更重要的是给设计和调试带来诸多方便。
HMI参数设置功能
主控系统中有多达近百个参数需要设置，根据控制功能将其分为联锁、横切、横掰、速度、掰边、纵掰及设备参数组，使整个系统的结构更加合理。同时利用HMI触摸操作的特性使参数设置变得较为直观和简便。在参数设定时，点击数字输入控件自动弹出系统的数字键盘进行操作。每个参数在部件属性中定义并分配了相应的PLC地址，当确认后输入的数据将存入PLC*的地址中。操作完成后，按动ENT键，可消去数字键盘同时完成数字输入。此种设计模式可较大化地利用画面的有效面积。同时每个参数都设有上下限限制，当输入数值****，系统将拒绝接受并且不能退出键盘，待输入正确后方可退出。此外对重要的系统设备参数组，为安全起见，可以对参数设置画面设置访问权限，赋予操作人员不同的操作权限，增加系统的安全性。
HMI报警功能
在系统报警设计时，将故障信息在报警编辑器中编辑好，并在报警记录子画面中设置报警记录显示部件用于故障信息显示。系统运行发生故障时，HMI根据PLC传送的故障信号，将报警编辑器中对应的故障信息在报警记录子画面显示出来。同时监控主画面上的“故障”信号灯将闪烁，声响报警。此时操作人员可进入报警记录子画面，根据故障信息查找原因，及时处理。
结束语
该系统投入使用后，受到用户的欢迎。系统具有安全、直观、简便等特点。监控、故障诊断和报警等功能的实现，大大提高了生产运行的可靠性。实践明，HMI在PLC控制系统中有着广泛的应用前景，必将在工厂自动化中发挥出越来越大的作用
进行具体工程的抗干扰设计时，要选择有较高抗干扰能力的产品，采取抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径和利用软件手段等措施，提高装置和系统的抗干扰能力。
1、采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰。
对于PLC控制器供电的电源，应采用非动力线路供电，直接从低压配电室的主母线上采用**线供电。选用隔离变压器，且变压器容量应比实际需要大1.2～1.5倍左右，还可在隔离变压器前加入滤波器。对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、采用多次隔离和屏蔽及漏感技术的配电器。控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分开。PLC控制器的24V直流电源尽量不要给外围的各类传感器供电,以减少外围传感器内部或供电线路短路故障对PLC控制器的干扰。此外，为保证电网馈电不中断，可采用在线式不间断供电电源(UPS)供电，UPS具备过压、欠压保护功能、软件、与电网隔离等功能，可提高供电的性。对于一些重要的设备，交流供电电路可采用双路供电系统。
2、正确选择电缆的和实施敷设，可编程控制器、人机界面的空间辐射干扰。
不同类型的信号分别由不同电缆传输，采用远离技术，信号电缆按传输信号种类分层敷设，相同类型的信号线采用双绞方式。严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠行敷设，增大电缆之间的夹角，以减少电磁干扰。为了减少动力电缆尤其是变频装置馈电电缆的辐射电磁干扰，从干扰途径上阻隔干扰的侵入，要采用屏蔽电力电缆。
3、PLC控制器输入输出通道的抗干扰措施
输入模块的滤波可以降低输入信号的线间的差模干扰。为了降低输入信号与大地间的共模干扰，PLC控制器要良好接地。输入端有感性负载时，对于交流输入信号，可在负载两端并接电容和电阻，对于直流输入信号可并接续流二极管。为了抑制输入信号线间的寄生电容、与其他线间的寄生电容或耦合所产生的感应电动势，可采用RC浪涌吸收器。
输出为交流感性负载，可在负载两端并联RC浪涌吸收器;若为直流负载，可并联续流二极管，也要尽可能靠近负载。对于开关量输出的场合，可以采用浪涌吸收器或晶闸管输出模块。另外，采用输出点串接中间继电器或光电耦合措施，可防止PLC控制器输出点直接接入电气控制回路，在电气上完全隔离。
4、PLC控制器抗干扰的软件措施
由于电磁干扰的复杂性，仅采取硬件抗干扰措施是不够的，要用PLC控制器的软件抗干扰技术来加以配合,进一步提高系统的可靠性。采用数字滤波和工频整形采样、定时校正参考点电位等措施，有效周期性干扰、防止电位漂移。采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位;采用间接跳转，设置软件保护等。例如对开关量输入信号，采用定时器延时的方式多次读入，结果一致再确认有效，提高了软件的可靠性。
5、正确选择接地点，完善接地系统。
良好的接地是保PLC控制器可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害，还可以抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制器抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制器属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC控制器接上**地线，接地点应与动力设备的接地点分开。若达不到这种要求，也必须做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能靠近PLC控制器。集中布置的PLC控制器适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地较。分散布置的PLC控制器，应采用串联一点接地方式。接地较的接地电阻小于2Ω，接地较较好埋在距建筑物10～15m远处，而且PLC控制器接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。
信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地;信号源不接地时，应在PLC控制器侧接地。信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，各屏蔽层应相互连接好。选择适当的接地处单点接地，要避免多点接地。
6、设备选型。
在选择设备时，首先要了解国产PLC生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作等，要选择有较高抗干扰能力的产品，如采用浮地技术、隔离性能好的可编程控制器、人机界面HMI。
可编程控制器、人机界面现场应用时的抗干扰问题，是复杂而细致的。抗干扰性设计是一个十分复杂的系统性工程，涉及到具体的输入输出设备和工业现场的具体环境，要求我们要综合考虑各方面的因素，必须根据现场的实际情况，从减少干扰源、切断干扰途径等方面进行全面的考虑，充分利用各种抗干扰措施来进行可编程控制器、人机界面的设计。才能真正提高可编程控制器、人机界面HMI现场应用时的抗干扰能力，确保系统安全稳定运行.
PLC具有很完善的自诊断功能，如出现故障，借助自诊断程序可以方便的找到出现故障的部件，更换后就可以恢复正常工作。故障处理的方法可参看PLC系统手册的故障处理指南。实践证明，外部设备的故障率远**PLC，而这些设备故障时，PLC不会自动停机，可使故障范围扩大。为了及时发现故障，可用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。
1. **时检测
机械设备在各工步的所需的时间基本不变，因此可以用时间为参考，在可编程控制器发出信号，相应的外部执行机构开始动作时起动一个定时器开始定计时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。如某执行机构在正常情况下运行10s后，使限位开关动作，发出动作结束的信号。在该执行机构开始动作时起动设定值为12s的定时器定时，若12s后还没有收到动作结束的信号，由定时器的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的程序，起动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。
2. 逻辑错误检查
在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号（如存储器为的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出了故障。因此可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。如机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时接通。若它们同时接通，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。在梯形图中，用这两个限位开关对应的存储器的位的常开触点串联，来驱动一个表示限位开关故障的存储器的位就可以进行检测。目前已经被广泛的应用在了工业生产自动化控制的设备中。然而，由于一些生产环境所产生的电流或电压的剧烈变化，所导致了PLC程序运算错误，造成错误输入并引起错误输出，使得设备失控。因此，如果提高PLC的抗干扰问题日益被广泛关注。
PLC系统中的干扰源主要来自一些电力网络、电气设备、雷电、无线电广播、雷达和高频感应加热设备。目前，在我国，影响PLC及工业现场比较严重的是来自电源和信号线的引入。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，**隔离是不可能的。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。
根据经验我们总结出以下主要抗干扰的措施：
1、在PLC控制系统中，电源占有较重要的地位。选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。
2、为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰
3、由于电磁干扰的复杂性，要根本迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。
4、完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。