西门子6ES7332-5HF00-0AB0技术参数

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人机界面技术是可编程逻辑控制器PLC工程领域中重要的一环，但人们对人机界面的认识是不足的。通过智能手机、平板电脑等人们对人机界面有了一定的了解，但是也形成了触摸屏就是人机界面的认识。事实上并非如此，下面就从专业角度谈谈人机界面。

什么是人机界面？凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面，人机界面（简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域，或称界面。包括信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触、远距离的信息传递与控制的作用空间等。

简而言之，人机界面就是正确传达人机之间的讯息和指令，通过该界面人能够对机器下达指令，而机器人能够回馈执行状况。人们熟知的触摸屏，只有与工业组态软件集成后，才能够称得上是完整的人机界面系统，但尽管如此触摸屏系统也不是完全意义上的人机界面。而将组态软件认为是人机界面，也是错误的认识。

PLC技术在机电自动化工程中的广泛应用，也使得人机界面成为了不可忽视的领域。人机界面应用范围较其广泛，大到航天事业，小到家庭开关等。如航天飞船中宇航员座椅前的飞船操控画面就是传统人机界面组件形成的。再比如平板电脑以及文本终端直至数码拨盘等、甚至安全自动化系统的急停开关、安全光幕、安全绳、双手开关等，也都有着人机界面的身影。

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。 

1 概述
开棉设备是集机、电、气等于一体的纺织机械设备。作为各种工艺流程的前纺设备，在提高纺织产品档次与质量中起着重要作用。我公司(原郑州纺织机械厂清梳联工程公司)在消化、吸收世界**纺织技术的基础上，自行研制开发了FAl02、FAl03、FAl04、FAl06、FAl08系列等多种型号规格的开棉设备。近年来，经不懈地改进、完善和提高开棉设备的设计和制造水平，缩短了我国开棉设备与**水平的差距。根据国外纺机的发展动态和国内外用户的要求，现研制开发了FAll3型单轴流开棉机。

该机具有高产量、高除杂效率、高自动化等特点，在生产使用中体现了其设计合理，工艺性能好，机电一体化水平高。

2 主要结构特点及技术规格参数

2．1结构特点

导流板采用在其上面焊接与开棉辊筒中心线成64*夹角的若干导流片，以便配合在上面装有螺旋状排列的角钉的开棉辊筒，从而使原料沿导流板围绕开棉辊筒外表面螺旋前进。开棉辊筒为直径750mm的V形角钉辊筒，分16排呈螺旋状排列，每排9枚，原料在螺旋前进过程中，受密集角钉的打击，开松效果好，除杂效；开棉辊筒的简体采用整张钢板卷制而成，表面光滑，圆整度好。

开棉辊筒传动轴与另一端非传动轴为两根独立的空心短轴，且均采取涨套连接，相对于采用传统的一根通轴，既重量轻、运转平稳、振动小，又节约了材料，降低了成本。开棉辊筒转速和尘格角度可以在线自动调节，并可同时设定不同的工艺参数，还可适应抓棉机对不同的原料进行分组抓取，同时供应两条清花线，工艺参数自动转换。尘棒分左右两组，可通过两只步进减速电机带动连杆机构对两组尘棒进行同步调节。排杂装在落杂收集箱里，落杂收集箱下面装有滚轮，可由机器内拉出，以便察看落杂情况，也可通过其上装有的两个视窗察看落杂情况。

开棉辊筒侧面装有除尘装置，有利于排除微尘和短绒。全机控制系统采用PLC控制，操作显示屏可显示、设置不同的工艺参数，实现了监控及信息处理，自动化程度高，操作方便，性能可靠。在整机设计过程中，体现了“安全*一”的指导思想。整机设有多处安全保险装置，为确保劳动者的人身安全提供了重要**。整机设计合理，结构紧凑，外形美观，在开清棉或清梳联流程中与其他设备浑然一体。

2．2技术规格参数

机幅1600mm；较高产量1200kg／h；开棉辊筒型式V形角钉；直径750nun；转速480～960r／min(变频调节)；尘格装置尘棒型式三角尘棒；尘棒数量72根(分左右两组，每组36根)；调节方式步进电机在线自动调节；排杂装置排杂型式6叶翼片式；排杂直径350mm；排杂转速16r／rain；进棉管直径300mm；风量2160—2880m3／h；静压+50～+150pa；出棉管直径300mm；风量2160～3600m3／h；静压-50～-200pa；排尘管直径220mm；风量1440～1800m3／h；静压-400～-700pa；排杂(吸落棉)管直径160mm；风量1800m3／h；静压-700pa；电机功率主电机11kW；排杂电机0．37kW；尘格电机96W；控制系统PLC控制。

3 主要机构性能分析

3．1开棉辊筒部分

开棉辊筒为本机的重要组成部分，由简体、角钉、法兰、空心轴等组成。

装在筒体上的角钉呈螺旋状排列，由进棉口喂人的原料沿切线方向进入，在后方风机的作用下，围绕外表面螺旋前进，其优点是延长了原料在本机中停留的时间，增加了原料受打击的次数，从而开松效果好，除杂效，成为本机的**特点之一。本机的另一个**特点是开棉强度即开棉辊筒的转速具有在线调节功能。
为方便工艺参数的制定，开棉强度分为l～10档，通过PLC的程序自动转换成开棉的转速(480～960r／min，每档转速差约48)，控制开棉变频器的工作，以实现转速的在线调节功能。相对于改变转速须停车更换皮带轮来说，其优越性不言
自明。

3．2尘格装置部分尘格装置亦为本机的主要组成部分，由尘棒、调节板、连杆机构及步进电机等组成。尘棒分左右两组，其安装初始角度为10’，较大角度40‘。

本机通过两只步进减速电机带动连杆机构对两组尘棒进行同步调节，尘棒安装角度可根据原料情况和工艺要求在控制面板7档设定，每档之间安装角度相差5同样，尘棒安装角度的改变为在线调节。

3．3排杂装置部分

排杂装置为本机不可缺少的组成部分，主要由落杂收集箱和排杂组成。落杂收集箱为梯型箱体，下部装有排杂，为6叶翼片式，由齿轮减速电机通过滚子链传动，其排杂状态通过在线调节，既可设定为连续排杂，亦可设定为间隔排杂(排杂时间和排杂间隔时间根据工艺要求可任意设定)。

落杂收集箱一侧与排杂(吸落棉)管道相连，落棉杂质可通过此管道被吸到滤尘系统。底面装有滚轮，可由机器内拉出，以便察看落棉情况。

3．4气动控制系统

当前方机台风机未开时，开棉辊筒不能启动，这样可有效防止堵车，避免机器损坏，维护正常生产．

3．5电气控制系统全机控制采用西门子S7-200系列PLC实现自动控制。通过CPU226可编程控制器与TD200显示面板进行逻辑控制、计算和操作。

由TD200显示面板可直接输入转速、尘格角度、排杂时间、排杂间隔，在调试阶段可用手动操作来实现各部分的动作，并可直观地显示机器运行状态、故障部位、原因，同时发出警报。高质量的PLC与I／O的直观性不仅提高了整机的可靠性、稳定性，也使得所有操作更简便、快捷。

4生产使用情况

本机于2001年9月安装在无锡纺织机械试验中心进行生产运转实验。专项试验数据表明：在工艺选择优化的条件下，低含杂(1％～1．2％)原棉或较高含杂(3．5％)原棉经过本机处理后，实际除杂效率可达35％一37．5％，棉结增长率可控制在3．5％，短绒增长率变化较小，有时还可达到负增长。

用该机所在的成卷系统生产的C14．6tex棉纱，成纱条干CV％值达到了97公报的25％水平，km细节、km粗节达到了97公报的25％---50％水平，km棉结达到了97公报的5％～25％水平。 

由此可以看出，本机是一种除杂效，棉结增长少，适应原棉含杂范围较广的预开棉机。本机自投入批量生产以来，在短短的一年时间里，用户使用效果良好，已**巴基斯坦等东南亚国家，为企业创造了良好的经济效益。
5结束语

FAll3型单轴流开棉机的研制成功，在开清棉或清梳联流程中为国内纺织厂设备改造和技术进步提供了一种新机型。

为保持和扩大我国纺织机械在**市场上的地位，随着生产使用范围的不断扩大，我们仍将根据国外纺机的发展动态和国内外用户的要求，不断地进行改进提高。我们深信FAll3型单轴流开棉机无论在国内还是**都会有广阔的市场前景

 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专用线供电。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**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**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控制器接上专用地线，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.