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| 編輯推薦： |
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《人机界面（HMI）系统设计、安装与调试》可作为高等职业院校电气自动化技术、发电厂及电力系统、机电一体化技术及相关专业的教学用书和培训教材，也可作为广大工程技术人员和技能操作人员的参考用书。
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| 內容簡介： |
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《人机界面（HMI）系统设计、安装与调试》以培养高素质技术技能人才为目标，从应用的角度介绍了西门子触摸屏技术和组态软件WinCC 技术。《人机界面（HMI）系统设计、安装与调试》分为两大模块，即触摸屏模块和WinCC模块，每个模块按照从简单到复杂的知识和能力递进关系分别设有两个项目。项目包括：基于触摸屏实现电动机启停控制、基于触摸屏实现灌装生产线控制、基于WinCC 实现彩灯循环控制、基于WinCC 实现烤箱温度控制。
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| 目錄：
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前言
项目一 基于触摸屏实现电动机启停控制
【项目描述】
【项目能力目标】
【完成项目的计划决策】
【实施过程】
一、系统电路设计
二、触摸屏监控组态
三、TP177A 触摸屏与计算机通信组态
四、PLC 控制程序编写下载
五、项目运行
【项目检查与评估】
【项目总结】
【练习与训练】
项目二 基于触摸屏实现灌装生产线控制
【项目描述】
【项目能力目标】
【完成项目的计划决策】
【实施过程】
一、系统电路设计
二、触摸屏监控组态
三、TP177A 触摸屏与计算机通信组态
四、PLC 控制程序编写下载
五、项目运行
【项目检查与评估】
【项目总结】
【练习与训练】
项目三 基于WinCC 实现彩灯循环控制
【项目描述】
【项目能力目标】
【完成项目的计划决策】
【实施过程】
一、系统电路设计
二、WinCC 项目组态
三、WinCC 与PLC 通信组态
四、PLC 控制程序编写下载
五、项目运行
【项目检查与评估】
【项目总结】
【练习与训练】
项目四 基于WinCC 实现烤箱温度控制
【项目描述】
【项目能力目标】
【完成项目的计划决策】
【实施过程】
一、系统电路设计
二、WinCC 项目组态
三、WinCC 与PLC 通信组态
四、PLC 控制程序编写下载
五、项目运行
【项目检查与评估】
【项目总结】
【练习与训练】
参考文献
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| 內容試閱：
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项目一 基于触摸屏实现电动机启停控制
【项目描述】
在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动和电力拖动，由于电力拖动具有控制简单、调节性能好、损耗小、经济、能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，所以大多数生产机械采用电力拖动。
人机界面（HMI）装置是操作人员与PLC 之间双向沟通的桥梁，许多工业被控对象要求控制系统具有很强的人机界面功能。通过人机界面装置与PLC 对电动机控制，可实现操作人员与计算机控制系统之间的对话与相互作用，实现对电动机及生产机械的有效监控。
【项目能力目标】
1 了解人机界面在控制系统中的功能及作用；
2 熟悉触摸屏的特点、结构及作用；
3 会正确进行触摸屏控制系统的接线；
4 能初步对触摸屏项目进行正确创建和组态；
5 能初步设置触摸屏与PLC 通信参数，并实现相互通信；
6 能初步对整个监控系统进行运行及调试；
7 具备资料收集、整理和自我学习的能力；
8 具备顺利地与相关人员进行沟通、协调和交流的能力。
【完成项目的计划决策】
触摸屏具有面积小、使用直观、方便的特点，是人机界面的发展方向。本项目选择西门子触摸屏作为人机界面，选择西门子的S7-200 作为控制器，通过单击触摸屏上的“启动”和“停止”按钮，实现对电动机的启停控制，通过触摸屏上的“系统指示灯”和“电机状态显示”等对象实现对生产现场电动机工作状态的监控。
【实施过程】
一、系统电路设计
1. PLC 选型
该控制系统有两个输入点、一个输出点，选用西门子S7-200 系列PLC，具体型号为CPU224 XP CN ACDCRLY。
2. HMI 选型
TP177A 是用于S7 系列PLC 的经济的、优化的触摸屏，该控制系统选择西门子触摸屏TP177A 作为人机界面。
知识点学习：
1 人机界面的认识
人机界面（Human Machine Interface）又称人机接口，简称为HMI。从广义上说，HMI泛指计算机与操作人员交换信息的设备；在控制领域，HMI 一般特指用于操作人员与控制系统间进行对话和相互作用的专用设备。
人机界面主要承担以下任务：
1 过程可视化。在人机界面上动态显示过程数据（即PLC 采集的现场数据）。
2 操作员对过程的控制。操作员通过图形界面来控制过程。
3 显示报警。过程的临界状态会自动触发报警，如当变量超出或低于设定值时。
4 记录功能。顺序记录过程值和报警信息，用户可以检索以前的生产数据。
5 输出过程值和报警记录。如可以在某一轮班结束时打印输出生产报表。
6 过程和设备的参数管理。将过程和设备的参数存储在配方中，可以一次性将这些参
数从人机界面下载到PLC，以便改变产品的品种。
在使用人机界面时，需要解决画面设计和与PLC 通信的问题，人机界面生产厂家用组态软件很好地解决了这两个问题。使用组态软件可以很容易地生成人机界面画面，还可以实现某些动画功能；人机界面用文字或图形动态地显示PLC 中开关量的状态和数字量的数字，通过各种输入方式，将操作人员的命令和设定值传到PLC。
近年来，人机界面的价格已大幅下降，一个大规模应用人机界面的时代正在到来，现在的人机界面已成为现代工业控制系统必不可少的设备之一。
现在的人机界面几乎都使用液晶屏，小尺寸的人机界面能显示数字和字符，还可以显示点阵组成的图形。显示器的颜色有单色、8 色、16 色、256 色或更多的颜色。人机界面的分类如下：
1 文本显示器
文本显示器（Text Display，TD）是一种廉价的单色操作界面，一般只能显示几行数字、字母、符号和文字。西门子的TD200（图1-1）、TD200C和TD200C 与小型的S7-200 配套使用，可以显示4 行信息，每行显示24 个数字或字符，或12 个汉字。
2 操作员面板
西门子的操作员面板（Operator Panel，OP），使用液晶显示器和薄膜按键，有的操作员面板的按键多达数十个。操作员面板面积大，直观性较差。图1-2 所示为西门子的操作员面板OP270。
3 触摸屏
西门子的触摸屏面板（Touch Panel，TP），一般俗称为触摸屏，可以由用户在其画面上设置具有明确意义和提示信息的触摸式按键，面积小，使用直观、方便。触摸屏是人机界面的发展方向。图1-3 所示为西门子的操作员面板TP270。
人机界面基本的工作原理是显示现场设备（通常是PLC）中开关量的状态和寄存器中数字变量的值，用监控画面向PLC 发出开关量命令，并修改PLC 寄存器中的参数。人机界面的工作原理如图1-4 所示。
图1-4 人机界面的工作原理
2TP177A 触摸屏外观的认识
TP177A 是用于S7 系列PLC 的经济的、优化的触摸屏，采用5.7in、蓝色4 级灰度的STN（超扭曲向列型）液晶显示器，用户存储容量为512KB，可纵向或横向安装。支持位图、图标和背景图形。可使用棒图。TP177A 只有一个RS-422485 接口。TP177A 触摸屏外观结构如图1-5和图1-6 所示。
图1-5 TP177A 正视图与侧视图 图1-6 TP177A 后视图
3TP177A 触摸屏接线端子的认识
TP177A 触摸屏接线端子如图1-7 所示。
1TP177A 与电源的连接
TP177A 电源连接器如图1-8 所示。
TP177A 与电源连接如图1-9 所示。
2TP177A 与控制器的连接
TP177A 与控制器连接如图1-10 所示。
TP 177A HMI 设备上的接口
①机壳等电位连接端子
②电源插座
③RS 422485 接口（IF 1B）
图1-7 TP177A 触摸屏接线端子
3TP177A 与组态计算机的连接
TP177A 与组态计算机连接如图1-11 所示。
RS-485-RS-232 适配器如图1-12 所示。
RS-485-RS-232 适配器DIP 开关设置如表1-1 所示。
3. 系统接线图
1PLC 地址分配
PLC 地址分配如表1-2 所示。
2 系统接线
触摸屏、PLC 与其他设备连接的系统图，如图1-13 所示。
二、触摸屏监控组态
系统选用WinCC flexible 2008（中文版）组态软件进行触摸屏系统组态。
知识点学习：
触摸屏是通过个人计算机上的组态软件来生成满足用户需要的监控画面，从而实现对生产现场的管理和监控。西门子的触摸屏目前广泛使用的是SIMATIC WinCC flexible 组态软件，该软件是在ProTool 组态软件基础上发展起来的，并与ProTool 保持了一致性。
ProTool 适用于单用户系统，WinCC flexible 可以满足各种需求，从单用户、多用户到基于网络的工厂自动化控制与监控。
WinCC flexible 具有开放简易的扩展功能，带有VB 脚本功能，集成了ActiveX 控件，可以将人机界面集成到TCPIP 网络。
WinCC flexible 带有丰富的图库，提供了大量的对象供用户使用，其缩放比例和动态性能都是可变的。使用图库中的元件，可以快速方便地生成各种美观的画面。
WinCC flexible 的组件包括以下三个部分。
1WinCC flexible 工程系统
WinCC flexible 工程系统是用于处理组态任务的软件。WinCC flexible 采用了模块化设计，为各种不同的HMI 设备量身定做了不同价格和档次的版本。WinCC flexible 分为功能不同的微型版、压缩版、标准版和高级版，高级版用于组态面板PC 和标准PC。西门子先后推出了WinCC flexible2004、WinCC flexible2005、WinCC flexible2007 和WinCC flexible2008 版。
2WinCC flexible 运行系统
WinCC flexible 运行系统是用于过程可视化的软件。运行系统在过程模式下执行项目，实现与自动化之间的通信、图像在屏幕上的可视化、各种操作过程、记录过程值和报警事件。
运行系统支持一定数量的过程变量（Power Tags），该数量由许可证确定。
3WinCC flexible 选件
WinCC flexible 选件可以扩展WinCC flexible 的标准功能，每个选件需要一个许可证。
WinCC flexible 操作界面如图1-14 所示，主要由以下几个部分组成：
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