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1 引言
KDF2纖維濾棒成型機(jī)組是煙廠生產(chǎn)卷煙濾棒的設(shè)備。然而，隨著最初引進(jìn)到現(xiàn)在十幾年時(shí)間的流逝，KDF2機(jī)組雖然經(jīng)過(guò)數(shù)次改良，但是其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)逐漸顯示出技術(shù)上的局限性——結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在漏油隱患。為此，我們通過(guò)技術(shù)收集和市場(chǎng)調(diào)查后，決定采用伺服傳動(dòng)系統(tǒng)代替機(jī)械傳動(dòng)以及速度更快、歐洲國(guó)家生產(chǎn)的PLC對(duì)原有機(jī)組進(jìn)行升級(jí)改造。同時(shí)，原有的彩色觸摸屏無(wú)論從顯示尺寸還是色彩選擇或著功能設(shè)計(jì)上都尷尬地面臨著技術(shù)進(jìn)步所帶來(lái)的淘汰境地。
為此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)新的控制系統(tǒng)時(shí)，決定同時(shí)對(duì)其人機(jī)界面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

2 纖維濾棒成型機(jī)組改造后控制、顯示和傳動(dòng)系統(tǒng)的基本框圖
纖維濾棒成型機(jī)組在改進(jìn)后，它的控制、顯示和傳動(dòng)系統(tǒng)采用了Lenze公司的伺服系統(tǒng)、Digital公司的觸摸屏和Siemens公司的PLC，它們分別通過(guò)MPI和PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通訊與控制。其基本框圖如圖1所示：


圖1 纖維濾棒成型機(jī)組控制和傳動(dòng)系統(tǒng)

3 機(jī)組運(yùn)行原理
纖維濾棒成型機(jī)通過(guò)對(duì)絲束進(jìn)行二次開(kāi)松、增塑劑添加、卷制成形、刀盤切斷和排列裝盤的過(guò)程生產(chǎn)濾棒。其主要過(guò)程如圖2


圖2纖維濾棒成型機(jī)的工作原理

4 相關(guān)名詞
4.1 PROFIBUS總線
PROFIBUS是PROCESS FIELD BUS的縮寫，是一種國(guó)際性的開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)。
目前世界上許多自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)廠家都為它們生產(chǎn)的設(shè)備提供PROFIBUS接口。PROFIBUS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于加工制造、過(guò)程和樓宇自動(dòng)化，是比較成熟的技術(shù)。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA 3個(gè)兼容版本。

4.2 GP2600觸摸屏
GP系列觸摸式工業(yè)圖形顯示器（簡(jiǎn)稱觸摸屏）是一種連接人類和機(jī)器的（主要為PLC）人機(jī)界面（國(guó)外稱為HMI或MMI，即Human-Machine Interface或者M(jìn)an-Machine Interface），被喻為PLC的臉面。它是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器?？捎糜趨?shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的顯示和存儲(chǔ)，并以曲線、動(dòng)畫等形式描繪自動(dòng)化控制的過(guò)程，并可簡(jiǎn)化PLC的控制程序。
GP2600T是Digital公司新的一代產(chǎn)品。在色彩方面，它提供了256色、無(wú)閃爍的真色彩模式，或者是64色、三種閃爍效果的仿真色彩模式；在尺寸方面，其大小為317mm*243mm，有效顯示大小為246mm*184.5mm；在色素方面，其像素為800*600；在字體方面，它支持所有bbbbbbs提供的字體。
GP2600的主要作用如下：
Ø 監(jiān)視：以數(shù)據(jù)、曲線、圖形、動(dòng)畫等各種形式來(lái)反映PLC的內(nèi)部狀態(tài)，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)，從而直觀反映工業(yè)控制系統(tǒng)的流程、走向。
Ø 控制：可以通過(guò)觸摸來(lái)改變PLC內(nèi)部狀態(tài)位，存儲(chǔ)器數(shù)值，從而參與過(guò)程控制。
Ø 數(shù)據(jù)處理：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的大容量CF卡存儲(chǔ)配方數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)采樣的數(shù)據(jù)和歷史報(bào)警信息。還可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet不增加工廠成本的情況下接入工廠現(xiàn)有的局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和機(jī)器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4.3 PLC
PLC是英文Programming Logical Controller 的縮寫，中文含義是可編程邏輯控制器。PLC是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、智能化控制的控制單元。它具有抗干擾能力強(qiáng)，不易出錯(cuò)，安全、可靠，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

5 圖形界面
現(xiàn)在將介紹現(xiàn)在比較流行的幾種圖形界面的連接模式與它們的優(yōu)劣。



5.1環(huán)形連接
環(huán)形連接模式是一種比較簡(jiǎn)單的連接方式，如圖3所示。多幅畫面依次連接成一個(gè)環(huán)形。在這個(gè)環(huán)中，兩幅畫面之間的連接可以是單向連接，也可以是雙向連接。


圖3 環(huán)形連接
它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，對(duì)編程人員而言編制非常方便；缺點(diǎn)在于環(huán)形連接的可操作性比較差，這點(diǎn)特別是在多畫面、大范圍的畫面切換時(shí)。

5.2 星形連接
星形連接模式也是一種很簡(jiǎn)單的連接方式，如圖4所示。在這種連接模式下，有一幅畫面是中心畫面，其他畫面都與這幅畫面有雙向連接關(guān)系。其他畫面之間沒(méi)有連接關(guān)系。


圖4 星形連接
這種連接模式的優(yōu)點(diǎn)在于畫面切換比較簡(jiǎn)單，任何兩幅畫面只須兩次操作就可以實(shí)現(xiàn)切換，同時(shí)編程也比較方便。缺點(diǎn)在于：如果畫面比較多時(shí)，中心畫面將顯得比較凌亂，容易造成畫面主次混淆。

5.3 樹(shù)形連接
樹(shù)形連接模式是一種按種類分成不同分支的連接方式，如圖5所示。在這種模式下所有畫面按照它們的邏輯關(guān)系被分成不同分支，以它們之間的邏輯繼承關(guān)系雙向連接。如果畫面之間沒(méi)有邏輯關(guān)系或者處于同一分支下，它們之間就沒(méi)有任何。


圖5 樹(shù)形連接
這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是：它所具有邏輯關(guān)系使操作人員易于上手、其主次關(guān)系分明。進(jìn)入某個(gè)特定畫面時(shí)，只要明白它的邏輯關(guān)系就可以很快切換完成。缺點(diǎn)在于：樹(shù)形連接對(duì)于不明白其邏輯關(guān)系的新手來(lái)說(shuō)操作比較困難，對(duì)于編程人員的要求也比較高。

5.4 網(wǎng)形連接
網(wǎng)形連接模式實(shí)際上是環(huán)形連接的改進(jìn)連接方式，如圖6所示。它的畫面并沒(méi)有主次之分。在這種模式下所有的畫面兩兩之間都有雙向連接關(guān)系。


圖6 網(wǎng)形連接
這種連接的優(yōu)點(diǎn)在于，它方便了環(huán)形連接的畫面切換。但是，它的缺點(diǎn)也正在于此：多連接方式對(duì)于編程人員的要求非?？量蹋貏e是畫面很多時(shí)其編制的工作量很大。

5.5 復(fù)合連接
復(fù)合連接模式實(shí)際上就是以上兩種或者兩種以上的連接模式共同使用在一組畫面時(shí)的連接方式。
其優(yōu)點(diǎn)是可以結(jié)合不同連接模式的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到單種連接所不能達(dá)到的效果。缺點(diǎn)是編制相對(duì)復(fù)雜，對(duì)編程人員的要求很高。

6 觸摸屏設(shè)計(jì)
GP2600觸摸屏如圖7所示。它與PLC直接連接，它的存儲(chǔ)器就當(dāng)成PLC的擴(kuò)展存儲(chǔ)器。由此，PLC不需要設(shè)定它的硬件組態(tài)。


圖7 GP2600
6.1 硬件設(shè)計(jì)
在硬件方面，Pro-face的要求不高，需要一個(gè)24V/2A的直流電源和觸摸屏本身。另外，為了與PLC通訊，我們根據(jù)需要選擇了MPI接口的RS232C串行連接的方式。
6.2 軟件環(huán)境
編程上，我們采用了天任公司提供的GP6.2英文版。按系統(tǒng)要求，在PLC劃出20個(gè)16位的字地址實(shí)現(xiàn)PLC與觸摸屏之間的系統(tǒng)通訊需求。圖8所示的就是GP6.2英文版的啟動(dòng)窗口。


圖8 GP2600編程軟件啟動(dòng)窗口

6.3結(jié)構(gòu)選擇
在綜合各種考慮后，我們決定采用復(fù)合連接模式。具體來(lái)說(shuō)，整組畫面以樹(shù)形結(jié)構(gòu)為我們編制的主要方式。為避免相同分支中畫面無(wú)法切換的問(wèn)題，在這些同一分支下的畫面采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。同時(shí)，考慮到快速返回的需要，在所有畫面上配以返回首頁(yè)的按鍵。在一些報(bào)警畫面上，增加它們可以獨(dú)立彈出報(bào)警、故障解除后自動(dòng)返回前一頁(yè)的功能。
這樣做，我們既可以非常直觀地反映出控制的邏輯關(guān)系，又可以方便同一分支下畫面的切換，更實(shí)現(xiàn)了快速返回首頁(yè)的功能。但是，這樣也復(fù)雜了畫面之間的連接，對(duì)編程和糾錯(cuò)帶來(lái)一定的困難。
在實(shí)踐中這種結(jié)構(gòu)的選擇還是可以接受的：綜合幾種連接方式可以以最大的效果反映機(jī)組的狀態(tài)，并且用戶注重的是畫面的使用而不會(huì)考慮編程。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須以用戶的使用為主，而不是編制人員的難易。

7 結(jié)論與展望
新的控制、顯示和傳動(dòng)系統(tǒng)全面提高了纖維濾棒成型機(jī)組的總體性能，控制功能得到完善和提升。GP2600的應(yīng)用更增強(qiáng)了人機(jī)界面的可操作性。
考慮到今后煙廠信息集成化和網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集的需要，我們使用的GP2600可以進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控，配合S7-300 PLC的數(shù)據(jù)采集端口可實(shí)現(xiàn)煙廠全自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。



參考文獻(xiàn)

[1] Pro-face操作應(yīng)用基礎(chǔ)
[2] Pro-face高級(jí)應(yīng)用手冊(cè)
[3]GP中文操作說(shuō)明（含GP演示程序）
[4]GP中文Tag介紹