1 引 言

　　在現(xiàn)代化的生產企業(yè)中，動力能源系統(tǒng)(包括水、電、汽、暖通等環(huán)節(jié)1負責為生產部門提供長期穩(wěn)定的、滿足工藝要求的生產環(huán)境。正因為如此，動力能源系統(tǒng)也占據(jù)了企業(yè)最重要的運營能耗成本，動力能源系統(tǒng)的持久穩(wěn)定和效率高低直接關系到企業(yè)生產的質量和企業(yè)的經濟效益.以往企業(yè)常常投入大量人力物力來保障其正常運轉。為有效提高企業(yè)的綜合管理水平。

　　在現(xiàn)代計算機網絡技術、現(xiàn)場總線及數(shù)據(jù)庫技術基礎之上專門針對煙草企業(yè)的特點開發(fā)出能源管理系統(tǒng)。

　　利用觸摸屏可以對能源控制系統(tǒng)迸行現(xiàn)場監(jiān)控且不用過多考慮與PLC的通信問題。由于觸摸屏體積小，重量輕，故使用觸摸屏進行監(jiān)控，雖不能完全替代PC機，但可以彌補Pc機移動性差的弱點.這能為工程師在現(xiàn)場調控提供極大的便利，并且觸摸屏特殊的操作方式會使得監(jiān)控更加的直觀。

　　WinCC Flexible 2005軟件是WinCC組態(tài)軟件的一個組件，利用它，我們可以在觸摸屏上進行人機界面的設計。無論是從PLC進行數(shù)據(jù)采集，或是對PLC進行控制，都能夠按照用戶的實際需要進行“量身定做”。

　　2 系統(tǒng)結構

　　整個能源管理系統(tǒng)分為上位機和下位機兩個部分：

　　上位機，即監(jiān)控子站由HMI及Pc機組成，負責顯示人機交互界面，實時反映生產過程的各種數(shù)據(jù).接受操作人員的控制命令;下位機，即控制主站由西門子PLC組成，負責采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)及控制硬件設備。上位機與下位機通過工業(yè)以太網與兩臺冗余結構的SCADA服務器相連，從而實現(xiàn)對PLC及HMI交換信息及指令。如圖1所示：

圖1 能源管理系統(tǒng)結構圖

　　2.1 PLC介紹

　　PLC(Programmable logic Controller)，即可編程邏輯控制器，是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動化控制技術和通信技術而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。本系統(tǒng)中使用了西門子公司的S7-300系列PLC，它采用模塊結構，其可靠性高，抗干擾能力強。具有高速計算能力，適用于及其快速的過程處理及對數(shù)據(jù)處理能力有特別要求的中小型自動化控制系統(tǒng)。不過，西門子300系列PLC自帶的組態(tài)功能可視化效果較差，遠遠不能達到客戶的需求。因此，常使用與之匹配的組態(tài)軟件(本項工程中使用西門子公司WinCC Flexible系列軟件)來實現(xiàn)監(jiān)控功能。

　　2.2 HMI介紹

　　HMI是Human Machine Interface的縮寫，即人機界面(人機接口)。人機界面產品則是一種包含硬件和軟件的人機交互設備。它已經從用于監(jiān)視活動的簡單設備發(fā)展成用來監(jiān)控、分析過程與系統(tǒng)的復雜而成熟的工具?；谇度胧郊夹g的工業(yè)人機界面能夠理想、生動地顯示PLC，單片機等工業(yè)設備上的數(shù)據(jù)信息，功能強大，使用方便。它作為PLC等控制設備的上端設備在用戶和機器之間架設了一條橋梁，其硬件為嵌入式智能人機界面：其軟件為嵌入式操作系統(tǒng)。另加自己開發(fā)的應用程序。本系統(tǒng)中采用西門子公司MP 370觸摸屏，嵌入式系統(tǒng)為WinCE，使用為某煙草企業(yè)所開發(fā)的能源管理系統(tǒng)進行控制。

　　2.3 硬件配置

　　在S7-300機架上安裝電源模塊PS 307 5A、CPU 315-2 DP、數(shù)/模輸入輸出模塊、CP343—1 Lean;觸摸屏采用西門子公司的MP 370 Touch;以太網交換機。

　　2.4 軟件配置

　　軟件采用STEP V5.3，Wincc Flexible 2005。

　　3 HMI與PLC的通信

　　3.1 PLC的配置

　　首先搭建PLC平臺，然后通過CP 341-1 Lean，交換機以及工業(yè)以太網將PLC與上位機連接，并對其進行配置。

　　3.1.1 PLC硬件配置

　　打開SIMATIC Manager，新建一個項目，在新建的項目總插入一個SIMATIC 300的站點，然后將其重命名為STATION1。雙擊STATION1中的Hardware，進入HW Config界面。在界面右側的目錄中選擇PLC的各種模塊，首先插入S7-300的支架RAIL，然后在1號插槽插入電源模塊。在2號插槽插入CPU314C-2DP模塊，在4號插槽插入CP341-1 Lean通信模塊。雙擊CP341-1 Lean通信模塊，CP341-1 Lean屬性窗體中新建網絡連接并設置IP地址，例如192.168.1.21，最后編譯并保存。

　　3.1.2 DB塊的建立

　　在SIMATIC Manager中選中STATION1中的Blocks，在里面插入一個Data Block，命名為DB1。雙擊DB1，設置一個一定大小的數(shù)據(jù)，作為以后通信的數(shù)據(jù)源。根據(jù)需要可以添加多個DB塊使用。

　　3.1.3 下載組態(tài)信息

　　為了下載相關的數(shù)據(jù)下載到PLC中，先要設置下載方式。在Set PG/PC Interface窗體中選擇PC Adapter(MPI)，并在其屬性窗口的本地連接中選擇USB方式。將西門子PC適配器分別與PLC的MPI接口和計算機的USB接口連接起來，SIMATIC Manager中選擇STATION1，然后點擊Download按鈕，完成下載。

　　3.2 WinCC Flexible 2005的配置

　　首先，選擇Project菜單下New選項，新建一個項目。在Device selection界面中選擇使用的觸摸屏型號，這個項目中所使用的觸摸屏型號為“MP 370 12”Touch”。在communication選項下connections界面中設置觸摸屏與PLC的連接方式為Ethernet”，觸摸屏IP地址為“192.168.1.137”;PLC IP地址為“192.168.1.21”，expansion slot設為“2”。在communication選項下Tags界面中添加在PLC中所劃分好的系統(tǒng)內外標簽，以備編輯人機界面時使用。在Device setting下Languages and Fonts界面中，設置好所需使用的中英文字體。使用管理員編輯器設定管理操作權限，系統(tǒng)共設有三種權限，管理員和操作員和一般用戶。管理員可進行包括系統(tǒng)管理的任何餐桌。操作員是可進行畫面監(jiān)視、操作參數(shù)的設定、退出系統(tǒng)等操作。操作員是可進行畫面監(jiān)視、操作參數(shù)的設定、退出系統(tǒng)等操作，但不允許對工程參數(shù)，如冷卻水壓力等參數(shù)進行更改。一般用戶只能進行畫面的監(jiān)視等操作。

　　3.3 HMI的配置

　　MP 370采用Windows CE操作系統(tǒng)，為了使其與WinCC Flexible的版本匹配，首先應進入MP 370系統(tǒng)控制面板，設置其IP地址為“192.168.1.137”，連接方式為“Ethernet”。然后使用Prosave工具更新MP 370操作系統(tǒng)。打開Prosave工具，在“常規(guī)”選項下選擇設備類型為“MP 370 Touch”，連接方式“Ethernet”，IP地址為“192.168.1.137”，然后在“OS更新”選項下選擇讀取(MP370_V7_1_1_0.img)鏡像文件(此鏡像在Wincc Flexible 2005)的WinCC Flexible Images文件夾下)，連接成功后便可更新操作操作系統(tǒng)。

　　在操作系統(tǒng)更新后，進入Windows CE控制面板，再次設置IP地址和連接方式為上述值，并更改區(qū)域設置為英國或美國，默認為德國，否則小數(shù)點會以逗號表示，不符合常用習慣。

　　4 畫面組態(tài)

　　以某煙草企業(yè)所采用的空調能源管理系統(tǒng)負壓站部分為例。

　　系統(tǒng)的主菜單主要分為：狀態(tài)顯示、歷史曲線、操作參數(shù)、工程參數(shù)、系統(tǒng)幫助、系統(tǒng)注銷等幾部分，每個功能塊上都有相應的圖形和文字，以便識別。此外，需要為操作參數(shù)和工程參數(shù)設置操作權限，以防止誤操作等。

　　4.1 狀態(tài)顯示

　　狀態(tài)顯示圖以圖形化的方式向用戶展示了整個系統(tǒng)的工藝流程和系統(tǒng)各個位置的工藝參數(shù)。一方面，用戶 可以很直觀地觀測到系統(tǒng)的總體結構和各測點的實時數(shù)據(jù);另一方面也為用戶提供了一個方便的直接操作和設定的圖形化人機操作界面。從流程畫面中，用戶可以了解各個測點的當前溫度、壓力值，極大地方便了值班記錄人員的抄錄工作。操作人員可以通過這些參數(shù)了解真空泵的工作情況，并及時發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，出現(xiàn)故障的設備將閃動紅色故障標志，閥門的開關狀態(tài)直觀的通過閥門顏色(紅色關閉、綠色開啟)表現(xiàn)。左下角的“系統(tǒng)停止(開啟)”、“測試(運行)模式”、“設備運行時間復位”等三個按鈕可以方便操作人員的控制，但設置了密碼，只供擁有相關權限人員使用，從而避免誤操作，以防帶來不必要的損失。

　　4.2 歷史曲線

　　曲線顯示功能主要用于記錄、顯示系統(tǒng)中各測點溫度、濕度、壓力的歷史數(shù)據(jù)及變化趨勢圖，并以多種顏色將它們加以區(qū)分。通過此圖，用戶可以了解到系統(tǒng)在過去一段時間中的運行情況。曲線的采樣間隔為3分鐘，在曲線下面的數(shù)據(jù)框中，可以翻查它們任意時刻的數(shù)值。

　　4.3 工程參數(shù)

　　工程參數(shù)是專為工程技術人員調整寫完危機工作狀態(tài)而設計的，用戶可以在工程參數(shù)中對一些參數(shù)值進行設置。例如儲氣罐出口壓力設定、冷卻水壓力設定、冷卻水泵變頻P參數(shù)設定等。

　　工程參數(shù)的設置對系統(tǒng)有著非常重要的意義，為防止造成系統(tǒng)不能正常工作或顯示有誤等問題，我們專門設計了密碼保護，非管理員級的密碼不能進入功能參數(shù)頁面進行設置和修改。

　　4.4 操作參數(shù)

　　在操作參數(shù)中，用戶可以控制真空泵、閥門等的開關，還可以調節(jié)變頻器參數(shù)。

　　在設計時采用了密碼保護，只允許操作員級別以上權限者修改，以防非工作人員誤操作，造成控制失誤。密碼輸入錯誤時，將不能進入該頁面進行各操作參數(shù)的設定或修改。

　　4.5 系統(tǒng)幫助

　　用戶可以從系統(tǒng)幫助中查詢參數(shù)定義、權限分類等有用的信息，以幫助用戶快速上手。

　　4.6 系統(tǒng)注銷

　　當用戶登陸管理系統(tǒng)后，若3分鐘以內沒有進行操作，系統(tǒng)會自動注銷當前用戶。但為了防止在此期間發(fā)生誤操作，特別設置系統(tǒng)注銷按鈕，用以手動注銷。

　　5 結束語

　　能源管理系統(tǒng)在煙草行業(yè)中的作用越來越重要，HMI設備以其簡單方便的控制方式以及直觀明了的監(jiān)控畫面使得能源控制管理系統(tǒng)更加具有效率，從而使得煙草行業(yè)的質量和產量得到提高。本文根據(jù)HMI設備在某煙草企業(yè)的實際應用情況，主要介紹了軟硬件的配置及監(jiān)控畫面組態(tài)，根據(jù)用戶使用需要，還可以增加報表打印，報警歷史等部分，做到按需設計，方便用戶使用，滿足用戶要求。該系統(tǒng)經過實際驗證，目前運行良好。

　　本文創(chuàng)新點在于將HMI監(jiān)控及工業(yè)組態(tài)技術引入煙草行業(yè)能源管理系統(tǒng)中，取代了傳統(tǒng)的DCS控制，能夠較大的提升生產效率，降低操作人員勞動強度，具有較好的經濟效益。