组合启发式机电传动控制系统人机界面设计.doc

1、 组合启发式机电传动控制系统人机界面设计 摘 要：随着科学技术的不断进步，人机交互界面向着更方便使用、更直观的方向发展。随着自动化程度的不断提高，对工件的要求也越来越高，采用触摸屏设计就可以更好的适应生产实际的这些要求。本文通过硬件设施和软件设施来组建试验平台，组合一套控制系统，应用新一代的西门子WinCC flexible 2007 操作面板组态编程软件，在触摸屏（TP 170B color）上进行模拟，来实现其机电传动控制。由于条件限制，组态了界面并在实验室里进行调试，调试内容包括基本试验和综合试验。通过操作组态的人机界面和搭建的试验平台，实现了系统和用户之间的信息交换，实现了信息的内部形

2、式与人类可以接受形式之间的转换，最终实现了预期的目标。关键词：机电，触摸屏，WinCC flexible 2007，人机界面42Combination heuristic electromechanical transmission control system and interface designLiu Zuan(College of Communication, Machinery and Civil Engineering,Southwest Forestry University, Kunming, Yunnan, 650224, China)Abstract: With the

3、continuous progress of science and technology, human-computer interaction towards a more user-friendly interface, more intuitive direction. With the continuous improvement of automation, the requirements of processing conditions become more sophisticated touch. This article through the hardware and

4、software facilities to form test platform, to combine a set of control system, the application of new generation of Siemens WinCC flexible 2007 operation panel configuration programming software, the simulated by the touch screen and the touch screen is TP 170B color, to achieve its electromechanica

5、l transmission control. This programming software big and powerful,and Interface is also more humane, it can be significantly improve the working efficiency of the programming staff, used to process visualization, and the automation system and communication, automatic operation of the process of pro

6、duction, processing, maintenance alarm information and all kinds of data, useing WinCC flexible 2007 configuration programming software, the configuration computer simulation, test compiler after completing the configuration software. Because conditions, the interface configuration and in laboratori

7、es commissioning, debugging content including basic test and comprehensive test. Through the operation configuration man-machine interface and setting up the test platform to realize the system and users to exchange information between the internal, realizing the information form and humans can acce

8、pt form conversion between, finally achieved the desired objectives. Key words：electromechanical , touch screens, WinCC flexible 2007, HMI目 录1 前言11.1机电发展的历史背景11.1.1机电一体化的发展过程大体可以分为三个阶段：11.1.2机电一体化技术的前景展望11.1.3机电一体化技术涵义31.1.4组成要素31.2 人机界面31.2.1 人机界面概念介绍31.2.2 人机界面的研究状况及发展趋势42 硬件平台分析62.1接近开关62.2行程开关62

9、. 3旋转编码器72.4三相交流电动机82.5变频器92.6 PLC 226102.7位移传感器112.8 EM235133 人机界面软件wincc flexible153.1 wincc flexible 简介153.2 wincc flexible 组件简介153.2.1 wincc flexible工程系统153.2.2 wincc flexible运行系统153.2.3 wincc flexible 2007选件163.3wincc flexible2007163.3.1 安装注意事项163.3.2用户界面163.3.3 SIMATIC HMI 简介174设计思路和方案184.1硬件思

10、路和方案184.2软件思路和方案195人机界面的具体设计205.1 HMI设备的选型与设置205.2 画面设计215.2.1基本项目实验界面245.2.2综合项目实验界面316通讯和调试356.1通讯356.1.1组态计算机与HMI设备的通讯356.1.2 HMI设备与控制器（PLC）的通讯356.1.3程序的传送与数据通讯366.2调试387总结39参考文献40指导老师简介41致谢421 前言1 前言1.1机电发展的历史背景随着现代科学技术的不断发展和进步，极大地推动了不同学科的交融，机电工程领域的技术革新也同样在不断的更新换代。由于微电子技术和计算机技术的迅猛发展及其向机械工业的渗透所形成

11、的机电一体化，使机械工程的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业和工程领域生产由“机械电气化”进入“机电一体化”发展阶段。1.1.1机电一体化的发展过程大体可以分为三个阶段：初级阶段：20 世纪60 年代以前为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。蓬勃发展阶段：20 世纪7080 年代为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化

12、的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：机电一词首先在日本被普遍接受，大约到20 世纪80 年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。智能化阶段：20 世纪90 年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体

13、化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，使机电一体化进一步建立了坚实的基础,并且逐渐形成完整的学科体系。1.1.2机电一体化技术的前景展望由于机电一体化是电子、机械、工程、光学等多学科交叉技术的成果，未来机电一体化技术的发展将会更加的深化和进步，本文对机电一体化技术的发展前景有以下几点看法：智能化：智能化是21 世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论

14、的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。模块化：模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业，还是

15、对生产机电一体化产品的企业,模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。网络化：20 世纪90 年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。环保化：工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概

16、念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。综上所述，机电一体化技术的出现，从萌芽到成熟经历了很长的发展过程，随着科技的发展、社会的进步，机电一体化技术的应用将会更加广泛；伴随着相关学科技术的创新，更学科的交融更加紧密，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。1.1.3机电一体化技术涵义机电一体化技术定义机电一体化又称机械电子学，它是由英文机械学的前半部

17、分与电子学的后半部分组合而成。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。机电一体化最早出现在1971 年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。1.1.4组成要素机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力

18、组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的

19、的运行。执行机构（运动组成要素）根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。1.2 人机界面1.2.1 人机界面概念介绍人机界面（Human-Machine Interachion,简称HIM），是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统重要组成部分。是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或相互影响，指人和机器的硬件接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。人机结合面是人机系统中的中心环节，只要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设

20、备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。现在大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Ouput）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而目前市面上所指的人机接口则多界狭义的指在软件人性化的操作接口上。1.2.2 人

21、机界面的研究状况及发展趋势从计算机问世以来，早期用户是以计算机专业人员为主，但随着计算机广泛进入人们的工作生活领域，计算机用户发生了改变，非计算机专业的普通用户成了用户的主体。这一重大转变使计算机的可用性问题变得日益突出起来。人机界面应当是什么样的？如何去建造这样的界面？人们开始关注和研究这些问题。这些问题既涉及人也涉及计算机及一些相关的学科，如：心理学、人的因素学（Human Factors）、社会学、语言学等。随着计算机技术的发展，应用领域的拓宽，从而带来了不同的理论方法。八十年代以来，人机界面的研究有了前所未有的发展，微型计算机的迅速普及对此起了重要的推动作用。(1)命令语言用户界面早期

22、的人机界面是命令语言人机界面,人机对话都是机器语言。人机交互方式只能是命令和询问,通信完全以正文形式通过用户命令和用户对系统询问的方式来完成。(2)图形用户界面随着硬件技术的发展以及计算机图形学、软件工程、窗口系统等软件技术的进步,图形用户界面(Graphic User Interface)产生并得到广泛应用,成为当前人机界面的主流。(3)多媒体用户界面多媒体技术的迅速发展为人机界面的进步提供了契机,在原来只有静态媒体的用户界面中,多媒体技术引入了动画、音频、视频等动态媒体,特别是引入了音频媒体,大大丰富了计算机表现信息的形式,拓宽了计算机输出的带宽。同时,多媒体技术的引入也提高了人对信息表现

23、形式的选择、控制能力,增强了信息表现与人的逻辑、创造能力的结合,扩展了人的信息处理能力。(4)多通道用户界面20世纪 80年代后期以来,多通道用户界面成为人机交互技术研究的崭新领域,在国际上受到高度重视。多通道用户界面的研究正是为了消除当前图形用户界面、多媒体用户界面通信带宽不平衡的弊病而兴起的。在多通道用户界面中,综合采用视线语音、手势等新的交互通道、设备和技术,使用户利用多个通道以自然、并行、协作的方式进行人机对话,而机器则通过整合来自多个通道的精确的和不精确的输入来捕捉用户的交互意图,提高交互的自然性和高效性。(5)虚拟现实人机界面虚拟现实 (Virtual Reality)又称虚拟环境

24、,目的是向用户提供身临其境的体验。我们知道,在传统的人机系统中,人是操作者,机器只是被动的反应;该理论认为,人与电脑间的互动关系不应是人与人之间的对话关系,而应是由人去探索另一个世界,而程序设计的工作便是去创造一个可供探索、游历的世界。(6)触摸屏的分类及发展趋势触摸屏可以分为五类，分别是：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台。红外触摸屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容屏设计理论好，但其图象失真问题很难得到根本解决；电阻屏的定位准确，但其价格颇高，且易刮损。表面声波式触

25、摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰抗暴，适于各种场合，缺憾是屏表面的水滴、尘土会使触摸屏变得迟钝，甚至不工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、红外线式、电容感应式以及表面声波式。触摸屏的发展呈现专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等趋势。2 硬件平台分析2 硬件平台分析本系统主要由CPU226、EM235、变频器、位移传感器和电动机等硬件组成，如下图所示。本节对主要零部件做简要介绍。图2-1实验平台实物图2.1接近开关本系统用的接近开关型号LJG2A-4/ZOAN2接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测

26、装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。2.2行程开关本系统形成开关型号ME 8104位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。构

27、造：由操作头、触点系统和外壳组成。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关接线图如下：2. 3旋转编码器旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90

28、度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。图2-2旋转编码器实物图图2-3旋转编码器接线图2.4三相交流电动机本系列电动机吸收国际上同类产品的优点设计制造，符合IEC国际标准中的有关规定。具有体积小、重量轻、噪声低、起动性能好、运行可靠、维护方便等特点。主要技术指标达到国际标准。 本系列电动机广泛用于各类需要有级调速的机械设备，能使整机结构紧凑、噪声降低、能量节约。 同时，可以根据用户需要，设计和生产特殊规格的多速电动机，如YDT风机、泵类负载多速三相异步电动机等。 防护等级：IP44，IP54，IP55 额定电压：380V 额定频率：50Hz。图2-4三相交流电动机接线

29、图2.5变频器变频器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。变频器技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换(整流、逆变)，又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术分为功率和控制两大部分。前者杂解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决(基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略)的硬、软件开发问题(在目前状况下主要为全数字控制技术)。高压变频器，可细分为通用高压变频器和高性能高压变频器两大系列，应用领域涉及电力、矿业、水泥、冶金

30、、石化等行业，可实现对各类高压电动机驱动的风机、水泵、空气压缩机、提升机、皮带机等负载的软启动、智能控制和调速节能，从而有效提高工业企业的能源利用率、工艺控制及自动化水平。 图2-5变频器面板 图2-6变频器接线图2.6 PLC 226型号S7-200CN CPU 226 24输入/输出16路30KHZ.图2-7 PLC226实物图图2-8 CPU226端子接线图图2-9使用设备接线图2.7位移传感器24V DC、高电平有效、测量范围0100(MM)、线性度0.20、额定电源信号输出420（MM）电缆长度2（M）。位移传感器又称为线性传感器，把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感

31、应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。图2-10 位移传感器实物图图2-11传感器接线图2.8 EM235型号6ES7 35-0KD22-0XA0 020mA DC的输入电流，数据格式：双极性（-32000+32000）、单极性（032000）、分辨率：12为A/D转换图2-12 EM235实物图图2-13 EM235接线图3 人机界面软件wincc flexible3 人机界面软件wincc flexible3.1 wincc flexible 简介wincc flexible

32、是新一代的西门子操作面板组态编程软件，相比Protool而言，其功能更加强大，界面也更加人性化，克显著提高编程人员的工作效率。相对而言，wincc是德国西门子（SIEMENS）公司专业的SCADA系统开发软件，是一款面向及其的自动化概念的HMI软件。Wincc flexible 用于组态用户界面以操作和监视及其与设备。Wincc flexible与wincc十分类似，都是组态软件，而前者基于触摸屏，后者基于工控机。3.2 wincc flexible 组件简介3.2.1 wincc flexible工程系统用于开发组态运行于操作面板的监控系统，分为四个版本，各种版本的不同决定了其可支持的操作面

33、板种类。从时间范围来看，wincc flexible共有四个版本： wincc flexible微型版，用于组态微型面板（Micro Panel） wincc flexible压缩版，用于组态70系列和170系列面板 wincc flexible标准版，用于组态270系列和370系列面板 wincc flexible高级版，用于组态基于PC的面板和运行系统wincc flexible版本，都在低版本基础上增加更多可支持的设备和功能。在中国，当前西门子公司推出并广泛使用的版本为wincc flexible 2007中国标准版，该版本支持绝大部分的西门子操作面板，包括：Micro Panel(OP

34、 73 micro,TP 177micro KTP 178 micro),TP 170B等等。3.2.2 wincc flexible运行系统用于过程可视化，与自动化系统通讯，操作自动化生产过程，处理、维护报警信息和各种数据。wincc flexible运行系统（wincc flexible runtime）在windows平台上运行用户组态程序，还可以用于在组态计算机上模拟、测试用户编译完成后的组态文件。运行系统必须使用wincc flexible高级版本进行开发，同样，运行系统也需要购买相应授权才能正常使用。运行系统授权根据运行时所需要的过程变量数量分为128点，512点，2048点三种授

35、权，可以通过使用Power Pack来增加授权过程变量的数量。3.2.3 wincc flexible 2007选件 wincc flexible选件很多，包括Change Control,Archines,Recipes,Audit,Smrt Services,OPC Server,Pro Agent等。3.3wincc flexible2007 3.3.1 安装注意事项 （1）安装时必须先关闭杀毒软件，防火墙。不然安装可能石板。本人用自己电脑，证明至少瑞星杀毒软件、防火墙会导致安装不成功。 （2）要求重启问题的解决办法：在网上看到很多人发帖，受西门子软件安装需重新启动电脑，然而启动电脑后又

36、提示重新启动电脑，然而反复重新启动任然出现这样的提示，导致软件不能安装。现在给出解决方案：在注册表内把“HKEY_LOCAL_MACHINECurrent ControlSession Manager”删除。不要重新启动，继续安装软件。否则这个删除无效还得重新安装。3.3.2用户界面 菜单和工具栏 可以通过wincc flexible的惨淡和工具栏访问它所提供的全部功能。当鼠标指针移动到一个功能上时，将出现工具提示。工作区在工作区域中编辑项目对象。所有wincc flexible元素都排列在工作区域的边框上。除了工作区域之外，可以组织、组态（例如，移动或隐藏）任一元素来满足个人需要。项目视图项

37、目中所有可用的组成部分和编辑器在项目视图中以树型结构显示。作为每个编辑器的子元素，可以使用文件夹以结构化得方式保存对象。此外，屏幕、配方、脚本、协议和用户此店都可直接访问组态目标。在项目窗口中，您可以访问HMI设备的设置、语言是指和版本管理。属性视图属性视图用于编辑对象属性，例如画面对象的颜色。属性视图仅在特定编辑器中使用。工具箱工具箱包含有选择对象的选项，可将这些队形添加给画面，例如图形对象后操作员控制元素。此外，工具箱也提供了许多库，这些库包含有许多队形模板和各种不同的面板。库“库”是工具箱视图的元素。使用“库”可以访问画面对象模板。始终可以通过多次使用或重复使用对象模板来添加画面对象，从

38、而提高编程效率。库是用于存储诸如画面对象和变量等常用对象的中央数据库。输出视图输出窗口显示例如在项目测试运行中所生成的系统报警。对象视图“对象视图”显示“项目视图”中选定区域的所有元素。3.3.3 SIMATIC HMI 简介在工艺过程日益复杂，对机器和设备功能的要求不断增加的环境中，获得最大的透明性对操作员来说至关重要。人机界面（HMI）提供了这种透明性。HMI是人（操作员）与设备（机器）之间的媒介。PLC是控制过程的实际单元。因此，在操作员和wincc flexible（位于HMI设备端）之间以及wincc flexible和PLC之间均有一个接口。HMI系统承担下列任务：过程可视化操作员

39、对过程的控制显示报警归档过程值和报警过程值和报警记录过程和设备的参数管理SMIATIC HMI 提供了一个全集成的系统，用于各种形式的操作员监控任务。使用SMIATIC HMI，您可以始终控制过程并使用机器和设备持续运行。4 设计思路和方案4设计思路和方案4.1硬件思路和方案根据硬件设施，实验时候主要运用到得设备：电模块（含接近开关，行程开关、旋转编码器、）PLC、电脑、变频器、小电机、开关按钮、位移传感器。这些设备的综合运用，不但能锻炼我们的设备的协调能力，也锻炼了我们实际动手能力。特别这对我们之前学过的机电一体化、电子电工技术、计算机运用把理论的东西运用到实践上，换一个角度让我们熟悉机电是

40、如何运用到一起的，对机电上的各种电动机的运动曲线有了一个理性的认识，之外，对西门子人机界面课程也有基本的认识。因此我们组态了10项基本实验，和2项综合实验以下是这12个实验的题目，分别为：十项基本实验：实验一：具有点动调整功能的电动机启停的PLC控制实验(利用PLC的输入模拟连动开关，和电动开关)实验二：电动机正反转PLC控制实验。（利用PLC的程序控制，来实现电机的正反转）实验三：三台电动机Y-降压顺序启动逆序停止的PLC控制实验(在Y行开启一段实践之后，利用PLC的实践计时器T37。来自动启动连接线圈，在程序上设计逆序停止程序)实验四：交流电动机Y-降压启动的PLC控制实验（利用时间继电器

41、来实现Y-顺序启动）实验五：基于变频器的电动机本地变频调速实验（用变频器直接连接电机，实现本地运行，可以正反转，可以调速）实验六：PLC在顺序动作的液压回路中的应用实验（利用模块上的行程开关）实验七：密码锁模拟控制实验（人为设定开锁输入次数，利用PLC的输入按钮来模拟开锁按键）实验八：基于位移传感器的模拟量标定实验（标定位移-电流-数值）实验九：脉冲输出与高速计数器实验（旋转编码器的运用）实验十：基于PLC及变频器的电动机远程控制实验（变频器连接电机，然后plc输出端连接到变频的多功能输入端，实现远程控制，包括启停和多段调速）两项综合实验：实验一：运料小车往复运动试验实验（利用机电模块，模拟小

42、车往复运动，其中变频器给模块电机供电，然后通过PLC远程控制电机的正反转，同时使用模块的接近开关）实验二：多工步刨床刀头进给速度控制实验（利用变频器的调频功能，来对刨床刀头在不同加工过程中速度进行调节，以实现现实工作中加工时候的需要）4.2软件思路和方案人机界面包含了登陆界面，主界面，监控界面，基本试验项目界面，综合试验项目界面等等。本文首先对机电和人际界面的发展进行介绍，指出伴随着现代工业的迅猛发展，人机界面的使用给社会带来了巨大方便。并简要分析了硬件平台及其组成部件，之后着重介绍了人机界面软件Wincc Flexible 2007组态软件，指出Wincc flexible 2007的特点，

43、组件，系统用户界面组成部分。进而在试验平台上设计并组态出机电传动控制的人机画面，具体包含12个具有代表性的试验项目。围绕这12个试验项目，设计出一序列组态画面，并结合硬件设施，完成这次任务。界面设计的具体内容将在第五章介绍。最后提出对本课题的设计总结，指出本设计的成功和不足之处。5 人机界面的具体设计5人机界面的具体设计5.1 HMI设备的选型与设置根据现场控制需求，选择SIEMENS TP170B触摸屏进行画面组态，完成与PLC的数据通讯。所有I/O点以及内部继电器的点都要进行参数地址的设置，具体的设置情况如下图所示。图5-1图5-2图5-3图5-55.2 画面设计本人结合试验平台设计的12

44、个试验项目的运行情况，利用WinCC flexible的各种组态工具，设计出如下所示的组态画面。具体的操作方式如下所述：触摸屏上电后，系统以默认的起始画面（登录界面）进入，点击登录，进入如图5-5所示界面。图5-5 登录界面输入用户名和密码，点击确定按钮，参观组身份登陆，进入到系统的主画面，如图5-6所示，画面中主菜单包含时间、设计题目、系统监控、试验项目、用户信息维护、注销和返回，登录这些功能按钮，点击后可以进入相应的画面。各功能画面在后面将一一介绍。图5-6主界面在画面上点击系统监控按钮后，就进入到如图5-7所示画面。此画面是对整个实验平台的监控，画面的主要内容是：当实验平台上的硬件运作时

45、，画面就会显示相应的结果。图5-7 系统监控在画面上点击实验项目按钮后，就进入到如图5-8所示的实验项目画面，画面上显示出基本项目和综合项目，如果点击其按钮后，相应的进入画面。图5-8 实验项目5.2.1基本项目实验界面基本项目实验共有十个，分别是：实验一：具有点动调整功能的电动机启停的PLC控制实验(利用PLC的输入模拟连动开关和点动开关)实验二：交流电动机Y-降压启动的PLC控制实验（利用时间继电器来实现Y-顺序启动）实验三：三台电动机Y-降压顺序启动逆序停止的PLC控制实验实验四：基于变频器的电动机本地变频调速实验（用变频器直接连接电机，实现本地运行，可以正反转和调速）实验五：PLC在顺

46、序动作的液压回路中的应用实验（利用模块上的行程开关）实验六：密码锁模拟控制实验（人为设定解锁输入次数，利用PLC的输入按钮来模拟解锁按键）实验七：基于位移传感器的模拟量标定实验（标定位移-电流-数值）实验八：脉冲输出与高速计数器实验（旋转编码器的运用）实验九：基于PLC及变频器的电动机远程控制实验（变频器连接电机，然后plc输出端连接到变频的多功能输入端，实现远程控制，包括启停和多段调速）实验十：电动机正反转PLC控制实验。（利用PLC的程序控制，来实现电机的正反转）下面我就对这十个实验项目一一给出设计画面：在画面上点击基本项目按钮后，进入如图5-9所示的画面图5-9具有点动调整功能的电动机启

47、停控制实验界面此界面中，按下启动按钮1，电动机就开始运转（电机不变色）；按下点动按钮3，控制电机能实现电动控制（电动机会闪烁）；按下连续运动按钮4，电动机能连续运转（电动机会变为绿色）；按下停止按钮2，不论电机处于什么状态，都可以停止。图5-10 交流电动机Y-降压启动的PLC控制实验界面此界面中，PLC的程序已编好，当按下启动按钮时，电动机采用星型降压启动，电动机相应变为蓝色，15秒后自动转至三角形正常运转，电动机相应的变为绿色。按下停止按钮时，不论此时电动机处于什么状态，电动机都将停止运转。图5-10三台电动机Y-降压顺序启动逆序停止的PLC控制实验在此界面中，当按下启动按钮后，电动机1采用星型运转，相应的指示灯变亮；电动机1运转15秒后自动到三角形运转。随后，电动机2和3相应的采用星型运转和三角形运转，相应的指示灯也随之亮熄。按下停止按钮时电