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人機界面設(shè)計是指通過一定的手段對用戶界面有目標和計劃的一種創(chuàng)作活動。大部分為商業(yè)性質(zhì)、少部分為藝術(shù)性質(zhì)。人機界面（Human Computer Interface，簡稱HCI）通常也稱為用戶界面
人機界面設(shè)計主要包括三個方面：
設(shè)計軟件構(gòu)件之間的接口
設(shè)計模塊和其他非人的信息生產(chǎn)者和消費者的界面
設(shè)計人（如用戶）和計算機間的界面
人機界面是計算機科學和認知心理學兩大學科相結(jié)合的產(chǎn)物，同時也吸收了語言學、人機工程學和社會學等學科的研究成果。經(jīng)過40余年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門以研究用戶及其與計算機的關(guān)系為特征的主流學科之一。近年來，人機界面的設(shè)計理論已經(jīng)更廣泛地發(fā)展和應(yīng)用到人一機一環(huán)境系統(tǒng)工程等領(lǐng)域，使工程技術(shù)設(shè)計與使用者的身心行為特點相適應(yīng)，從而使人能夠高效、舒適地工作與生活。
中文名人機界面設(shè)計

2 人機界面設(shè)計思想
編輯

計算機按照機器的特性去行為，人按照自己的方式去思維和行為。要把人的思維和行為轉(zhuǎn)換成機器可以接受的方式，把機器的行為方式轉(zhuǎn)換成人可以接受的方式，這個轉(zhuǎn)換就是人機界面。使計算機在人機界面上適應(yīng)人的思維特性和行動特性，這就是“以人為本”的人機界面設(shè)計思想。
一個友好美觀的界面會給人帶來舒適的視覺享受，拉近人與電腦的距離，為商家創(chuàng)造賣點。界面設(shè)計不是單純的美術(shù)繪畫，他需要定位使用者、使用環(huán)境、使用方式并且為最終用戶而設(shè)計，是純粹的科學性的藝術(shù)設(shè)計。檢驗一個界面的標準既不是某個項目開發(fā)組領(lǐng)導(dǎo)的意見也不是項目成員投票的結(jié)果，而是最終用戶的感受。所以界面設(shè)計要和用戶研究緊密結(jié)合，是一個不斷為最終用戶設(shè)計滿意視覺效果的過程

S7-200系列PLC和MT-500系列觸摸屏在工業(yè)生產(chǎn)線上的應(yīng)用舉例

在市場經(jīng)濟激烈競爭的今天，冰箱內(nèi)膽的制做上各有各的特點，針對我們的產(chǎn)品會給你帶來更多的方便，給你的生產(chǎn)效率大大的提高。

 

一、概述

 

    在冰箱生產(chǎn)線的設(shè)備中，單工位真空成型機系統(tǒng)使用非常普及，對每種不同的冰箱型號都要對工藝的參數(shù)和模具進行調(diào)整，隨著PLC的國產(chǎn)化和成本的不斷降低，PLC在工業(yè)生產(chǎn)線的節(jié)能及提高生產(chǎn)效率等主面起到日趨重要的作用。

 

    針對單工位真空成型機控制系統(tǒng)的工作環(huán)境和節(jié)能性、高效率性要求使用的PLC響應(yīng)速度快，操作方便。所以我們推出的西門子S7-200系列PLC和威綸通公司提供的MT-500系列觸摸屏組成的單工位真空成型機完全可以完成以上的工業(yè)要求。

 

    西門子S7-200系列PLC以非常高的可靠性和低成本優(yōu)勢成為工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場控制器的首選。它能適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境強電磁干擾及高溫度，高濕度的場合。

 

    本系統(tǒng)核心采用西門子CPU226為模塊，再加入O/I擴展模塊EM223，EM222，及模擬量輸入模塊EM231，輸出模塊EM232組成；能夠完成自動、手動和調(diào)整的三種工作狀態(tài)，給操作人員帶來了很大的方便。

 

    CPU226模塊有兩個RS485接口，點對點接口（PPI）多點接口（MPI）PROFIBUS在使用上非常方便，一個可以用于觸摸屏的控制，一個可以用于和其它公司模塊之間的通訊。

 

    人機介面采用觸摸屏方式簡單可靠，特別適用工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境衛(wèi)使用。通訊采用西門子特有的PPI協(xié)議使用RS485通訊線可靠通訊距離可以達到50米。

 

二、人機界面

 

1、主界面介紹，如圖1，開機進入系統(tǒng)主界面選擇需要的工作方式和對參數(shù)的調(diào)整等。如選擇自動工作模式，圖中的自動按鈕會切換到開的狀態(tài)，在機器處于無故障條件下，按此按鈕后板材放好按一下自動循環(huán)按鈕，系統(tǒng)回自動完成一件產(chǎn)品的生產(chǎn)工作。如選擇調(diào)整界面或是選擇手動界面系統(tǒng)就會進入相應(yīng)的控制面板進入相應(yīng)的模式，這兩種模式是針對對機器的維修維護和換模而使用的。

圖1 人機界面 

 

2、當系統(tǒng)進入自動運行控制面板后，可以通過位狀態(tài)指示燈了解單工位真空成型機的運行情況，循環(huán)起動多功能按鈕在不同的運行狀態(tài)下可以，完成循環(huán)起動-------->加熱結(jié)束-------->冷卻結(jié)束，三種功能。

 

3、自動工作循環(huán)動作順序：

上料-------->按循環(huán)起動按鈕-------->壓邊框快速下降-------->壓邊框慢速下降到位-------->上下加熱板快速前進-------->上下加熱板慢速前進到位-------->加熱板開始加熱-------->A：正常；設(shè)定加熱時間到-------->

B：異常；板料下垂-------->電保護開關(guān)-------->

C：人工按（加熱結(jié)束按鈕）按鈕-------->

上下加熱板快速后退————上下加熱板慢速后退到位—

D：模架延時上-------->設(shè)定時間到-------->模架快速上行-------->模架慢速上行到位-------->

E：1次吹泡-------->設(shè)定時間到-------->2次吹泡-------->設(shè)定時間到-------->

慢速抽真空-------->設(shè)定時間到-------->快速抽真空-------->設(shè)定時間到-------->（選擇輔壓框），輔壓框快速下降-------->輔壓框慢速下降-------->保壓-------->保壓時間到-------->延時冷卻-------->設(shè)定時間到-------->冷卻風機開-------->設(shè)定時間到-------->風機停-------->消真空-------->設(shè)定時間到-------->脫模吹氣-------->設(shè)定時間到-------->抽芯回，模架延時下-------->設(shè)定時間到-------->模架比例慢速下降到位-------->抽芯復(fù)位，同時壓邊框快速上升-------->壓邊框慢速上升-------->卸料，一個工作循環(huán)結(jié)束。同時在執(zhí)行動作時如發(fā)生意外可以按急停按鈕，動作立即停止；所有動作在觸摸屏界面上都有模擬顯示。

 

4、 參數(shù)調(diào)整：通過觸摸參數(shù)調(diào)整屏界面對生產(chǎn)工藝中的產(chǎn)品型號、動作時間設(shè)定、溫度設(shè)定、速度設(shè)定、加熱板加熱位置及加熱功率百分比。

 

5、進入產(chǎn)品選擇界面，根據(jù)需要選擇符合和產(chǎn)品工藝對應(yīng)產(chǎn)品后確認。

 

6、其它的參數(shù)調(diào)整進入對應(yīng)的調(diào)整介面，根據(jù)產(chǎn)品的工藝卡要求進行調(diào)整。

 

7、根據(jù)不同的產(chǎn)品和型號來調(diào)整上下加熱板的溫度：每種產(chǎn)品有產(chǎn)品節(jié)拍和產(chǎn)量記數(shù)，使用起來輕松自如。

 

三、換模與維護維修

 

1、換模時可以把模式轉(zhuǎn)換到調(diào)整位，進行必要的操作。

2、機器出現(xiàn)故障維修時，本系統(tǒng)配置了狀態(tài)信號顯示面板。

3、機器出現(xiàn)故障維修時，在調(diào)整手動狀態(tài)下還可以使用操作按鈕面板上的按鈕來控制。

4、本系統(tǒng)采用了編程的方式將系統(tǒng)出現(xiàn)的常見故障輸入到PLC中，會在人機界面上顯示當前的故障，給維護人員帶來更大的方便。

 

四、注意事項：

 

1、實施接線時，務(wù)必關(guān)閉電源。

 

2、控制柜電源必須采用符合標準的三相五線制供電，所有設(shè)備體上之接地端子務(wù)必正確的接地，可提高產(chǎn)品的安全性。

 

3、交流電源不可連接于行程開關(guān)等信號端，否則可能造成嚴重的損壞，因此在通電前請再次確認接線是否正確。

 

4、為了防止干擾，觸摸屏與控制柜之間的連線請務(wù)必使用有被覆的屏蔽線，且不可與AC200V以上的回路并排走向。

 

五、PLC程序的編制：

 

    西門子S7-200使用西門子的STEP 7-MicroWIN 進行方便快捷的編程，它可以在STL、梯形圖、FBD邏輯方框圖之間切換編程，豐富的指令集基本上可以滿足中小型設(shè)備的應(yīng)用。

部分梯形圖：

西門子的工業(yè)控制軟件的三種類型介紹：

西門子的工業(yè)軟件分為三個不同的種類：

（1）編程和工程工具 編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護等控制所需的工具。STEP 7標準軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護的項目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。

（2）基于PC的控制軟件 基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個人計算機作為可編程序控制器（PLC）運行用戶的程序，運行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機或其它任何商用機。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計算機上作為視窗任務(wù)運行。另一種是插槽PLC（在用戶計算機上安裝一個PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運行在WinAC上，也可運行在S7系列處理器上。

（3）人機界面軟件 人機界面軟件為用戶自動化項目提供人機界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺。人機界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機器級的ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級的WinCC。

ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標準PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態(tài)標準PC和所有西門子HMI產(chǎn)品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運行版也用于Windows平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。

WinCC是一個真正開放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標準PC上運行。WinCC操作簡單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項目開發(fā)時間。它的設(shè)計適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其最新的WinCC5.0支持在辦公室通過IE瀏覽器動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過程.

一、人機界面無響應(yīng)，按觸摸任何部位都無響應(yīng)。
處理方法：遇到這種情況，首先檢查各接線接口是否出現(xiàn)松動，然后檢查串口及中斷號是否有沖突，如果是由于沖突引起的，那么應(yīng)調(diào)整資源，避開沖突。
其次，檢查人機界面表面是否出現(xiàn)裂縫，如發(fā)現(xiàn)有裂縫應(yīng)及時更換。此外，還需要檢查人機界面表面是否有塵垢，若有，用軟布進行清除。觀察檢查控制盒上的指示燈是否工作正常，正常時，指示燈為綠色，并且閃爍。
如果上面的部分均正常，可用替換法檢查人機界面，先替換控制盒，再替換觸摸屏，最后替換主機。
二、人機界面正常但電腦不能操作。一臺人機界面，經(jīng)試驗其本身一切正常，但接上主機后，電腦不能操作。
處理方法：對于這種情況，原因有二。其一，可能是人機界面驅(qū)動程序版本過低，需要安裝最新的驅(qū)動程序。其二，可能是在主機啟動裝載人機界面驅(qū)動程序之前，人機界面控制卡接收到操作信號，只需重新斷電后，再啟動計算機即可。
三、觸摸不準。一臺表面聲波人機界面，用手指觸摸顯示器屏幕的部位不能正常地完成對應(yīng)的操作。
處理方法：這種現(xiàn)象有2種原因。第一種可能是聲波屏的反射條紋受到輕微破壞，如果遇到這種情況則將無法完全修復(fù)；第二種可能是聲波人機界面在使用一段時間后，屏四周的反射條紋上面被灰塵覆蓋，可用一塊干的軟布進行擦拭，然后斷電、重新啟動計算機并重新校準。

S7—200PLC系統(tǒng)主機（CPU）模塊的外形和模塊功能簡介

S7—200系統(tǒng)CPU 22*系列PLC主機(CPU模塊)的外形如圖1所示。S7—200CPU模塊包括一個中央處理單元、存儲器、電源以及數(shù)字I／O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。CPU負責執(zhí)行程序，以便對工業(yè)自動化控制任務(wù)或過程進行控制。輸人部分從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，控制工業(yè)過程中的設(shè)備。

圖1 CPU 22*系列PLC的CPU外形

從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7—200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU 21*，現(xiàn)已停產(chǎn)。第二代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU 22*，是在21世紀初投放市場的。其速度快，具有極強的通訊能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元。

(1)CPU 221 CPU 221具有6輸入／4輸出，共計10個點的I／O，無擴展能力，有6 KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。還具有4個獨立的30 kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20 kHz高速脈沖輸出端，1個RS—485通訊／編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由通訊方式。非常適合于小點數(shù)的控制系統(tǒng)。

(2)CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外，其不同點在于：它有8輸人／6輸出，共計14點I／O?？梢詭蓚€擴展模塊，最多擴展8路模擬量和64個I／O，因此是更廣泛的全功能控制器。

(3)CPU 224 它在CPU 222的基礎(chǔ)上使主機的輸入輸出點數(shù)增為24點，有14輸入／10輸出，可以帶7個擴展模塊，最大可擴展為168點數(shù)字量或者35點模擬量的輸入和輸出；存儲容量也進一步增加，有內(nèi)置時鐘，還增加了一些數(shù)學指令和高速計數(shù)器的數(shù)量，具有較強的控制能力。

(4)CPU 226 這種模塊在CPU 224的基礎(chǔ)上功能又進一步增強，有24輸入／16輸出，主機輸入和輸出點數(shù)增到40點，最大可擴展為248點數(shù)字量或35點模擬量；增加了通訊口的數(shù)量，通訊能力大大增強；它可用于點數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。
現(xiàn)在西門子公司新推出了一種增強型的CPU 226XM，它在用戶程序存儲容量上擴大到8K字，其他指標和CPU 226相同。

每一款主機模塊上都集成了24V直流電源，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行機構(gòu)。利用EEPROM存儲存儲程序和配置信息。用戶數(shù)據(jù)可通過主機的超級電容存儲若干天，電池模塊可選，可使數(shù)據(jù)的存儲時間延長到200天。可以用普通輸入端子捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號，利用中斷輸入，允許以極快的速度對信號的上升沿做出響應(yīng)。速度為30 kHz的高速計數(shù)器可以編程，并具有復(fù)位輸入端，多個獨立的輸入端，可同時用作加減計數(shù)，可以連接相應(yīng)數(shù)量的相位差為90度的A／B相增量編碼器。2路最大可達20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動步進電機和伺服電機以實現(xiàn)準確定位任務(wù)?？梢杂媚K上的電位器來改變它對應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以即時更改程序運行中的一些參數(shù)，如定時／計數(shù)器的設(shè)定值、過程量的控制參數(shù)等。實時時鐘可用以對信息加注時間標記，記錄機器運行時間或?qū)^程進行時間控制。

S7-200PLC中斷優(yōu)先級和排對等候

優(yōu)先級是指多個中斷事件同時發(fā)出中斷請求時，CPU對中斷事件響應(yīng)的優(yōu)先次序。S7-200規(guī)定的中斷優(yōu)先由高到低依次是：通信中斷、I/O中斷和定時中斷。每類中斷中不同的中斷事件又有不同的優(yōu)先權(quán)，如表2所示。

一個程序中總共可有128個中斷。S7-200在各自的優(yōu)先級組內(nèi)按照先來先服務(wù)的原則為中斷提供服務(wù)。在任何時刻，只能執(zhí)行一個中斷程序。一旦一個中斷程序開始執(zhí)行，則一直執(zhí)行至完成。不能被另一個中斷程序打斷，即使是更高優(yōu)先級的中斷程序。中斷程序執(zhí)行中，新的中斷請求按優(yōu)先級排隊等候。中斷隊列能保存的中斷個數(shù)有限，若超出，則會產(chǎn)生溢出。中斷隊列的最多中斷個數(shù)和溢出標志位如表3所示。

表2中斷事件及優(yōu)先級

優(yōu)先級分組	組內(nèi)優(yōu)先級	中斷事件號	中斷事件說明	中斷事件類別
通信中斷	0	8	通信口0：接收字符	通信口0
	0	9	通信口0：發(fā)送完成
	0	23	通信口0：接收信息完成
	1	24	通信口1：接收信息完成	通信口1
	1	25	通信口1：接收字符
	1	26	通信口1：發(fā)送完成
I/O中斷	0	19	PTO 0脈沖串輸出完成中斷	脈沖輸出
	1	20	PTO 1脈沖串輸出完成中斷
	2	0	I0.0上升沿中斷	外部輸入
	3	2	I0.1上升沿中斷
	4	4	I0.2上升沿中斷
	5	6	I0.3上升沿中斷
	6	1	10.0下降沿中斷
	7	3	I0.1下降沿中斷
	8	5	I0.2下降沿中斷
	9	7	I0.3下降沿中斷
	10	12	HSC0當前值=預(yù)置值中斷	高速計數(shù)器
	11	27	HSC0計數(shù)方向改變中斷
	12	28	HSC0外部復(fù)位中斷
	13	13	HSC1當前值=預(yù)置值中斷
	14	14	HSC1計數(shù)方向改變中斷
	15	15	HSC1外部復(fù)位中斷
	16	16	HSC2當前值=預(yù)置值中斷
	17	17	HSC2計數(shù)方向改變中斷
	18	18	HSC2外部復(fù)位中斷
	19	32	HSC3當前值=預(yù)置值中斷
	20	29	HSC4當前值=預(yù)置值中斷
	21	30	HSC4計數(shù)方向改變
	22	31	HSC4外部復(fù)位
	23	33	HSC5當前值=預(yù)置值中斷
定時中斷	0	10	定時中斷0	定時
	1	11	定時中斷1
	2	21	定時器T32 CT=PT中斷	定時器
	3	22	定時器T96 CT=PT中斷

表3  中斷隊列的最多中斷個數(shù)和溢出標志位

隊列	CPU 221	CPU 222	CPU 224	CPU 226和CPU 226XM	溢出標志位
通訊中斷隊列	4	4	4	8	SM4.0
I/O中斷隊列	16	16	16	16	SM4.1
定時中斷隊列	8	8	8	8	SM4.2

西門子PLC的發(fā)展史 SIMATIC商標

S7-200是西德西門子公司的產(chǎn)品之一，其注冊商標為SIMATIC。

1．西門子公司的產(chǎn)品最早是1975年投放市場的SIMATIC S3，它實際上是帶有簡單操作接口的二進制控制器；

2．1979年，S3系統(tǒng)被SIMATIC S5所取代，該系統(tǒng)廣泛地使用了微處理器；

3．20世紀80年代初，S5系統(tǒng)進一步升級——U系列PLC，較常用機型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U

4．1994年4月，S7系列誕生，它具有更國際化、更高性能等級、安裝空間更小、更良好的WINDOWS用戶界面等優(yōu)勢，其機型為：S7-200、300、400

5．1996年，在過程控制領(lǐng)域，西門子公司又提出PCS7（過程控制系統(tǒng)7）的概念，將其優(yōu)勢的WINCC（與WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工業(yè)現(xiàn)場總線）、COROS（監(jiān)控系統(tǒng)）、SINEC（西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）及控調(diào)技術(shù)溶為一體

6．現(xiàn)在，西門子公司又提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自動化系統(tǒng)，將PLC技術(shù)溶于全部自動化領(lǐng)域。

供應(yīng)西門子控制器6GK7343-1GX31-0XE0

SM 1231 模擬量輸入信號模塊允許將控制器與過程中的模擬信號連接。

這為用戶提供了下列優(yōu)勢：

• 最佳適應(yīng)性：
  使用模擬信號模塊，用戶可以使其控制器最佳地滿足更加復(fù)雜的任務(wù)要求
• 直接連接傳感器：
  高達 14 位的分辨率和不同的輸入范圍允許在沒有附加放大器的情況下連接傳感器
• 靈活性：
  如果任務(wù)后續(xù)有所擴展，可以升級控制器。更新用戶程序非常簡單。

使用 SM 1278 模塊，可通過一條 3 線制電纜與最多 4 個外部 IO-Link 設(shè)備或 4 個標準執(zhí)行器/傳感器進行數(shù)據(jù)交換。 由于有大量參數(shù)設(shè)置選項，可以針對通信伙伴靈活調(diào)整控制。由于 IO-Link 與標準傳感器兼容，也可在 IO-Link 主站上運行符合 IEC 61131 類型 1 的市售傳感器。

• 擴展限制
  • 電纜長度:最大 20 m
  • 每個端口最多 32 個字節(jié)輸入和輸出數(shù)據(jù)
  • 每個模塊最多 32 個字節(jié)輸入和輸出數(shù)據(jù)

LED 指示燈

• DIAG:模塊上具有運行狀態(tài)指示燈（綠色/紅色）
• C1..C4：端口 1、2、3 和 4 的端口狀態(tài)指示燈（綠色）
• Q1..Q4：端口 1、2、3 和 4 的通道狀態(tài)指示燈（綠色）
• F1..F4：端口 1、2、3 和 4 的端口故障指示燈（紅色）

根據(jù)所使用的 CPU 類型，一個 S7-1200 CPU 上可連接多達 8 個 SM 1278 模塊。