MP377人机界面在齿轮箱试验平台中的应用

杨俊飞



MP377人机界面在齿轮箱试验平台中的应用

杨俊飞

(武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064)

本文介绍了基于齿轮箱试验平台的人机界面设计与开发，同时介绍了MP377多功能人机界面开发平台的特点。

人机界面 MP377 通讯组态

0 引言

随着现代工业自动化技术的发展，自动化设备的使用环境越来越复杂，分布式控制设备的在大型试验平台中的应用越来越多。人机界面开始应用于工业控制各个领域，它已成为现代工业监控系统不可或缺的组成部分。

1 齿轮箱试验平台系统组成

本监控系统是某齿轮箱试验平台的重要组成部分，包括中央控制台、远程控制柜、变频柜、进线开关柜、变压器、风机启动器等。

本系统的核心控制单元是一套S7-400 PLC，控制对象是远程控制柜里的ET200M远程I/O、变频柜等。ET200M作为主控PLC的远程I/O,通过网络接收并执行主控PLC的控制指令和采集现场设备状态。显示界面设备为西门子操作员面板MP377。监控系统硬件结构如图1所示。

本系统通过对远程I/0（ET200M）、变频柜、电机、变压器的监控，可对齿轮箱试验平台的各组成设备实施实时控制、监视、故障诊断与保护。能实时记录系统的事件信息及系统设备的运行参数和状态并能进行历史数据归档、查询处理。

系统的主控单元S7-400通过DP总线与MP377通讯。在MP377平台上开发人机界面，实现对系统的操作输入和对现场各设备状态显示输出，并能以图形或文本的形式实时显示系统各设备运行状态；实现各设备现场参数设置，显示故障信息报警等功能。

作为人机界面的开发平台，MP377可以为用户提供以下几个主要功能：1)系统状态显示；2)消息管理；3)与控制单元通讯。系统状态显示界面包含有图形（静态和动态）、文本（实时数据）、I/0域(可作为PLC的操作指令输入和控制指令输出)、模拟量显示控件（可显示电机转速、电机转矩、电机绕组温度、变压器绕组温度等）、数字量显示控件（可用于指示灯控件、报警窗口的驱动条件）、滚动条控件（可用于文本列表、数据列表的滚动查看）、表格控件（可用于系统设备参数的列表显示）、时间显示控件、图形趋势视图（可用于系统设备参数的趋势波形显示）、消息视图、变量实时状态、口令列表（可用于编程人员和操作人员的使用权限等级设置）等。消息管理包括对事件、报警的消息管理。消息通过消息行和消息窗口显示，并能送给打印机打印。消息能实时显示，并可以将记录消息发生时间进行存储和归档。 MP377上提供了MPI、PROFIBUS-DP、USB、以太网端口等接口与S7-400通讯，通过软件组态配置，可以实现与可编程控制器PLC的通讯，显示监控系统内各设备的运行状态。MP377可通过以上网络协议组网实现对系统中各监控设备的网络化远程管理。

2 人机交互画面设计

在现代化控制设备控制过程日趋复杂的环境下，用户对控制设备的监视、控制和操作要求不断提高。控制设备的可扩展性以及操作的友好性、透明性对操作人员来说至关重要。MP377提供了这种用户所需的可扩展性、友好性和透明性。人机界面是人(操作人员)与过程(被监控设备)之间的接口。 S7-400是控制过程的核心。MP377可承担以下任务：

1)系统运行过程的控制设计

操作人员可以通过图形用户界面远程控制现场设备的运行过程。

2)系统运行过程可视化设计

人机界面设备上可显示系统运行过程。人机界面设备上的画面可根据实时更新系统运行过程变化。例如，系统启动、系统停机、系统运行状态、系统故障等状态。

3) 系统状态显示报警设计

在现场设备的运行过程中，设备参数超过用户设定的报警阈值会自动触发报警，通过图形或文本闪烁的显示方式提示用户检查设备状态。例如，电机温度、电机电压、电机转速等设备参数超出报警值时。

4) 系统运行过程和参数管理设计

人机界面系统可以将系统运行过程和参数导出，便于管理。例如，可以一次性将这些参数从人机界面设备下载到PLC，以便改变系统运行过程。

5) 系统运行参数和报警归档设计

MP377可以记录并保存系统运行参数和报警信息，并有检索功能。该功能能使用户快速查询系统历史运行参数和报警信息，分析系统运行状态，定位故障设备。

2.1 人机界面开发软件

MP377的人机界面设计采用西门子公司的WinCC flexible组态软件开发，这款软件是面向自动化的人机界面软件，其中集成了所有的基本组态工具，可用于组态 SIMATIC HMI 操作员设备、SIMATIC C7 系统的操作员控制部分、面板式 PC 以及基于 PC 的可视化软件。

WinCC flexible 不同的版本可以组态在SIMATIC HMI 系列中不同的人机界面设备。WinCC flexible 运行系统能够实现过程可视化。在WinCC flexible 运行系统中，可以在过程模式下执行项目。其运行系统可通过选件扩展标准功能。

2.2 监控系统控制任务

根据本齿轮箱试验平台监控系统的实际要求，系统运行分为两种工况：单机运行工况、双机运行工况。系统启动时，首先自动执行初始化，判断主控PLC与其它设备之间的通讯状态，通讯正常初始化通过后进入系统操作等待状态，等待用户输入命令（例如工况选择、操作地点选择、电机启动等），接收到用户的启动指令后进入系统顺序合闸状态，在合闸的过程中，MP377人机界面实时显示当前系统合闸过程，提示用户系统当前状态。合闸完毕后，进入运行等待状态，如果接收到操作员的停机指令或因设备发生故障而停机时，系统则自动转入顺序分闸状态，系统分闸完毕后进入操作等待状态。MP377人机界面实时显示系统当前故障状态，以图形和文本的形式提示用户当前发生故障的设备状态，产生故障的原因及处理方法。系统状态转换框图如图2所示。

2.3 人机界面组成

根据系统的控制任务，MP377的画面组态按功能分为：单机运行画面、双机运行画面、报警信息画面、参数历史记录画面等。

单机运行分甲机和乙机独立运行工况，双机运行分甲乙机串联和并联工况。单机、双机运行画面设置有用户操作区域，包括电机并联运行选择按钮、电机串联运行按钮、电机单机运行按钮、电机正转反转选择按钮、电机启动按钮、电机停机按钮；系统运行状态及参数显示区域，包括电机电压、电机电流、电机功率、电机频率、电机转速、电机转矩、电机减速时间、变频器直流母线电压；电机转速设定区域等。画面见图3。

报警信息画面主要记录系统报警信息，人机界面根据系统的运行状态能自动转入当前系统状态画面。画面见图4。

参数历史记录画面用于记录主要设备的运行参数，包括电机温度、电机转速、电机电流等。便于用户查询历史参数。画面见图5。

在画面中的工况选择、电机启停等设定输入设计方面，用户指令的输入主要通过人机界面图库中模拟的自锁按钮、自复位按钮、选择开关通过与主控PLC的通讯将控制指令送出至现场被控设备。系统参数的输入主要通过I/O域，将用户输入至I/O域的数值与主控PLC的存储地址相对应，这样就可以根据用户的需求进行系统参数修改，设置某些参数，满足系统控制要求。数值的输入需要有数字键盘，MP377多功能面板上配有数字键盘，就使得通过人机界面设置和修改系统参数变得很方便。

3 结束语

人机界面技术在齿轮箱试验平台监控系统中的使用，使监控系统设备的设计更加简洁、实用、可靠，取消了大量的模拟量仪表、指示灯、按钮、转换开关等设备，提高了系统设备可靠性，降低了系统设备的故障率；由于MP377组态画面形象、直观，用户对整个系统设备的认知度更高，操作和监视更加简便，提高了系统设备的可操作性；MP377组态画面还具有报警状态显示、归档存储和定位功能，使得用户对系统设备的日常维护更加简单。

[1] SIMATIC HMI MP 377参考手册. Siemens, 2007.

[2] SIMATIC HMI WinCC flexible 2007用户手册.

[3] 罗仕鉴编著．人机界面设计[M]．北京：机械工业出版社，2002．

Applications of MP377 Human-machine Interface to Gearbox Test Platform

Yang Junfei

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion , Wuhan 430064 , China）

TP273

A

1003-4862（2014）11-0068-03

2014-08-25

杨俊飞(1979-), 男，工程师，研究方向：自动化。