人机界面范文10篇

人机界面范文篇1

关键字：人机界面（HIM），液压试验台，ET组态软件，数据采集

一、行业背景：

液压马达作为整个液压系统的执行元件，其性能的好坏直接影响着液压系统的可靠性，进而影响生产设备的正常运行。根据液压马达型式试验标准其系统简图如图1所示。

图1液压马达试验台系统简图

在工业测控软件中,组态软件能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画面,以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口,实时趋势曲线等功能。并可运用PC机丰富的软硬件资源进行二次开发,方便地生成各种报表,为应用程序的开发提供了十分方便的平台，因此它在工业控制中运用越来越广泛。

LEODO人机界面是由32位嵌入式微处理器、操作系统和组态软件构成的新颖的人机界面产品，适用于工业现场环境，安全可靠，可广泛应用于生产过程设备的操作和数据显示，与传统的人机界面相比具有信息处理和网络功能等特点。

在液压马达综合测试系统中，利用ET组态软件构成监控画面。通过串行口与PLC和数据采集模块进行通信,这样可实现对各个开关量的控制以及试验数据的采集和处理。

二、系统配置：

本液压马达试验台控制系统由32路开关量和7路模拟量组成，开关量的控制由人机界面与三菱FX2N系列PLC通过人机界面上的串口COM1口连接实现通信，模拟量由人机界面与研华智能模块ADAM4017+通过人机界面上的COM2口连接实现通信。系统整体配置如图2所示。

ADAM4017+是16位8通道双端模拟量输入模块，本测试系统共有七路模拟量信号需要采集，来自压力变送器和转速转矩仪的模拟量信号为0～5V直流电压信号，来自流量变送器的模拟量信号为4～20mA电流信号，利用相应软件将其中两路通道设置为电流量输入，另外四路通道设置为电压量输入，然后在ADAM4000模块设置程序中设置好模块的地址、校验和、波特率及各通道的模拟量输入范围。

图2系统配置简图

在ET组态软件中定义两个串口类设备FXNPLC和P4017，分别代表三菱FX2N系列PLC和ADAM4017+模块，串口号为COM1和COM2。设备定义结束后，定义七个I/O实型变量，分别与设备P4017智能模块的模拟量输入寄存器AI连接，实现模拟量的采集。定义32个I/O离散变量，分别与设备FXNPLC的输出寄存器Y连接，实现开关量的控制。

三、系统特点

本系统具有实时数据采集与监控显示功能。对来自现场试验台的马达压力、马达流量、马达转速、转矩、温度和操作控制开关信号等进行实时监控，通过数值或图形来实时反映生产现场的信号变化情况，并通过相应处理可存储于数据库，利用网络开发送到其它站点。

本系统具有数据运算、保存及打印等功能。可将结果按照制定的格式保存到ET组态软件的内部数据库中，也可以将数据传送到外部通用数据库中。用户可利用历史曲线形式查询数据，并打印查询结果。

本系统可通过加密、设定用户权限等形式对一些操作进行限制，系统将自动记录操作员的操作过程。

四、画面功能介绍：

在ET组态软件中编制本测试系统的组态界面。根据本测试系统的特点及实际使用情况，试验台由左右两套完全相同的系统组成，界面设计由系统登陆画面、左系统监控画面、右系统监控画面三部分组成。

登陆画面如图3所示，画面中设置用户登陆权限，加强系统的安全性。左右监控画面如图4所示，主要由历史趋势曲线、实时趋势曲线、泵及阀的开关按键及各个模拟量输出窗口构成。历史趋势曲线显示系统当前运行前一个小时六路模拟量数据的变化趋势，以便于了解系统的历史运行情况。实时趋势曲线显示了系统运行时各个模拟量数据的变化趋势，并可与历史趋势曲线进行对比。设置画面转换按键，可进行左右系统的同时监控。

图3系统登陆画面

在系统开始运行后，ET组态软件读取PLC和智能模块监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个液压系统的运行情况、包括整个系统的泵及阀门的开关状态、模拟量示值、历史趋势曲线及实时趋势曲线等，系统以数值及曲线两种方式反映数据的变化，LEODO人机界面内置硬盘，使得触摸屏在画面显示的同时还可以保存历史数据，方便了现场应用，并可以定时、实时打印数据或者整个画面。

图4监控系统主画面(左)

人机界面范文篇2

通过HMI系统延长设备无故障运行时间地关键在于生产过程进行优化。行之有效地开展维护工作并对故障进行准确地判断将有利于共产隔得正常生产。回顾HMI系统发展地历程将有助于我们了解HMI系统未来发展地方向以及如何更好地实现工厂运营地目标－提高效率，增加无故障运行时间。

早期设备

最初地HMI应用项目中包含有大量地按钮开关、指示灯、选择开关和其它简单地控制设备，功能仅限于启动、停止某个设备，并显示该设备地状况。从某种意义上来说，这也是一种控制系统。这样地控制系统非常简单，通常由许多继电器组合在一起来实现。在当时，设计者地重要设计思想就是让控制电路越简单越好，人机界面地雏形也受到这种思想地影响。

按钮、开关以及指示灯在控制系统中地应用是一个不小地进步，早期地HMI系统常常不能有效地进行故障诊断，因为他们毕竟太简陋了。在通用汽车公司，如果一个设备停止了工作，我们不许通过查看、测试控制系统地电路来找出故障。唯一地检测技术就是用探针一一检查测试点到设备控制电路、操作台的导通情况。现在，即便没有专门的故障诊断功能，HMI和自动化控制系统也能较以前的系统能够更快地诊断出故障原因。

PLC的引入

可编程控制器的问世给HMI监控系统带来了第一次飞跃。这是，可以通过将所需的设备连接到PLC上来增加HMI系统的功能。当设备出现故障时，HMI系统不仅能够与停机的设备通信，还能够知道设备为何停机。

用户可以通过编程终端发现程序中出现错误的字节。当设备出现故障时，PLC甚至可以通过编程来实现自动拨打救助电话。

与此同时，HMI系统的监控范围开始扩大，它能够与设备进行通讯并获取其状态信息，同时还能计算某个车间的产量，并通过大量的指示灯来显示这些信息，这成为当时车间中最为普遍的景象。HMI系统获取了大量的信息，这意味着操作员要观察比以往更多的指示灯，有时候因为信息太多却不能进行快速、有效的处理。除非操作员非常熟悉这些机器，否则他将被淹没在大量的信息中而不知所从。

显示设备的引入

从简单的指示灯到七段数码管，再到字母显示管，通过这些显示设备，使得HMI监控系统能够更加准确地向操作员反映系统的状态，从而减少故障诊断时间。通过我们经常在老式计算器上看到的七段式LED显示屏，用户能够更加准确地获取设备地状态信息。早期地准断系统能在屏幕上显示一个故障地I/O编号或者某些数字，用户需要在手册上查找这些数字，从而得到到底发生了什么故障。

字母显示管的到来使得HMI系统能够显示文本信息。用户还可以用不同的颜色显示文本，在文本信息中加入变量，如不同车间的产量等数据。这时的操作员可以轻而易举地了解更大范围内设备的信息。但是，随着被监控设备复杂程度的增加需要花费大量的时间用于编写显示屏的程序。

完全可编程HMI系统

HMI发展历程中最为重要的突破在于完全可编程HMI设备的出现，从此它代替了传统的按钮和指示灯。在CRT显示器上绘制出可编程的按钮、指示灯灯虚拟对象，工程师再对这些虚拟的按钮和指示灯进行编程，让它们按要求显示出来。

很快，CRT显示器的局限性显露出来－每次只能在一个画面中显示为数不多的按钮。因此工程师必须花大量的时间进行编程，将多个按钮和指示灯安放在不同的画面中。这样，显著增加了设计成本。

对于顺序机械加工，其加工步骤表很快成为首选的现场用户指南。工人能够看到准确的加工步骤并按照这个步骤执行相应的操作，加工步骤包括何时加入工件等内容。公车果农是可以很快地调整、修改工序。同时，这个加工步骤为小型和大型的应用都提供了统一的界面，所以就不再需要多个画面来显示整个加工步骤，只需根据工件的加工情况动态更新一个的列表即可。

现在，可视化的显示画面能够更为生动地反应被控设备的情况。操作员不仅可以通过文本信息得知哪个设备造成了停机，而且还能够在画面上观察到机器的情况，并指示出故障设备的位置。这一功能减少了修复故障所需的时间，但是为了开发每个设备的可视化画面需要花费不少的精力。设计的费用将随着设备大小和复杂程度的增加而增加。

当前以及未来的HMI

当前的HMI系统取得了长足的发展，实现了过去难以想象的功能，同事其价格也更利于人们的接受。开发及编程人员使用专门的程序来进行系统开发，这样便可以胜任HMI日益增加的功能同时又保持低廉的开发承办。现在的HIM系统能够提供多路按钮和显示画面，从而用意个画面对工厂中所有相同的设备进行控制。这样，开发人员仅需设定从哪个设备采集数据用于HMI显示目的，所示用的功能将通过文字列表显示出来。因此，在系统中增加新的功能只需要增加一航新的文字即可，从而节省了屏幕空间。

●硬件方面

基于PC的HMI系统在过去十年内得到了充分的发展，但是目前大多数HMI系统仍然使用为工业环境所设计的专用设备。基于PC的HMI系统（包括控制系统）存在一系列的关键性问题，因而阻碍了它的进一步推广。

工业计算机的成本通常较商用计算机高很多，而且所采用的技术不如商用计算机先进；

个人计算机通常被用作编程终端，因而不会因它的故障造成整个生产线的停机，但在恶劣的工业生产环境中很少直接采用；

个人计算机的硬盘通常被认为最薄弱的环节，由它所造成的故障足使其丧失在恶劣环境，特别是震动环境中应用的机会，因此在某些重要的应用中将个人计算机排除在外；

在计算机上添加监控软件和通讯板卡的成本较高，甚至超出了某些专门的工业控制设备；

厂商对消费类计算机的产品备件支持年限较短，购买多年前计算机所使用的配件并不是一件容易的事情。但是，工业控制设备厂商非常了解用户在长期使用过程中面临的问题，因此对其产品的支持年限都比较长；

基于PC的HMI系统凭借技术优势，已经显著改进了上述缺点，特别是在价格上更是有较大的吸引力。随着触摸显示屏和基于WindowsCE操作系统的HMI监控设备的广泛应用，基于PC的HMI系统将是未来发展的方向。

随着基于PC的HMI产品的普及，工业系统中应用的键盘和鼠标也会随之而来。用户在车间与机器之间的交互式控制也变得如同操作家用计算机一样简单。

彩色触摸显示屏已经开始在商业领域的HMI系统中应用。在杂货店、电影院、银行、甚至购物中心都能看到他们。应用市场的增长将有助于降低不同尺寸平板显示器的价格，从而消除价格上的障碍，为更广泛的工业应用提供可能。随着小型平板彩色触摸显示屏的出现，便携式人机界面越来越受到人们的欢迎。用户可以直接拿着这些设备走到机器跟前进行控制。

●软件方面

越来越多的通用控件能够在基于PC的HMI系统中使用，例如通过单选按钮就可以替代原来的选择开关，通过复选框来替代原来的按钮。这些改变将有助于用户更加熟悉操作界面，从而减少在培训方面的花费。

HMI软件的发展使其能够在一个应用系统中支持多国语言文字，这种功能在当前全球一体化的市场环境中变得更为有用。目前，大多数的应用项目在支持多国语言时需要重新调整整个项目中每个画面的文字，但是如果采用文本与应用项目分离的方式，在改变语言时仅需要提供相应的语言文件包即可。

在HMI软件的开发过程中也引入了自动化设计，在为大量相似的机器设计HMI系统时，可以通过一系列的向导来完成。随着系统的增加，这样的自动化设计能够明显降低系统的开发成本，特别是对于那些每年都新安装数百台机器的大企业。

HMI软件同时提供各种开放功能，它能够与用户自定义程序、第三方彻骨女婿以及其他格式的文件紧密集成在一起，从而为用户的应用项目提供更好的支持。例如工业控制公司能够提供辅助设计支持软件，同时控制系统公司出售更具附加值的产品，这样便可节省最终用户总体投入成本。

相信在不远的将来，HMI系统都将运行于MicrosoftWindows操作系统上，专用设备的HMI系统将逐步退出市场.这样有助于制造商尽全力研制运行于该平台的软件，创建统一的信息交换标准。到那时，获取诊断数据和开发维护工作将变得更为简单，从而不再需要用设备上的HMI设备获取诊断数据，再用其它的HMi设备对其展开维护工作。操作员只需要一台HMI设备就能对故障设备进行诊断和维护。设备上的HMI更能够和整个车间或厂区的应用系统协同工作。通过基于PC的HMI系统连接到上层的监控系统，将有助于工厂信息系统了解到现场的情况。

未来HMI可能的发展方向

HMI系统在发展过程中将不断增强其功能，同时压缩总体成本，随着PC市场的发展，可能会有如下几个发展方向：

●三维可视化

为了克服机器可视化图形设计所需的高昂费用，今后的HMI系统可能会直接共享机器设备在设计阶段的参数数据。不再需要花费大量的时间去制作二维的视图，可以将机器设备的参数数据导入，从而在HMI系统中生成更为直接的三维画面。

●逻辑控制与HMI系统的集成

目前，自动化设计过程只关注于最初的设计，在HMI发展的下一个阶段将会提供贯穿于整个系统生命周期的自动化设计工具。当前，在HMI系统和逻辑控制系统之间存在着密不可分的联系，因此今后很有可能将两者集成在一起。

●使用Web集成技术

HMI系统不断的革新以来于与其它设备连接性的增强。有一天，HMI用户可以通过浏览器来观看其它设备状态，甚至能够进行控制。车间主管也能够使用嵌入Web技术的HMI系统获取整个车间设备的信息，以便集中进行管理。

●NET－应用项目动态传输

人机界面范文篇3

进行LCD设计主要是LCD的控制/驱动和外界的接口设计。控制主要是通过接口与外界通信、管理内/外显示RAM，控制驱动器，分配显示数据；驱动主要是根据控制器要求，驱动LCD进行显示。控制器还常含有内部ASCII字符库，或可外扩的大容量汉字库。小规模LCD设计，常选用一体化控制/驱动器；中大规模的LCD设计，常选用若干个控制器、驱动器，并外扩适当的显示RAM、自制字符RAM或ROM字库。控制与驱动器大多采用低压微功耗器件。与外界的接口主要用于LCD控制，通常是可连接单片机MCU的8/16位PPI并口或若干控制线的SPI串口。显示RAM除部分Samsung器件需用自刷新动态SDRAM外，大多公司器件都用静态SRAM。嵌入式人机界面中常用的LCD类型及其典型控制/驱动器件与接口如下：

段式LCD，如HT1621（控/驱）、128点显示、4线SPI接口；字符型LCD，如HD44780U（控/驱）、2行×8字符显示、4/8位PPI接口；单色点阵LCD，如SED1520（控/驱）、61段×16行点阵显示、8位PPI接口，又如T6863（控）+T6A39（列驱+T6A40（行驱）、640×64点双屏显示、8位PPI接口；

灰度点阵LCD，如HD66421（控/驱）、160×100点单色4级灰度显示、8位PPI接口；伪彩点阵LCD，如SSD1780（控/驱）、104RGB×80点显示、8位PPI或3/4线SPI接口；真彩色点阵LCD，如HD66772（控/源驱）+HD66774（栅驱）、176RGB×240点显示、8/9/16/18位PPI接口、6/16/18动画接口、同步串行接口；视频变换LCD，如HD66840（CRT-RGB→CD-RGB）、720×512点显示、单色/8级灰度/8级颜色/4位PPI接口。控制驱动器件的供电电路、驱动的偏压电路、背光电路、振荡电路等构成LCD控制驱动的基本电路。它是LCD显示的基础。

LCD与其控制驱动、接口、基本电路一起构成LCM（LiquidCrystalModule,LCD模块）。常规嵌入式系统设计，多使用现成的LCM做人机界面；现代嵌入式系统设计，常把LCD及其控制驱动器件、基本电路直接做入系统。本体考虑、既结构紧凑，又降低成本，并且有昨于减少功耗、实现产品小型化。控制LCD显示，常采用单片机MCU，通过LCD部分的PPI或SPI接口，按照LCD控制器的若干条的协议指令执行。MCU的LCD程序一般包括初始化程序、管理程序和数据传输程序。大多数LCD控制驱动器厂商都随器件提供有汇编或C语言的例程资料，十分方便程序编制。

2常见LCD的控制驱动与接口设计2.1段式LCD的控制驱动与接口设计段式LCD用于显示段形数字或固定形状的符号，广泛用作计数、计时、状态指示等。普遍使用的控制驱动器件是Holtek的HT1621，它内含与LCD显示点一一对应的显存、振荡电路，低压低功耗，4线串行MCU连接，8条控制/传输指令，可进行32段×4行=128点控制显示，显示对比度可外部调整，可编程选择偏压、占空比等驱动性能。HT1621控制驱动LCD及其MCU接口如图1所示。2．2字符型LCD的控制驱动与接口设计字符型LCD用于显示5×8等点阵字符，广泛用作工业测量仪表仪器。常用的控制驱动器件有：Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它内嵌与LCD显示点一一对应的显存SRAM、ASCII码等的字符库CGROM和自制字符存储器CGRAM，可显示1～行每行8个5～8点阵字符或相应规模的5×10点阵字符，其内振荡电路附加外部阻容RC可直接构成振荡器。HD44780U具有可直接连接68XXMCU的4/8位PPI接口，9条控制/传输指令，显示对比度可外部调整。HD44780U连接80XXMCU时有直接连接和间接连接两种方式：直接连接需外部逻辑变换接口控制信号，而无需特别操作程序；间接连接将控制信号接在MCU的I/O口上，需特别编制访问程序。HD44780U控制驱动LCD及其与80XXMCU的接口如图2所示。

2．3单色点阵型LCD的控制驱动与接口设计单色点阵型LCD用作图形或图形文本混合显示，广泛用于移动通信、工业监视、PDA产品中。小面积LCD常采用单片集成控制驱动器件，如SeikoEpson的SED1520，可实现61列×16行点阵显示；中等面积LCD常采用单片控制/列驱动器件与单片机驱动器件，如Hitachi的HD61202U（控/列驱）、HD61203（行驱），可实现64×64点阵显示；较大面积LCD常采用“控制器+显示+列驱动器+行驱动器”形式，如Toshiba的T6963C（控）、T5565（显存）、T6A39（列驱）、T6A40（行驱），可实现640×128点阵显示。这些驱动器常需12～18V负电源实现偏置与调整对比度。控制器件大多可以外接阻容RC构成振荡器或外接振荡器或外引时钟。显存中的每一位与LCD显示点一一对应。需要文字显示时，简单字符可直接全长集成在控制器内的ASCII字库，汉字或自制字符显示可在控制器外扩展大容量的字库CGROM或自制字库CGRAM。控制接口通常是8位PPI的64XX或80XXMCU接口（与MCU的连接也存在直接连接和间接连接两种形式），7～13条控制/传输指令，可实现点线圆等绘图功能。控制器T6963C、HD61830、SED1335等可以实现单双屏LCD控制。这是适应移动通信显示的结果。实质上是平分显存并分别对应两个LCD屏。编制传输数据程序时，要注意结合显存的特点适当变换数据形式，如SED1520显存中的8位数据是反竖排的，HD61202显存中的数据是竖排的。图3是SeikoEpson的SED1335控制器，外扩显存SRAM、自制字库SGRAM、大容量汉字库CGROM，与列驱动器SED1606、行驱动器SED1635组成的LCD及其80XXMCU接口的构成框图，可以实现640×56单色点阵LCD显示。

人机界面范文篇4

关键字：人机界面（HIM），液压试验台，ET组态软件，数据采集

一、行业背景：

液压马达作为整个液压系统的执行元件，其性能的好坏直接影响着液压系统的可靠性，进而影响生产设备的正常运行。根据液压马达型式试验标准其系统简图如图1所示。

图1液压马达试验台系统简图

在工业测控软件中,组态软件能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画面,以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口,实时趋势曲线等功能。并可运用PC机丰富的软硬件资源进行二次开发,方便地生成各种报表,为应用程序的开发提供了十分方便的平台，因此它在工业控制中运用越来越广泛。

LEODO人机界面是由32位嵌入式微处理器、操作系统和组态软件构成的新颖的人机界面产品，适用于工业现场环境，安全可靠，可广泛应用于生产过程设备的操作和数据显示，与传统的人机界面相比具有信息处理和网络功能等特点。字串1

在液压马达综合测试系统中，利用ET组态软件构成监控画面。通过串行口与PLC和数据采集模块进行通信,这样可实现对各个开关量的控制以及试验数据的采集和处理。

二、系统配置：

本液压马达试验台控制系统由32路开关量和7路模拟量组成，开关量的控制由人机界面与三菱FX2N系列PLC通过人机界面上的串口COM1口连接实现通信，模拟量由人机界面与研华智能模块ADAM4017+通过人机界面上的COM2口连接实现通信。系统整体配置如图2所示。

ADAM4017+是16位8通道双端模拟量输入模块，本测试系统共有七路模拟量信号需要采集，来自压力变送器和转速转矩仪的模拟量信号为0～5V直流电压信号，来自流量变送器的模拟量信号为4～20mA电流信号，利用相应软件将其中两路通道设置为电流量输入，另外四路通道设置为电压量输入，然后在ADAM4000模块设置程序中设置好模块的地址、校验和、波特率及各通道的模拟量输入范围。

图2系统配置简图字串2

在ET组态软件中定义两个串口类设备FXNPLC和P4017，分别代表三菱FX2N系列PLC和ADAM4017+模块，串口号为COM1和COM2。设备定义结束后，定义七个I/O实型变量，分别与设备P4017智能模块的模拟量输入寄存器AI连接，实现模拟量的采集。定义32个I/O离散变量，分别与设备FXNPLC的输出寄存器Y连接，实现开关量的控制。

三、系统特点

本系统具有实时数据采集与监控显示功能。对来自现场试验台的马达压力、马达流量、马达转速、转矩、温度和操作控制开关信号等进行实时监控，通过数值或图形来实时反映生产现场的信号变化情况，并通过相应处理可存储于数据库，利用网络开发送到其它站点。

本系统具有数据运算、保存及打印等功能。可将结果按照制定的格式保存到ET组态软件的内部数据库中，也可以将数据传送到外部通用数据库中。用户可利用历史曲线形式查询数据，并打印查询结果。

本系统可通过加密、设定用户权限等形式对一些操作进行限制，系统将自动记录操作员的操作过程。

四、画面功能介绍：

在ET组态软件中编制本测试系统的组态界面。根据本测试系统的特点及实际使用情况，试验台由左右两套完全相同的系统组成，界面设计由系统登陆画面、左系统监控画面、右系统监控画面三部分组成。字串7

登陆画面如图3所示，画面中设置用户登陆权限，加强系统的安全性。左右监控画面如图4所示，主要由历史趋势曲线、实时趋势曲线、泵及阀的开关按键及各个模拟量输出窗口构成。历史趋势曲线显示系统当前运行前一个小时六路模拟量数据的变化趋势，以便于了解系统的历史运行情况。实时趋势曲线显示了系统运行时各个模拟量数据的变化趋势，并可与历史趋势曲线进行对比。设置画面转换按键，可进行左右系统的同时监控。

图3系统登陆画面

在系统开始运行后，ET组态软件读取PLC和智能模块监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个液压系统的运行情况、包括整个系统的泵及阀门的开关状态、模拟量示值、历史趋势曲线及实时趋势曲线等，系统以数值及曲线两种方式反映数据的变化，LEODO人机界面内置硬盘，使得触摸屏在画面显示的同时还可以保存历史数据，方便了现场应用，并可以定时、实

时打印数据或者整个画面。

字串2

图4监控系统主画面(左)

人机界面范文篇5

柱塞式塑料注射成型机在日常使用过程中发现柱塞式塑料注射成型机的电气控制系统的控制速度低，可靠性差，维护工作量大，故障多且不易查找，严重影响生产，所以对柱塞式塑料注射成型机电气控制系统的改造已经成为必然。

二、柱塞式塑料注射成型机的工作原理

柱塞式塑料注射成型机用于热塑性塑料（聚苯乙烯、聚乙烯等）的成型加工，将原料通过加料调节器定量地加入料筒中，料筒外面加包有电加热圈，当注射柱塞向前移动时，使加入的塑料在被推挤向前的过程中逐渐加热、塑化，压实而积聚在料筒前端，柱塞继续前进，于是塑化的塑料在高压下经喷嘴注入冷的模具内，经保压后柱塞退回，塑化的原料中冷模具内很快凝固成型为制品。

三、电气控制系统存在的问题

柱塞式塑料注射成型机的电气控制系统由交流接触器、中间继电器、时间继电器等组成的传统继电逻辑控制系统，且采用固定接线的方式来完成控制功能。这样对生产工艺工程变更的适应性差。当生产工艺需要改变时，只能更改电气控制箱内各继电器，并且需要重新布线。而且现有控制系统的控制速度低，可靠性差，触点多，故障点多，维护工作量大。

四、电气控制系统的改造方案

鉴于以上对电气控制系统所存在问题的分析，改造后的控制系统应该能够很好的适应生产工艺的需求，提高运行的稳定性和控制速度，减少内部接线和易于日常的维护。

1、选取PLC的确定为了满足以上要求，选定PLC作为整个电气控制系统的核心部分，因为PLC具有可靠性高，运行速度快等优点，通过程序来最终实现对各机械部分的控制，程序易于改写和传送。尤其是当生产工艺发生改变时只需要将所编写的程序进行更改，无需重新布线。降低了以后的维护费用和节省了时间。

2、温度控制部分的确定现有加热部分为料筒外面加包有电加热圈，由温度指示调节仪自动控制，温度的插测由热电偶来完成，当温度到达预先整定值时，热电偶产生一定的电动势，使温度调节仪的灵敏继电器动作，断开加热回路。由于现有的温度控制系统采用的老式温度指示调节仪，所以对温度的控制有很大的误差，且这种控制方式反应灵敏度差。鉴于考虑此问题，将温度控制系统作出改造，温度控制部分采用日本大华千野厂家生产的数字式调节仪，该仪表温度控制准确，误差小，操作方便，可直接显示设定温度和加热温度，并且具有报警功能。控制回路中用固态继电器来代替中间继电器来作为控制输出部分，固态继电器代替中间继电器的优点是固态继电器对温度信号的反应速度更快，准确度更高。固态继电器用数字式调节仪的电压或电流作为输入信号，控制加热的关断和接通。

3、人机界面的确定现有电气控制系统中加工成型制品时，对每次加工中热塑材料的注射时间和保压时间都是通过控制箱中的时间继电器来控制时间的长短的，且每次都需要根据不同的塑料来调节时间继电器设定时间的长短，每次调节都需要打开电气控制箱，这样给操作带来极大的不便，也给操作者的人身安全带来了极大的隐患。根据此种情况结合现场生产，决定用人机界面来取代操作者和时间继电器的通信，利用人机界面与PLC通讯。这样当操作者在生产过程中，根据不同原料设定不同的注射和保压时间时，只需要在触摸屏上对PLC内部辅助继电器的设定时间进行更改，即直接可以在人机界面上方便的输入所要设定的时间。并且人机界面为注射成型机提供了另一种操作方式，操作人员可以通过人机界面直接操作注射机。这样更将整个生产过程简化，降低了操作者的实际工作量。用户可以通过人机界面随时了接、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要时还可以通过人机界面向控制系统发出故障报警，进行人工干预。

五、程序的设计

根据实际生产情况和操作者提出的对生产工艺过程的要求，程序按照点动操作方式和半自动操作方式来设计。其中点动控制程序的设计力求使用最少的编程语句达到工艺的要求，，能够减少对PLC输入点的要求，使程序的编制简单，操作实用。半自动控制程序的设计比较复杂，因为半自动程序中要利用原有点动程序中的输入点，使半自动控制程序的输入点与点动程序的输入点成为并联的关系。在对PLC内部辅助时间继电器的编程中，采用了将内部辅助时间继电器设计为依靠外界输入对通道的改写，而达到设定时间参数的目的。这一点设计满足了人机界面的要求，并且达到了可以使操作人员直接在人机界面上直接更改设定时间。该程序中对各段程序加入了很多互锁语句，因为该设备要求只有当油泵电机启动后才能启动其他工作步骤，如果在程序设计过程中没有考虑到此问题，当有操作人员误操作后，将会对注射机机械部分造成极大的损伤。所以在编程中设计了各部分互锁语句，这样避免了很多实际生产中容易产生的问题。人机界面的设计遵循了PLC程序的设计，用人机界面设计软件将触摸屏的操作面板根据操作人员所提条件设计出，然后将PLC中的输入点作为触摸屏中读取辅助继电器的读入地址。将PLC的输出地址作为触摸屏输出辅助继电器的写入地址。将触摸屏设计界面中的各指示灯、按钮和时间继电器的各读取地址和写入地址与PLC所设计的程序相对应。将人机界面用通讯电缆与PLC相连接设计出人机界面的程序。人机界面程序中设计中设定了PLC内辅助时间继电器的输入极限值，这样也可以避免操作人员的误操作。并且在人机界面输入点的程序编写中加入了互锁程序。

人机界面范文篇6

关键词:烟草制丝生产线;人机界面;用户体验;数字化建模

人机交互界面是自动化生产线数据采集与监视控制系统(supervisorycontroianddataacquisitionsystem，SCADA)中的一个子系统。工业自动化控制系统的人机交互界面是一个综合的操作环境，也是用户与计算机之间传递和交换信息的工具，同时是使用监控软件平台，通过网络对现场PLC数据进行采集、交换处理，实现对生产线的监控和管理功能［1］，并为企业信息系统提供生产实时数据的一种工业应用软件产品。随着新一轮卷烟行业技术升级和生产线控制系统柔性化的进一步增强，采用电控系统标准化技术、对象化技术、单元化技术和系统集成技术的智能集成生产控制系统已成为烟草行业的发展趋势，打造新一代面向工业V4．0、数字化、智能化工厂是烟草行业信息化建设的主要目标。智能工厂主要关注智能化生产系统及过程。如何通过人机交互界面的设计，更好地展示烟草制丝生产线控制系统的柔性化、智能化设计，是本文主要探讨的问题。交互设计是一种将产品从技术化转变为智能化，同时满足人们情感需求的实际方法，随着人机交互设计的不断发展，人机交互界面更倾向于提高工业生产效率的易操作性和重视用户体验的人性化设计［2］。

1烟草制丝生产线人机交互界面设计现状

现在应用中的制丝生产线人机界面设计，多侧重于设备状态的监视和控制功能的实现，设计开发者通常依据自己的个性进行开发设计，将采集到的所有数据信息尽可能地堆叠到画面中，设计缺乏一定的规范性。人机界面信息量很大，信息却没有进行有效的分类、规划，往往会因为一些无关紧要的信息，干扰了用户对关键信息的响应速度。随着工业技术的高速发展，现代烟草制丝生产线控制系统正向着面向定制化设计，支持多品种小批量生产模式发展，要求生产线控制系统具有高度的柔性，能够进行模块化组合，以满足生产不同产品的需求，因此对生产线操作员要求更高。但是操作员却希望通过简单、快捷和安全的操作界面，完成对复杂工艺生产线的控制，实现真正意义上的智能化应用。因此人机交互界面的设计也应该向着更加规范，更加人性化的设计方向发展［3］。交互设计三要素:机器/系统、人、界面。如何通过界面，更好地将机器/系统的信息“告诉”人，并通过界面，将人要表达的意思“传达”给机器/系统，是工业人机界面设计需要研究的问题。

2烟草制丝生产线人机界面设计思路

基于符合ISA－88标准的批次控制技术设计的制丝线管控系统，更好地适应了分组加工特色工艺、柔性化生产和精细加工611的发展要求［4］。烟草制丝生产线人机交互界面，监控的对象是制丝自动化生产线，因此也可基于ISA－88标准理论基础，设计从传统的设备状态监控，向支持以工艺任务、工艺线路和工艺单元为核心的参数化任务生产控制及操作的人机交互界面。基于标准的设计开发，是未来解决管控系统柔性集成时成本高和难以实现等问题的良好解决方案［5］。2．1人机界面结构层次设计。ISA－88标准提供了一种基于批次生产的层叠模型，用来对物理设备进行结构化建模，即物理模型，对应于烟草制丝工厂的实体物理对象，可以构建出制丝生产线的层次结构，如图1所示。制丝生产线人机界面依据这一结构，设计基于产线、加工单元、设备及器件级的监控界面层次框架，如图2所示。图2人机界面层次2．2对象建模。针对烟草制丝生产线这种层次结构，在监控系统中搭建生产车间组织架构。基于全模型化的设计原则，由下至上创建器件级模型、设备模型、处理单元模型。通过层级间的包含关系，对模型对象实例化，搭建出满足工艺要求的生产工艺线路。生产线各工艺段包含了多个生产单元，可以同时生产一个或多个批次的产品;每个生产单元包含了一组设备，每个单元可以完成特定的加工过程，每个单元模块在同一时间只能生产一个批次的产品，各单元模块是相互独立的，对不同生产单元的合理调度，即实现了生产的柔性化控制。人机交互界面设计软件均提供了画面模板设计功能。根据对象模型的属性，创建监控对象的画面模板，在应用中，通过参数调用，实例化模板画面，实现同类型对象的标准化画面调用显示，如通用电机画面模板调用，见图3。2．3基于标准的对象模型的数据接口设计。人机交互界面与PLC控制系统的交互是通过数据接口实图3电机模板画面调用显示实例现，为对象模型定义标准的数据接口，这有助于系统的标准化和规范性设计。标准接口的设计包括:数据接口命名规则、数据类型定义和数据长度定义等方面。数据接口涵盖了制丝控制系统中大部分控制设备，主要包括生产线自动控制接口、生产状态采集接口、主机设备控制接口、辅联设备控制接口和生产工单数据接口等。接口数据按照统一的模式定义，使工作各设计环节按标准模块执行，缩短了整体控制系统的研发周期，增强控制系统的技术可移植性，便于维护。数据接口的标准化也有助于将各个独立的控制系统统一到一个标准的平台中来，为企业的信息化及大数据应用提供一个标准的、统一的数据接口平台。通过标准化的接口设计还有利于系统的扩展，提高系统的开放性和兼容性。2．4聚焦用户需求的功能规划。人机交互界面应用系统的功能设计，应以满足用户的需求为目的。制丝生产线监控系统担负着生产线的监视和控制的功能，完成对整个车间生产过程信息的收集、处理、存储、监视、报警、记录和控制等。在确保生产过程的有序、高效、可控和可视的同时，要应具备生产任务控制及管理、系统诊断和日志管理等功能。按照监控功能设计层次结构，功能细分如图4所示。2．5便于管理的安全操作设计。用户通过人机交互界面，可直接控制自动化生产线中的设备，因此系统的安全操作尤为重要。通常通过用户权限和控制操711作的约束条件，来确保用户的安全、有效操作。根据用户角色对系统的管理范围和应用需求的不同，划分角色组，并定义相应的操作权限，将对应的用户归属到不同的角色组中，通过角色组的权限，实现对不同用户的权限控制与维护。人机界面中，在可操作的按钮或输入框中，添加约束性条件和相应的提示信息，减少和避免因用户误操作产生的错误生产指令。2．6基于用户角色的定制化设计。交互设计强调产品的交互性与体验性，设计者应站在用户角度来完成工业应用系统设计。不同用户对信息的需求不同，生产操作员，需要了解生产控制结果和生产过程数据;工艺管理员关心生产过程中的各项工艺指标、质量数据;设备维修人员侧重于各设备的运行状态以及设备是否发生故障等等。因此将数据信息优化处理，进行有效分类，针对不同角色的用户开发定制化人机界面势在必行。通过简化操作流程，利用有效信息实现用户的快速响应，达到调高工作效率的目的。

3结束语

制丝线集中监控系统是一个多范畴的应用软件，还涉及到网络技术、计算机技术、接口技术和存储技术等等，本文仅从监控系统中人机界面设计的角度出发，通过分析烟草制丝生产线的特点，结合生产线实际，提出一种人机界面软件开发的结构规划和对象建模的思路，并给出了软件功能设计、应用安全性设计，以及用户体验等方面的设计建议。人机界面设计是产品创新的有效途径，人机交互设计必然向着信息化、智能化和网络化的方向发展。随着技术的发展和创新，交互设备也越来越丰富，移动设备、手机和平板等正逐渐在工业人机交互中推广应用，工业人机交互方式必将发生巨大的改变。通过语音识别和肢体识别等实现人机交流的技术将从机器为中心的界面转向更为人性化的交互方式发展。

参考文献:

［1］张成忠，孔梅．交互设计在工业产品设计中的应用与未来展望［J］．包装工程．2011，33(8):68－71．

［2］AHMADFA．Projectdesignandmanagementofprogrammablelogiccontrollersforelectricaltechnology［J］．InternationalJournalofEmergingSciences，2012(3):322－333．

［3］李翩翩．浅谈交互设计在工业设计中的运用［J］．文艺生活，2016，27(9):58－60．

［4］廖材河，罗旺春．基于ISA88的批次控制技术在制丝生产线中的应用［J］．烟草科技，2012，56(9):14－16．

人机界面范文篇7

NUM数控系统以其功能的强大性，开放性、灵活性、高速和高精度而著称，尤其是开放性的人机界面功能深受用户的欢迎。利用系统提供的MMITOOL软件，可以开发出适合机床特点的专用中文人机界面。在齿轮机床行业得到了广泛的应用，其数控系统销售量一直处于领先地位。

蜗杆砂轮磨齿机是一种高效、高精度的齿轮精加工机床，用于磨削标准或者修形的圆柱渐开线齿轮，适用于大批量小模数齿轮的加工。由于其数控系统采用的是法国NUM1060HG数控系统，在操作习惯和用户界面上和我国有很大的不同，增加了用户在安装、调试、编程、操作和维护等方面的难度。在工件的加工过程以及系统的调试和维护过程中，用户通过人机界面与系统存在着大量的交互过程，因此，基于NUM的磨齿机数控系统的二次开发对于简化用户操作，提高生产率具有重要的意义。

二、系统结构与功能

数控磨齿机采用展成原理，砂轮为蜗杆状，相当于齿条的砂轮与被磨齿轮相啮合，在连续展成运动中实现展成磨削。该磨齿机共有6个轴，分别为径向X轴、切向Y轴、轴向Z轴、修整进给U轴、砂轮旋转B轴和工件旋转C轴，可实现多轴联动。依据机床结构和加工的要求，利用NUM数控系统提供的软件工具，采用VB语言，开发了蜗杆砂轮磨齿机的人机界面系统，该系统主要由参数设置模块、齿向修形模块、显示模块、机床调整模块组成。总体结构。

1、系统平台和开发工具

该系统运行于NUM数控系统上，经编译后通过PLCTOOL加载到数控。其开发工具有PLCTOOL，MMITOOL和MicrotecMcc68K编译器或VisualC＋＋编译器。PLCTOOL可以方便地编写PLC梯形图或进行高级语言C的编程，将用户定义的参数传递到数控，它是后台处理程序必不可少的工具。MMITOOL主要用于创建NUM数控的人机界面，它可以通过内部图形库或自定义的图形库进行链接，编制自己个性化的中文界面。MMITOOL和MicrotecMcc68K编译器或者VisualC＋＋编译器用于编译程序，使之生成代码，从而下载到数控系统中去。

2、系统功能

依据总体结构图，系统各模块的功能如下：

（1）参数设置该模块分为齿轮参数和砂轮参数设置界面，用于设定待加工零件的尺寸参数和齿坯类型，如齿数，模数，齿宽和砂轮参数等。参数设置界面。

（2）齿向修形该模块包括鼓形齿和锥形齿修形，可以补偿齿轮的弯曲和扭转变形，改善载荷沿齿向分布的状况，在砂轮修整时可根据需要设定其数据。

（3）显示模块该模块包括工作方式和状态显示。工作方式模块用于选择不同的工作方式，如自动、手动和MDI方式，以执行该方式下的相应命令。状态显示模块用于显示正在加工零件的尺寸、加工程序名和当前加工的程序行等信息，实时反映加工状态，方便用户对加工过程进行监控。

（4）机床调整该模块主要显示机床的相关信息，如速度、数控系统报警信息等，可以为用户维护机床提供帮助。

（5）MMIDBNUM数据库MMIDBNUM中包含了预定义的需求和变量，有只读和可写变量之分。

用户可以定义新的只读和可写变量，以创建自己的数据库，对其进行编辑修改、添加和删除等数据库操作，并可利用数据库管理工具对其进行维护，方便地通过变量与数控系统建立联系，使得数据的交换以及加工程序的修改更为直接和简单。

三、数据通讯

输入界面中的参数，如齿轮和砂轮参数设置中的数据，必须经过后台处理，与数控系统建立相关的联系，方能对变量进行访问，对零件加工程序进行修改。否则，数控系统无法识别所输入的数值，也就无法完成用户的加工请求。后台处理必须在关系层中设定，并编写PLC程序，将其传递给数控中的变量，通过这种交换就可以将用户输入到人机界面变量的数值直接传至PLC程序的变量中，再用PLC程序将该变量值拷贝到零件加工程序相应的E参数中。使得在屏幕上输入的数值能自动地修改加工程序的变量。

E参数中的数据必须在零件加工程序中使用才能使人机界面中输入的数据有效。E参数可以在零件加工程序中直接使用，也可以将E参数传给程序变量L参数，然后就可以在零件程序中使用L参数了。而E参数必须与用户在MMI界面里定义的变量建立联系，即通过PLC将变量的数值传递给E参数的地址。

因此，通过数据交换系统，可以很方便的进行零件加工程序的修改，用户无需为不同大小的零件去改动加工程序，只需在相应的界面中输入齿数、模数、齿宽、进刀量和进刀次数等相关参数，就可以进行齿轮的自动磨削，大大提高了生产效率。

四、系统运行与工作过程

数控磨齿机各显示模块和控制模块设计后，还需经测试、编译和调试，才能在数控系统上运行。利用NUM提供的调试工具，对其进行测试，如果没有错误，可将编译好的文件下载到系统进行现场调试，否则，重新修改程序，再进行编译。现场调试，对于整个系统是至关重要的，不仅要检查数据是否能正常显示，还要对设置的参数能否修改加工程序进行检验。只有通过反复的现场调试，发现问题，及时解决问题，才能保证在实际加工过程中实现预期的目标。

利用NUM1060HG数控系统开放的环境，使用NUM工具开发软件，制作了适合于蜗杆砂轮磨齿机磨削工艺的友好人机对话界面，使得机床用户更加容易操作。可以完成对数控各种变量的访问，对加工所需的参数进行设置，选择自动、手动等不同的工作方式，并能动态显示六个轴的位置，实时反映加工信息，监控加工过程的运行状态。系统工作流程图。

人机界面范文篇8

关键词：计算机视觉；图像采集；LabVIEW；自动分级系统

中国作为世界上最大的水果生产大国，水果产量和种植面积逐年提升，2019年我国的水果产量为2.84亿吨，通过测算，我国果园面积今后还会进一步增大，供应规模将继续扩大。但总体上看，我国的水果产业并不能称之为强，其中最大的痛点是缺乏产业链整合，尤其是各类水果的筛选分级技术还相对落后，严重阻碍了我国水果产业的发展。因此，实现水果的快速有效的分级，以提升我国水果品质和竞争力已经势在必行[1-2]。本文介绍了一种基于计算机视觉技术的水果自动分级系统，将计算机视觉技术用于水果品质分级具有潜在的应用价值和很好的发展前景，也最适合走工业化的发展轨道。

1系统总体设计

目前，水果筛选分级主要有人工水果分级和机械自动化分级两种形式，其中人工分级方式需要大量的劳动力，效率低，难以满足大批量分级需求。机械自动化分级可以分为纯机械装置分级、基于光电检测技术分级和基于图像/视觉技术分级三种。随着计算机视觉技术的发展和应用，基于图像/视觉技术的水果分级简化了图像分类和处理的流程，在很大程度上提升了产品品质检测的速度和精度，降低了成本。因此，利用计算机视觉技术进行分级是自动化分级发展的必然趋势。本系统将综合采用传感器技术、电气控制技术、计算机视觉技术等多种技术，应用智能化的控制方式实现水果的自动分级。系统的核心是以工控机为核心的控制系统，通过工业相机采集水果图像，通过各种传感器采集各项指标，通过LabVIEW和LabVIEWVisionAssistant软件搭建人机界面，并进行图像分析和处理，控制执行机构，监测设备运行状态，实现水果的分级。

1.1系统组成及功能

系统由机械结构、信号采集装置、检测与执行装置、控制系统以及人机界面等五部分组成。系统的机械结构包括系统支架、进料机构、传送机构、物料台、卸料机构以及与系统配套的托盘机构、挡板等。其中，系统支架为其他所有部件提供支撑，决定了分级系统的整体大小。进料机构和传送装置用于水果的在线运输，传送机构由电机等动力装置带动运行，卸料机构负责把经过检测的水果从传送机构上卸下，将其集中到对应等级的收集装置中。本系统采用机械损伤小的气动式水果分级卸料机构。分级后的水果进行卸料时，继电器将储气罐阀门打开，通过高压气体将水果吹落，从而达到自动化卸料的目的。信号采集装置包括光源、工业相机、采集卡等设备组成，检测与执行装置包括编码器、传感器、电磁阀、电动机等组成。信号采集装置可以采集图像以及各种传感器等信息，把采集到的信号发送给控制系统。控制系统是水果自动分级系统的重要组成部分，也是实现水果分级的核心部分。本系统以工控机为核心，采用LabVIEW和LabVIEWVisionAssistant软件对各种信息进行信息信号处理，并可通过人机界面对系统进行控制。控制系统实现的功能包括运动控制功能、图像采集与数据处理功能以及通过人机界面对各种环境参数、运行参数等进行控制调节等功能。

1.2系统硬件选择及功能

1.2.1工业相机完成水果的图像采集，要求像素高一些，但要考虑成本以及计算机对图像处理速度。1.2.2编码器编码器的功能是确定每个料斗的实际位置，选择时要兼顾编程方便。1.2.3各种传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等，用于测量气压、温度以及检测物料有无等。1.2.4电机包括用于传送带传输的电机、气泵电机、振动电机等。

1.3系统软件设计

系统的软件设计是基于NI公司的LabVIEW和LabVIEWAssistant，包括数据采集及其数据处理程序、控制和输出程序、人机界面三个部分。其中，数据采集与处理程序主要包括：相机的数据采集与处理、编码器的数据采集与转换以及对各种传感器数据的采集与处理等。控制和输出程序包括对执行机构进行控制、对经处理的采集信息进行输出以及环境、系统运行情况进行报警、提示等信息输出。人机界面主要包括通讯设置、参数设置、系统状态显示、图像处理过程显示等[3-4]。

2结果及分析

系统的工作过程为设备上电后，工控机启动，此时，系统处于待机状态。通过人机界面，点击启动指令后，系统根据设定好的程序，先判断物料入口是否有料，如果没有则继续等待，如果有则启动气泵，达到预定的压强后再进行下一步，即进料机构启动，同时，相机实时进行拍照识别，并调用图像采集与处理程序，进行图像处理分析，把信息传输给到各动作控制元件，控制何时把水果送到预定轨道，实现水果的分级。以苹果为例，将计算机视觉技术用于苹果的自动检测和自动分级，通过提取苹果的大小、颜色、表面缺陷等特征，从而实现苹果的自动分级。系统的工作界面如图1所示。

3结论

本文设计了一种基于计算机视觉的水果自动分级系统，采用LabVIEW和LabVIEWVisionAssistant软件，介绍了系统的设计过程，包括硬件设计、软件设计，并以苹果为例进行了试验分析，包括水果的成熟度及大小等。实验报名，该系统实用性强，可根据不同需求，设置不同参数，进行多种水果的分级，可以拓展到大批量、多种水果分级处理。

参考文献

[1]产业信息网.2019年中国水果市场规模、供需情况及水果产值规模趋势分析[图],2020(1).

[2]李倩倩.基于计算机视觉的猕猴桃无损检测与自动分级研究[M].安徽农业大学,2020.

[3]毛琼,王敏.LabVIEW2018虚拟仪器程序设计[M].机械工业出版社,2018．

人机界面范文篇9

关键词：污水净化；自动控制；PLC；变频器

十八大以来，我国对环境建设工作给予了充分的重视，其中，城市污水处理就是非常重要的一个部分，人民的生活，工业和农业的使用，都会产生大量的污水，所以，我们要及时的进行处理，才能够保证城市的良好秩序。在污水处理的工艺当中，PLC与变频器是关键的部分，通过合理的设计，能够有效的提高污水处理的效率。本文探讨了二者的应用，并给出了一些建议。

1PLC和变频器在系统改善中的功能

目前，由于我国雾霾情况严重，加之工业废水等环境污染等问题，已经对我国造成了重要的影响。近一段时间，节能减排和生态中国概念的提出，让我国对城市污水的处理有了新的理念和想法。其中，紫外线是目前应用非常广泛的一个方案，因为紫外线具有很好的杀菌效应，同时，安全可靠、绿色清洁，是常用的一种污水处理方法。而我国有相当一部分的城市并没有引入紫外线杀菌的方法，而是一直在沿用化学清洗和机械式的清洗方法，具有损坏灯管、工人劳动强度较高的弊端。所以，应用紫外线污水净化系统就成为了一种很好的替代方法。在紫外线消毒系统中，主要是通过玻璃套管或者是石英套管来隔离紫外灯管和污水，然后，再通过控制紫外线强度，进行自然杀菌，从而达到消毒的效果。但是，紫外线杀菌系统的自动化水平还是不够好，利用PLC、变频器和人机界面相结合的方式可以有效的对紫外线系统进行自动化的改造，提高净水的效率。通过自动化改造，可以实现很多功能，得到很好的效果。第一，净化池设定水位警戒线，实时监控水位状况。我们在净化池当中安装有超声波液位计来测量液位，对水量进行控制，可以保证污水的浓度。第二，在石英套管的外壁安装气动清洁机构，可以设置定期清洁的自动化模式。第三，安装PH计，可以对水样进行实时的检测和监控，并将结果反映在人机界面上。这些功能的实现，与具体的工具和设备具有重要的关系，但是，更为重要的是，PLC和变频器系统在其中起到了更重要的作用，将紫外线污水处理系统联系成为了一个整体，提高了净水效率。

2硬件设计

本系统的硬件设计如下图所示： 型号的PLC作为系统控制的核心，通过其他部分来控制污水处理的流量、液位以及PH等参数，然后，经过FX2N-4AD将有关的数字转化成为模拟量之后再根据数据的具体情况，来控制变频器，从而有效的改变了电机的频率，对其他相应的模块来进行更好的控制。此外，在紫外线计量的控制上，系统也发挥了非常巨大的优势。同时，灯管的工作状态也是可以在人机界面上进行实时记录的，能够及时的控制紫外污水处理系统。

3软件设计

软件设计是污水处理器中的关键部分，通过对软件进行编制，能够有效的对这些过程进行控制。首先，是PLC的程序设计，承担了系统的核心控制任务，这也是软件设计中的重中之重。在流程当中，如果液位以及流量不正常，则液位和流量的控制子程序就开始了工作，通过D/A转换，实现了水泵电机的变频控制。如果液位和流量正常，则可以继续看透光度，如果透光度不满足设定值，则需要镇流器组控制子程序，实现紫外灯阵列输出，如果紫外计量满足了最大值，那么清洗的机构频率控制子程序，气缸的清洁模块就将开启。所以，PLC的软件设计将直接影响到后期紫外线系统能否正常工作。其次，是变频器设置。我们选用的是三菱S500型号，变频器的频率固有范围是0-120赫兹。最后，是人机界面的实际要点。人机界面是我们进行紫外污水处理控制的最后一环，也是进行操作的关键环节。人机界面的操作人员和信息系统之间的交流主要是通过接口和界面来实现的，通过人机界面，可以提供报警提示、控制操作、故障检测等多样的服务，同时，可以实时的显示压力、水位、流量等参数，这样，操作者就可以最为直接的进行操作和控制，从而达到最佳效果。通过紫外线污水处理系统，可以更好的替代化学处理方法，起到了出色的效果。而经过PLC和变频器的应用，实现了自动化，相关部门和人员可以在更加便捷的方式下进行控制，起到更高的净水效率和效果。

4结束语

污水处理的工作是我国近些年的一项重要工作，由于城市雾霾逐步加重，加之生活污水、工业污水、农业污水量越来越大，更新污水处理系统，提高污水处理效率就显得很关键了，本文通过对污水处理系统中PLC和变频器的应用，阐述了新型处理系统的原理，为我国的污水处理水平的提高做出了突出的贡献。

作者:李成良 徐秀萍 单位:大连海洋大学应用技术学院电气与信息工程系

参考文献：

[1]刘栓,王太通.PLC控制系统在污水处理过程中的应用[J].矿山机械,2003,31(09):66-67.

[2]徐方舟,潘丰.污水处理控制系统设计与出水参数的软测量[J].机电工程,2010(09):42-45.

人机界面范文篇10

PLC以其可靠性高、逻辑控制功能强、体积小、适应性强和与计算机接口方便等优势在工业测控领域广泛运用,已大量替代由中间继电器和时间继电器等组成的传统电器控制系统。近年来,PLC技术发展迅猛,新产品层出不穷。高端PLC不仅擅长开关量检测和逻辑控制,而且能够处理模拟信号、进行位置控制和回路控制,还可以连接各种触摸屏人机界面并具有强大的网络功能。高端PLC配备适当的位置控制单元和触摸屏人机界面,并根据计算机集成制造系统(CIMS)或柔性制造系统(FMS)的具体要求,配置相应的网络模块或网络单元,即可实现网络互连,构成开放的数控系统。本文介绍一种基于OMRON高端PLC的磨削数控系统,这种数控系统装备的位置控制单元可以实现两轴联动,并可根据实际需要,任意扩展控制轴数;触摸屏人机界面可以根据操作需要灵活设计;还可通过DeviceNet、ControllerLink和TCP/IP协议单元进行多层次的网络互连。这种数控系统目前已在3MZ2120磨床数控技术改造中获得成功应用。

1.数控系统的开放特征与典型模式

开放式数控系统一般基于PC平台,具有模块化、标准化、平台无关性、可二次开发和适应联网工作等特征。基于PC平台的开放式数控系统目前有3种典型模式。第一种为衍生型(专用NC+PC),在传统CNC中插入专门开发的接口板,使传统的专用CNC带有PC的特点。此种模式是由于数控系统制造商不能在短期内放弃传统的专用CNC技术而产生的折中方案,尚未实现NC内核的开放,只具有初级开放性;第二种为嵌入型(PC+NC控制卡),将基于DSP的高速运动控制卡(NC控制卡)插在PC的标准扩展槽中,由PC机执行各种非实时任务,NC控制卡处理实时任务。是目前基于PC平台的开放式数控系统的主流;第三种为全软件数控系统,PC机不仅能够完成管理等非实时任务,也可以在实时操作系统的支持下,执行实时插补、伺服控制、机床电器控制等实时性任务。这种模式的数控系统实现了NC内核的开放和用户操作界面的开放,可以直接或通过网络运行各种应用软件,是真正意义上的开放式数控系统。与PC平台开放式数控系统相比,基于高端PLC的数控系统的开放性主要体现在网络层面和系统扩充层面。高端PLC采用类似于PC的总线结构和面向操作的梯形图语言编程,模拟量处理单元、位置控制单元、回路控制单元、网络模块或网络单元等高端部件都有专用控制语句,具有系统构建灵活、扩充能力强、应用软件设计便捷等优点。编程语言标准化和部件可互换性的不断增强,现场总线技术和工业以太网络标准的普遍采用,都使基于高端PLC的数控系统变得更加开放,将成为面向CIMS或FMS的设备层的重要组成部分。

2.基于高端PLC的磨削数控系统

2.1开关信号监测与逻辑控制

当前系统输入输出单元是PLC的基本组成部分,在磨削数控系统中承担所有开关信号的监测和全部逻辑控制功能。监测信号主要有:机械手进出、机械手上下、料盘正反转、修整器起落等动作的位置信号,磨削设备和辅助装置上的各种工作状态信号和异常报警信号。系统输出单元控制磨削设备上所有电磁阀和机床电器系统等,通过磨削设备上的液压系统,控制机械手、料盘、工件卡盘、砂轮轴、床身、修整器等基本部件和冷却、润滑、过滤等辅助装置按照磨床动作和磨削工艺要求工作,实现磨削加工过程的自动化。

2.2工件与砂轮运转速度控制

保持工件与砂轮转动速度恒定,对提高磨削加工质量十分有利。为此系统配备了2台带RS-485串口变频器,分别驱动工件轴和砂轮轴。PLC采用联机随动控制保证两者之间速度的配合与稳定。操作人员依据磨削加工要求设定工件轴变频器速度参数,PLC接收该参数后,参照砂轮直径(设定或记忆值)和转动速度比例关系,计算并自动设定砂轮轴变频器的速度参数。在磨削加工过程中,PLC对砂轮在磨削及修整过程中的损耗给予速度自动补偿。PLC最多可以控制32台变频器,不同厂家的变频器可采用协议宏通信联接。PLC按照变频器地址(0-31)、指令代码和相关数据顺序向变频器传送命令,对变频器运行、停止、正转、反转等实施控制;PLC还可以监视变频器运行状态,当变频器发生过电流、过电压、变频器过载、硬件异常、电机过载、过力矩检测、电源异常、通信超时等情况,可将异常参数传输给PLC,由PLC作出相应处理。

2.3位置控制单元(PCU)与位置控

制高端PLC配备单轴位置控制单元,与步进电机或交流伺服电机驱动器配套使用,可以完成开环或半闭环位置控制及速度控制,配备两轴联动位置控制单元可以进行实时插补控制,实现直线和圆弧曲面等加工控制。目前全球各主要PLC制造商都已推出与高端PLC配套的PCU,具备高速和高精度的位置控制功能。OMRON公司的CJ1MCPU自带PCU的位置脉冲速度为1kBPS,高级PCU的速度可达到500kBPS,松下PP2或PP4系列的位置控制速度高达1MBPS。采用高端PLC设计数控系统,需根据控制精度、运行速度和运行轨迹要求选择适合的位置控制单元(PCU)。磨削数控系统控制精度要求较高(F1μm),一般选择数字交流伺服系统。OMRON高端PLC专用高级指令控制脉冲输出,可选择梯形、S形或三角形速度曲线运行,实现定程、点动、返回原点和原点搜索等运动控制。程序设计可选择相对坐标系或绝对坐标系,按照图2所示的梯形图编程运行,可实现各种磨削加工所应遵循的运行曲线。图3表示该数控系统准确实现铁路轴承内套挡边粗、精、光磨削加工和3MZ2120磨床快进、快退几个阶段的速度控制和位置控制的运动轨迹。

2.4触摸屏人机界面设计

基于高端PLC的磨削数控系统可选用触摸屏人机界面(ProgrammableTer2minal,PT),采用组态工具软件和图形库(开关、灯、棒图等)以及动画功能等,按照磨削工艺流程要求进行系统操作界面设计。下面以3MZ2120磨削数控系统操作界面为例介绍设计过程和效果。根据磨削数控操作和显示的需要,该系统主界面下设8个子画面(图4)。系统上电自动进入主界面,核对操作密码后弹出主菜单,在主界面上点击操作可转移相应的子界面。加工参数和修整参数设置界面提供设置数控磨削相关参数提示;手动操作和手动修整界面用于快前、快退、慢前、慢退、返回等手动位置控制和手动修整砂轮操作,为设备调试提供便利;自动报警界面利用触摸屏人机界面本身具有的报警功能设计,对油雾润滑、液压系统、机床电器系统、料槽状态、冷却系统和伺服电机等实施监测和自动报警,当发生故障时触摸屏立刻弹出报警信息(报警时间、故障代码及应对措施等);自动运行界面(图5)采用棒图显示当前磨削余量值;采用动画方式实时显示加工状态和加工位置等。还设有“紧急停车”等应急按钮。PT有RS232/422/485通讯口,能够兼容众多厂家的PLC。人机界面应用程序可脱机编制和调试,然后下载到PT上运行,PLC一般通过RS232接口与PT相连。许多PT还配备并行接口,可直接与打印机连接,实时打印数据或进行屏幕拷贝。

2.5网络结构与联网功能灵活的网络结构和强大的联网功能是高端PLC的重要特征。OMRON高端PLC配有标准RS232接口连接触摸屏人机界面、上位机或编程工作站。还可扩展DeviceNet通信单元,使各种符合DeviceNet通信协议的产品都可以连入系统中,以构成基于DeviceNet开放式现场总线的数控系统;系统与车间管理层计算机及车间其它高端PLC的连接可以采用ControllerLink方式,在PLC中扩展ControllerLink通信单元,车间管理层计算机装备ControllerLink支持卡即可实现互连,由底层DeviceNet设备、基于高端PLC的数控系统或其它测控设备和车间管理层计算机构成3层递阶结构的网络测控系统。高端PLC一般都可配置符合TCP/IP协议标准的以太网单元,全面支持远程监控等应用。