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轧钢产线西门子自动化控制系统HMI设计简介(一)

2017/4/5    来源:e-works    特约撰稿人:岳临萍      
关键字:轧钢产线  西门子自动化控制系统  
本文描述了轧钢产线西门子自动控制系统人机交互界面HMI的设计思路及功能实现,对菜单的结构、画面的组成以及相关信息的设计给出了详细的说明和定义。
    1、人机交互界面HMI菜单结构
 
    主菜单通常位于HMI上方的综述区域。 包含以下项目:精轧机区域状态、粗轧机区域状态、介质管理、轧机换辊、矫直机状态、MULPIC状态、双边剪状态以及过程控制系统相关监控制,如跟踪、报警、热检、温度等参数的显示等。这些显示模块的设计及控制是运用WINCC软件完成的,菜单的设计思路是以图树的形式进行设计的,在每个图树下面分不同的功能区域,一台设备作为一个子系统来设计,分别与一级PLC控制系统以及二级ORCAL数据库等系统进行接口通讯,数据传输,以便于操作工的使用。
 
    每个图树显示按钮指定5种显示类型:A报警(红色)、W警告(黄色)、S系统信息(黑色)、O 操作工输入需求(深品红色,极少使用)、X 测量点锁定 (灰色,不用TDC使用)。各类显示报告汇总了由图树按钮控制区域内的各自事件。打开状态显示按钮会找到信息来源的细节掩码。
 
    图树的每个菜单项包含一个或一组图像。每个像图可在三个鼠标(主菜单、第一个附属菜单,第二个附属菜单),系统处理数据量非常大,对程序设计者和硬件的配配置提出了较高的要求,图树管理设计包括以下几个部分的功能:
 
    表一:轧机区域状态菜单设计
 
轧机区域状态菜单设计

表二:润滑等介质管理设计
 
润滑等介质管理设计

表三:轧机换辊菜单设计

轧机换辊菜单设计

表四:自动控制监控状态设计

自动控制监控状态设计
 
    2、图像类别
 
    HMI有多种图像类别。每个类别包含相似功能的图像。总体来说,一个菜单或附属菜单包含不同类别的图像,指的是相同控制区域的不同方面。
 
    2.1生产线工况情况
 
    这些图像根据表示出与生产线布局相似的区域。它们是正常生产最重要图像,主要包含以下信息:钢板的位置、PDI基础数据、最重要的实际值、设备的状态(开/关/故障)、设备的操作模式等。
  
    2.2诊断
 
    有大量图像用于特殊诊断目的,如电机等传动装置的实际值等。这些图片在启动时对操作工有很大的帮助。另一方面,在可视系统中基础自动化和带有故障连接指示的过程自动化之间的网络通讯,对操作工和系统掌握设备状态起到十分重要的作用。
 
    2.3详细转换和监控(DSM)
 
    这些图像详细说明了电气参数的分布、介质设备及主要和辅助传动装置的使用状态及当前模式。它可以一部分一部分地进行选择打开或者关闭监控。
 
    3、信息系统
 
    信息系统用于时序汇集和来自基础自动化和过程自动化信息的处理。通过各种操作功能来控制显像和记录。
 
    在信息系统中收集编档、保存了大事件的数据,如故障,紧急状况,操作工信息等。这些事件可以以消息的形式按照时间顺序查看并输出打印。每一个图片上在综述区域上都有通讯接口,它的任务是适时使操作工对厂区当前状态保持信息通畅。
 
    另外在综述区,每个主菜单项的旁边都有分类标志组号。它们显示从属图像的故障,一旦出现故障,允许操作工立即调入显示故障的图像。
 
    为了得到厂区状态的完整综述,可以调入信息图片。可以显示档案中的所有信息。操作人员可以在档案中上下翻页,或根据各种综合标准选择信息。例如,10:00和10:15之间的未获得的信息等。
 
    3.1信息的生命周期
 
    当PLC中的一个信息码从0切换到1时,PLC通过工业以太网将一个信息报文发送到HMI服务端。报文包含信息的号码、时间点和状态(如,进入信息)。在生产期间,每个信息码都被指定到一个固定的信息报文码,信息报文通过HMI服务器查阅关于信息的参数化数据,诸如信息文本或着色。
 
    然而,工程技术、调试和维护人员可以应用报文认证信息的正确性。报告一旦到达服务器,信息便会储存在信息档案中。来自过程自动化的信息按照同样的方法处理,但是它们只能在HMI服务器上获得时间点。对于较长时间的LONGTERM信息,相同的程序是有效的。短期信息一旦超过8天,会自动在HMI客户端删除,不再显示。只有在调用HMI服务器中的LONGTERM查询时才会找出更早时期的信息,当然这个LONGTERM信息也会有生命周期,程序人员会根据工艺和服务器的存储能力进行设定,如三个月、半年或者一年会自动删除。
 
    3.2信息类别和信息类型
 
    信息分成不同的信息类别,信息类别是根据信息的重要性、来源或功能分组而成的。信息类别又被分成组,就是所谓的信息类型。仅信息类型运用了颜色分类进行区别显示。主要信息类别及类型如下表所示:
 
轧钢产线西门子自动化控制系统HMI设计简介(一)
 
    3.3信息图像的显示
 
    信息图像包含一个显示消息的窗口、一个状态线、一个特殊图像操作区(最下方)和一个工具杆(位于窗口的左上侧)。在一般的标题区,设计了用于消息操作的按钮键。
 
    3.3.1当前消息
 
    此视图显示了导入HMI服务器之后存储的所有消息。每个消息显示成一行。可以将一个已经消失或确认的消息状态添加到进入消息这一行的状态中,是指长期信息的显示LONGTERM MESSAGES。在此视图下一些消息操作是禁用的,主要用于信息的显示。视图下方有标准消息窗口模式,可单独选择具体的工具杆项目,如:
 
    进入报警单:在这个消息窗口模式下,仅显示消息类别的“报警、警告、过程控制系统信息、工厂信息和操作工输入需求”的进入和输出信息。 使用信息块的“日期、时间、来源、事件、状态、信息、注释和FD/LD/MATC”。
 
    确认报警单:在这个消息窗口模式下,仅显示消息类别的“报警、警告、过程控制系统信息、工厂信息和操作工输入需求”的确认信息。 使用信息块的“日期、时间、状态、FD/LD/MATC、事件、信息持续时间、数目、类型、确认、来源、信息、注释和地区”。
 
    输出报警单:在这个消息窗口模式下,仅显示消息类别的“报警、警告、过程控制系统信息、工厂信息和操作工输入需求”的输出信息。 与“确认报警单”使用相同的信息块。
 
    3.3.2短期信息SHORT  MESSAGES
 
    来自最近8天的所有信息可在此视图中显示。信息显示成三行。也就是说,进入、输出、和确认信息的状态显示在各自行中。可选择标准信息窗口模式,也可单独选择要查看的信息。如:
 
    过程报警单:这个信息窗口下,显示信息类别“PLC过程控制系统信息”和“操作侧控制系统信息”的所有信息。在确认报警单中使用相同的信息块。
 
    操作单:在这个信息窗口模式下显示说有的操作工输入信息。使用信息块“日期、时间、操作、FD/LD/MATDC、事件、类型、数目、来源和地区。
 
    顺序记录单:在这个信息窗口模式下,显示信息类别“报警、警告、过程控制系统信息和工厂信息”的所有信息。使用与确认报警单相同的信息块。
 
    信息图片中的操作指令相对应的屏幕上支撑基面的按钮操作有:撤消、进入报警单、确认报警单、输出单、过程报警单、操作单、顺序列表单、显示区域选择等。图标分别如下图所示:
 
轧钢产线西门子自动化控制系统HMI设计简介(一)
         
    3.3.3滚动条
 
    当信息过长,以至于不能立即显示时,信息窗口有一个水平滚动条,从右到左滚动。
 
    用垂直滚动条,操作工可以在信息列表中上下翻页。可以打开或关闭滚动条(自动滚动条关/开)。
 
    3.3.4状态线
 
    在信息窗口底部的右侧,有一个信息线。信息线窗口中的信息且包含以下显示栏:
 
    “列表”栏:储存在选择档案中的当前信息的数量(当前信息或短期档案)。
 
    “窗口”栏:储存在选择档案中的当前信息的数量(当前信息或短期档案)。
 
    “确认”栏:未确认的信息数量。
 
    “截止”栏:表示至少一条信息截止。
 
    “选择”栏:显示一个选择激活。
 
    4、小结
 
    目前国内的轧钢生产线的自动控制系统大多数采用的都是西门子的设计,人机交互界面HMI的设计是连接操作工与设备状态及使用的十分重要的监控部分,HMI设计的方便,参数采集的准确以及数据处理的准确性、丰富性决定了整个系统的优劣。作者准备分几个章节分别介绍一下西门子HMI的设计及功能,希望能够给现场使用和维护人员提供一些参考和帮助。
 
责任编辑:李欢
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