發布日期：2022-04-27 點擊率：233 品牌：西門子_Siemens
1 概述
SIMATIC是西門子自動化系列產品品牌統稱，來源于SIEMENS + Automatic（西門子+自動化） 它誕生于1958年，至今已有50年歷史，涵蓋了從PLC、工業軟件到HMI，是全球自動化領導品牌。
HMI是Human Machine Interface的縮寫，“人機接口”，也叫人機界面。人機界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換，凡參與人機信息交流的領域都存在著人機界面。
WinCC flexible，德國西門子（SIEMENS）公司工業全集成自動化（TIA）的子產品，是一款面向機器的自動化概念的HMI 軟件。WinCC flexible 用于組態用戶界面以操作和監視機器與設備，提供了對面向解決方案概念的組態任務的支持。WinCC flexible與WinCC十分類似，都是組態軟件，而前者基于觸摸屏，后者基于工控機。
本文將根據SIMATIC HMI設備與WinCC flexible軟件的在重慶分公司的使用經驗，簡單介紹SIMATIC HMI 與WinCC flexible在自動控制領域中的應用。
2 SIMATIC HMI的應用
2.1 西門子HMI特點
在工藝過程日趨復雜、對機器和設備功能的要求不斷增加的環境中，獲得最大的透明性對操作員來說至關重要。西門子公司將人機界面裝置統稱為HMI設備。人機界面(HMI)提供了這種透明性。HMI是人(操作員)與過程(機器/設備)之間的接口。PLC 是控制過程的實際單元。因此，在操作員和WinCC flexible（位于 HMI 設備端）之間以及 WinCC flexible 和PLC之間均存在一個接口。西門子人機界面有以下特點：
? 可靠性高。正面防護等級為 IP65。
? 通用性強，大多數HMI設備基于Windows CE 操作系統。
? 接口豐富，可以連接各主要生產廠家的 PLC。
? 是全集成自動化（TIA）的一個主要組成部分，對不同的自動化系統具有開放性。
? 創新的 HMI 解決方案，例如移動觸摸屏 Mobile Panel 170和的 MP370 軟PLC 功能。
? 使用統一的組態軟件 WinCC flexible對所有的操作屏設備組態，支持多種語言，全球通用。
2.2 西門子HMI可承擔的任務
西門子人機界面可承擔以下任務：
? 過程可視化：在人機界面上動態顯示過程數據（即PLC采集的現場數據）。
? 操作員對過程的控制：操作員通過圖形界面來控制過程。
? 顯示報警：當被檢測變量超出設定值時，過程的臨界狀態會自動觸發報警。
? 記錄（歸檔）功能：順序記錄過程值和報警信息，以便于用戶檢索以前的生產數據。
? 輸出過程值和報警記錄：例如可在某一班結束時打印輸出生產報表。
? 過程和設備的參數管理：將過程和設備的參數存儲在配方中，可以一次性將這些參數從人機界面下載到PLC中，以便改變產品的品種。
2.3 西門子HMI的分類
? 按鈕面板：可更換總線，結構簡單，使用方便，可靠性高，適用于惡劣的工作環境。代表產品為PP7、PP17。
? 微型面板：控制和監視基于S7-200PLC的小型設備，操作簡單，品種豐富。包括文本顯示器和微型的觸摸屏、操作員面板，其代表性產品為TD400C、K-TP178micro、OP73micro。
? 觸摸屏和操作員面板：人機界面的主導產品，堅固可靠、結構緊湊、品種豐富。代表產品為TP177B、OP177B。
? 多功能面板：高端產品，開放性和可擴展性最高。代表產品為MP270B。
? 移動面板：可以在不同地點靈活使用。代表產品為Mobile Panel 170。
2.4 SIMATICHMI設備操作系統組態
SIMATIC HMI設備操作系統組態現場應用中可大致分為控制面板組態和操作系統更新兩個步驟。
2.4.1控制面板組態
要打開HMI設備Control Panel，可按以下方法進入：
? 通過激活的項目打開控制面板。為此，必須組態操作元素以打開控制面板。
? 按下裝載程序中的“Control panel” 按鈕（可通過從 Windows CE 開始菜單中調用）。
裝載程序如圖1所示：
圖1 裝載程序
HMI 設備的“Control Panel”類似于 PC 上的控制面板。
“ControlPanel”外觀圖2所示：
圖2 HMI設備上的控制面板
控制面板可用于修改以下設置：
? 日期和時間
? 屏幕保護程序
? 區域設置
? 傳送設置
? 網絡設置
? 延遲時間
? 口令
2.4.1 操作系統更新
操作系統更新又名OS更新。當Wincc flexible項目中的“設備版本”與實際設備操作系統的版本不兼容時。需要執行OS更新，否則程序不能下裝，執行步驟：
“項目”->“傳輸”->“OS更新”，執行HMI
裝置的操作系統更新，OS更新界面如圖3所示：
圖3 OS更新
根據我們的經驗，在OS更新過程中需要注意的是：請不要中途斷開連接，否則系統更新失敗后，該操作系統將不能再在HMI設備上使用，此時，“自引導”操作將是唯一可用于裝載操作系統的選擇；另外，更新操作系統時，目標設備上的所有數據，包括授權，都將被刪除，需謹慎操作；帶有以太網接口的HMI設備請盡量使用以太網通訊，因為OS更新耗時較長，會增加執行過程中的風險。
3 WinCC flexible的應用
3.1 Winccflexible特點
全自動化解決方案不僅涉及 HMI 系統，還涉及附加的組件，例如PLC、過程總線和外圍設備。WinCC flexible 提供了與SIMATIC 產品系列和SIMOTION 產品系列非常成熟的集成功能，能確保組態和編程的一致性、數據保持的一致性和通訊的一致性。WinCC flexible的組件由工程系統、運行系統和其相關選件組成。
Wincc flexible具有以下特點：
? 強大的組態功能，可組態基于 Windows CE 的SIMATIC HMI設備、西門子的C7(人機界面與S7—300 相結合的產品) 、乃至 PC 機（需要 WinCC flexible 高級版）。
? 支持 TIA（西門子的全集成自動化），可以與西門子的 STEP 7 V5.3、iMapV2.0 和 Scout 集成在一起。
? 優良的開放性和擴展性，支持 Visual Basic 腳本功能，集成ActiveX 控件，從而將人機界面集成到 TCP／IP 網絡。
? 簡單、高效，易于上手，功能強大，提供智能化的向導工具。
? 圖庫和操作對象豐富，供用戶使用，支持用戶自定義對象。
? 強大的通信組態功能，支持多種通信類型。
3.2 WinCC flexible版本
WinCC歷史版本包括：
WinCCflexible 2008 sp2
WinCCflexible 2008 sp1
WinCCflexible 2007
WinCCflexible 2005 SP1 HF7
WinCCflexible 2005 SP1
WinCCflexible 2005
WinCCflexible 2004 SP1
WinCCflexible 2004 HF2
WinCC flexible 包括了性能從Micro Panel 到簡單的PC 可視化的一系列產品。 因此，WinCC flexible 的功能性可以與ProTool 系列的產品和TP Designer 相媲美。并可以將現有的ProTool 項目集成到WinCC flexible 中。
3.3 WinCC flexible用戶界面
3.3.1 菜單和工具欄
可以通過WinCC flexible 的菜單和工具欄訪問它所提供的全部功能。當鼠標指針移動到一個功能上時，將出現工具提示。菜單中淺灰色的命令和按鈕在當前條件下不能使用。例如只有在執行了“編輯”菜單中的“復制”命令后，“粘貼”命令才會由淺灰色變為黑色，表示可以執行該命令。用鼠標右鍵點擊工具欄可打開“自定義工具欄菜單”。在該菜單中，可以開啟或關閉選擇的工具欄。
3.3.2 工作區
在工作區域中編輯項目對象。所有WinCC flexible 元素都排列在工作區域的邊框上。除了工作區域之外，可以組織、組態(例如，移動或隱藏)任一元素來滿足個人需要。
3.3.3 項目視圖
圖4 項目視圖
項目中所有可用的組成部分和編輯器在項目視圖中以樹型結構顯示。作為每個編輯器的子元素，可以使用文件夾以結構化的方式保存對象。此外，屏幕、配方、腳本、協議和用戶詞典都可直接訪問組態目標。在項目窗口中，您可以訪問 HMI 設備的設置、語言設置和版本管理。
3.3.4 屬性視圖
屬性視圖用于設置在工作區中選取的對象的屬性，輸入參數后按回車鍵生效。屬性視圖的內容基于所選擇的對象，屬性視圖一般在工作區的下面。一般來說，右擊所選擇的對象即可打開其屬性視圖。在編輯畫面時，如果未激活畫面中的對象，在屬性對話框中將顯示該畫面的屬性，可以對畫面的屬性進行編輯。出現輸入錯誤時，將出現彩色高亮背景，并給出提示信息。例如允許輸入的最大畫面編號為32767，若超出32767，將會顯示“只允許介于1~32767之間的數值!”。如果按回車鍵或點擊其他視圖，輸入的數字將自動變為32767。
3.3.5 工具箱
工具箱包含有選擇對象的選項，可將這些對象添加給畫面，例如圖形對象或操作員控制元素。此外，工具箱也提供了許多庫，這些庫包含有許多對象模板和各種不同的面板。
3.3.6 庫
“庫”位于工具箱視圖中，是用于存儲諸如畫面對象和變量等常用對象的中央數據庫。只需對庫中存儲的對象組態一次，然后便可以任意多次進行重復使用。因此，可通過多次使用或重復使用對象模板來添加畫面對象，從而提高編程效率。
WinCC flexible有兩種庫：全局庫和項目庫。全局庫并不存放在項目數據庫中。它在系統中以文件形式保存，該文件默認存放于WinCC flexible的安裝目錄下。全局庫可用于所有項目。項目庫隨項目數據存儲在數據庫中，它僅可用于創建該項目庫的項目。項目庫中的元素可復制到全局庫中。這兩種庫中都可以創建文件夾，以便進行結構化管理。
3.3.7 輸出視圖
輸出窗口顯示例如在項目測試運行中所生成的系統報警。輸出視圖通常按其出現的順序顯示系統報警。“分類”指出了生成系統報警的相應WinCCflexible模塊。例如，將在一致性檢查期間生成“發生器”類別的系統報警。要對系統報警排序，可單擊對應列的標題。彈出式菜單可用于跳轉到某個出錯位置或某個變量，并復制或刪除系統報警。輸出視圖顯示上次操作的所有系統報警。新操作將重寫所有先前的系統報警。然而，從單獨的記錄文件中依然可以檢索系統報警的歷史信息。
輸出視圖如下所示：
圖5輸出視圖
3.3.8對象視圖
如果在項目視圖中選擇了文件夾或編輯器，執行菜單命令“視圖”>“對象”，則其所包含的對象內容將被顯示在對象視圖中。在“對象”視圖中雙擊一個對象以打開對應的編輯器。對象窗口中顯示的所有對象都可用拖放功能。
例如：將變量移動到工作區域中的過程畫面：創建與變量鏈接的I/O 域；將變量移動到現有的I/O 域：創建變量與I/O 域之間的邏輯鏈接；將一個過程畫面移動到工作區中的另一個過程畫面，從而生成一個帶有畫面切換功能的按鈕，該按鈕與過程畫面鏈接。在“對象視圖”中，長對象名以縮寫形式顯示。如果將鼠標指針移動到對象上，將以提示方式顯示其完整的名稱。當視圖中對象數目較多時，鍵入項目首字母可快速定位。
4.0 HMI與Wincc flexible通訊
兩個通訊伙伴之間的數據交換被稱之為通訊，SIMATIC HMI和Wincc flexible之間可以通過直連電纜連接，也可通過網絡互連。
4.1 通訊原理
WinCC flexible 通過變量和區域指針控制HMI 和PLC之間的通訊。
在WinCC flexible 中，變量在“變量”編輯器中集中管理。變量包括外部變量和內部變量。外部變量用于通訊，并代表PLC 上已定義內存位置的映像。HMI 和PLC都可以對此存儲位置進行讀寫訪問。這些讀寫操作可以是周期性的，也可以是事件觸發的。在組態中，創建指向特定PLC 地址的變量。HMI從已定義地址讀取該值，然后將其顯示出來。操作員還可以在HMI 設備中輸入要寫入相關PLC地址的值。
4.2 建立連接
圖6 連接參數界面
在“連接”(Connections) 編輯器中創建和組態連接。并且可以在“連接”編輯器的“參數”標簽里組態HMI 和通訊伙伴間的連接屬性。通訊伙伴在“參數”標簽中以圖6形式顯示。此標簽提供“HMI 設備”(HMI device)、“網絡”(Network) 和“PLC”區域；在這些區域中，可以聲明所用的相關接口的參數。值得注意的是：系統設置默認參數， 每當編輯參數時，都務必要確保網絡的一致性。
4.3 項目傳送
項目傳送是將完整的Wincc flexible項目文件傳送到要運該項目的HMI設備上。
完成組態過程后，檢查項目的一致性，系統將生成編譯好的項目文件，該項目文件分配有與項目相同的文件名，但是擴展名為“.fwx”，將編譯好的項目文件傳送到組態的HMI設備。HMI設備必須處于“傳送模式”才能進行傳送操作。根據HMI設備類型的不同，傳送模式的啟用方式也有所不同。
在具有外部存儲介質的HMI設備上，可以支持反向傳送。以便于恢復HMI設備或其它設備上的項目，方便以后對現有項目進行分析和更改。
至此，HMI設備和Wincc flexible軟件在自動控制領域的應用便結合在一起，配合控制系統，共同完成生產上的各項控制任務。
5、總結
本文結合SIMATIC HMI和Wincc flexible在重慶分公司的使用經驗，系統介紹了二者在自動控制領域中的一般應用和注意事項，對于初涉初學者有很好的指導意義。
參考文獻
[1]廖常初,陳曉東.西門子人機界面組態與應用技術 第2版 北京：機械工業出版社2008.
[2]Siemens AG.SIMATIC HMI MP270 User Manual.
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