hmi在烟草行业能源管理系统中的应用

HMI 在烟草行业能源管理系统中的应用 在现代化的生产企业中，动力能源系统(包括水、电、汽、暖通等环节 1 负 责为生产部门提供长期稳定的、满足工艺要求的生产环境。正因为如此，动力 能源系统也占据了企业最重要的运营能耗成本，动力能源系统的持久稳定和效 率高低直接关系到企业生产的质量和企业的经济效益以往企业常常投入大量 人力物力来保障其正常运转。为有效提高企业的综合管理水平。 在现代计算机网络技术、现场总线及数据库技术基础之上专门针对烟草企业的特点开发 出能源管理系统。 利用触摸屏可以对能源控制系统迸行现场监控且不用过多考虑与 PLC 的通信问题。由 于触摸屏体积小，重量轻，故使用触摸屏进行监控，虽不能完全替代 PC 机，但可以弥补 Pc 机移动性差的弱点这能为工程师在现场调控提供极大的便利，并且触摸屏特殊的操作 方式会使得监控更加的直观。 WinCC Flexible 2005 软件是 WinCC 组态软件的一个组件，利用它，我们可以在触摸屏 上进行人机界面的设计。无论是从 PLC 进行数据采集，或是对 PLC 进行控制，都能够按 照用户的实际需要进行“量身定做 ”。 2 系统结构 整个能源管理系统分为上位机和下位机两个部分： 上位机，即监控子站由 HMI 及 Pc 机组成，负责显示人机交互界面，实时反映生产过程 的各种数据接受操作人员的控制命令；下位机，即控制主站由西门子 PLC 组成，负责采 集现场数据及控制硬件设备。上位机与下位机通过工业以太网与两台冗余结构的 SCADA 服务器相连，从而实现对 PLC 及 HMI 交换信息及指令。如图 1 所示： 图 1 能源管理系统结构图 2.1 PLC 介绍 PLC(Programmable logic Controller)，即可编程逻辑控制器，是以微处理器为基础，综 合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。 本系统中使用了西门子公司的 S7-300 系列 PLC，它采用模块结构，其可靠性高，抗干扰 能力强。具有高速计算能力，适用于及其快速的过程处理及对数据处理能力有特别要求的 中小型自动化控制系统。不过，西门子 300 系列 PLC 自带的组态功能可视化效果较差， 远远不能达到客户的需求。因此，常使用与之匹配的组态软件(本项工程中使用西门子公司 WinCC Flexible 系列软件)来实现监控功能。 2.2 HMI 介绍 HMI 是 Human Machine Interface 的缩写，即人机界面(人机接口)。人机界面产品则是 一种包含硬件和软件的人机交互设备。它已经从用于监视活动的简单设备发展成用来监控、 分析过程与系统的复杂而成熟的工具。基于嵌入式技术的工业人机界面能够理想、生动地 显示 PLC，单片机等工业设备上的数据信息，功能强大，使用方便。它作为 PLC 等控制 设备的上端设备在用户和机器之间架设了一条桥梁，其硬件为嵌入式智能人机界面：其软 件为嵌入式操作系统。另加自己开发的应用程序。本系统中采用西门子公司 MP 370 触摸 屏，嵌入式系统为 WinCE，使用为某烟草企业所开发的能源管理系统进行控制。 2.3 硬件配置 在 S7-300 机架上安装电源模块 PS 307 5A、CPU 315-2 DP、数模输入输出模块、 CP3431 Lean；触摸屏采用西门子公司的 MP 370 Touch；以太网交换机。 网址： 联系电话：02161024899 E-mail： 2.4 软件配置 软件采用 STEP V5.3，Wincc Flexible 2005。 3 HMI 与 PLC 的通信 3.1 PLC 的配置 首先搭建 PLC 平台，然后通过 CP 341-1 Lean，交换机以及工业以太网将 PLC 与上位 机连接，并对其进行配置。 3.1.1 PLC 硬件配置 打开 SIMATIC Manager，新建一个项目，在新建的项目总插入一个 SIMATIC 300 的站 点，然后将其重命名为 STATION1。双击 STATION1 中的 Hardware，进入 HW Config 界 面。在界面右侧的目录中选择 PLC 的各种模块，首先插入 S7-300 的支架 RAIL，然后在 1 号插槽插入电源模块。在 2 号插槽插入 CPU314C-2DP 模块，在 4 号插槽插入 CP341-1 Lean 通信模块。双击 CP341-1 Lean 通信模块，CP341-1 Lean 属性窗体中新建网络连接 并设置 IP 地址，例如 1，最后编译并保存。 3.1.2 DB 块的建立 在 SIMATIC Manager 中选中 STATION1 中的 Blocks，在里面插入一个 Data Block， 命名为 DB1。双击 DB1，设置一个一定大小的数据，作为以后通信的数据源。根据需要可 以添加多个 DB 块使用。 3.1.3 下载组态信息 为了下载相关的数据下载到 PLC 中，先要设置下载方式。在 Set PG/PC Interface 窗体 中选择 PC Adapter（MPI），并在其属性窗口的本地连接中选择 USB 方式。将西门子 PC 适配器分别与 PLC 的 MPI 接口和计算机的 USB 接口连接起来， SIMATIC Manager 中选 择 STATION1，然后点击 Download 按钮，完成下载。 3.2 WinCC Flexible 2005 的配置 首先，选择 Project 菜单下 New 选项，新建一个项目。在 Device selection 界面中选择 使用的触摸屏型号，这个项目中所使用的触摸屏型号为“MP 370 12”Touch”。在 communication 选项下 connections 界面中设置触摸屏与 PLC 的连接方式为 Ethernet”， 触摸屏 IP 地址为 “37”；PLC IP 地址为“1”，expansion slot 设为“2”。 在 communication 选项下 Tags 界面中添加在 PLC 中所划分好的系统内外标签，以备编辑 人机界面时使用。在 Device setting 下 Languages and Fonts 界面中，设置好所需使用的 中英文字体。使用管理员编辑器设定管理操作权限，系统共设有三种权限，管理员和操作 员和一般用户。管理员可进行包括系统管理的任何餐桌。操作员是可进行画面监视、操作 参数的设定、退出系统等操作。操作员是可进行画面监视、操作参数的设定、退出系统等 操作，但不允许对工程参数，如冷却水压力等参数进行更改。一般用户只能进行画面的监 视等操作。 3.3 HMI 的配置 MP 370 采用 Windows CE 操作系统，为了使其与 WinCC Flexible 的版本匹配，首先应 进入 MP 370 系统控制面板，设置其 IP 地址为“37”，连接方式为“Ethernet” 。 然后使用 Prosave 工具更新 MP 370 操作系统。打开 Prosave 工具，在“常规” 选项下选择 设备类型为“MP 370 Touch”，连接方式“Ethernet”，IP 地址为“37”，然后在 “OS 更新”选项下选择读取（MP370_V7_1_1_0.img）镜像文件（此镜像在 Wincc Flexible 2005）的 WinCC Flexible Images 文件夹下），连接成功后便可更新操作操作系统。 在操作系统更新后，进入 Windows CE 控制面板，再次设置 IP 地址和连接方式为上述 值，并更改区域设置为英国或美国，默认为德国，否则小数点会以逗号表示，不符合常用 习惯。 4 画面组态 以某烟草企业所采用的空调能源管理系统负压站部分为例。 系统的主菜单主要分为：状态显示、历史曲线、操作参数、工程参数、系统帮助、系统 注销等几部分，每个功能块上都有相应的图形和文字，以便识别。此外，需要为操作参数 和工程参数设置操作权限，以防止误操作等。 4.1 状态显示 状态显示图以图形化的方式向用户展示了整个系统的工艺流程和系统各个位置的工艺参 网址： 联系电话：02161024899 E-mail： 数。一方面，用户 可以很直观地观测到系统的总体结构和各测点的实时数据；另一方面也 为用户提供了一个方便的直接操作和设定的图形化人机操作界面。从流程画面中，用户可 以了解各个测点的当前温度、压力值，极大地方便了值班记录人员的抄录工作。操作人员 可以通过这些参数了解真空泵的工作情况，并及时发现可能存在的故障，出现故障的设备 将闪动红色故障标志，阀门的开关状态直观的通过阀门颜色（红色关闭、绿色开启）表现。 左下角的“系统停止（开启） ”、“测试（运行）模式” 、“设备运行时间复位”等三个按钮可以 方便操作人员的控制，但设置了密码，只供拥有相关权限人员使用，从而避免误操作，以 防带来不必要的损失。 4.2 历史曲线 曲线显示功能主要用于记录、显示系统中各测点温度、湿度、压力的历史数据及变化趋 势图，并以多种颜色将它们加以区分。通过此图，用户可以了解到系统在过去一段时间中 的运行情况。曲线的采样间隔为 3 分钟，在曲线下面的数据框中，可以翻查它们任意时刻 的数值。 4.3 工程参数 工程参数是专为工程技术人员调整写完危机工作状态而设计的，用户可以在工程参数中 对一些参数值进行设置。例如储气罐出口压力设定、冷却水压力设定、冷却水泵变频 P 参 数设定等。 工程参数的设置对系统有着非常重要的意义，为防止造成系统不能正常工作或显示有误 等问题，我们专门设计了密码保护，非管理员级的密码不能进入功能参数页面进行设置和 修改。 4.4 操作参数 在操作参数中，用户可以控制真空泵、阀门等的开关，还可以调节变频器参数。 在设计时采用了密码保护，只允许操作员级别以上权限者修改，以防非工作人员误操作， 造成控制失误。密码输入错误时，将不能进入该页面进行各操作参数的设定或修改。 4.5 系统帮助 用户可以从系统帮助中查询参数定义、权限分类等有用的信息，以帮助用户快速上手。 4.6 系统注销 当用户登陆管理系统后，若 3 分钟以内没有进行操作，系统会自动注销当前用户。但为 了防止在此期间发生误操作，特别设置系统注销按钮，用以手动注销。 5 结束语 能源管理系统在烟草行业中的作用越来越重要，HMI 设备以其简单方便的控制方式以及 直观明了的监控画面