1、自動鈑金線觸摸屏界面參數輸入輸出及沖切段自動控制系統摘 要伴隨著工業技術科技的快速發展，以及自動化技術的逐步完善，我們對企業生產的自動化程度有了更高的要求，帶有人機交互界面的自動鈑金線在這樣的時代背景下廣泛的被人們開發利用，本文就此對生產線的觸摸屏界面和自動沖切段進行設計。分別介紹了自動鈑金線開發的設計方案和用到的開發軟件，然后通過對下位機PLC 300編程的簡單介紹和冒泡程序的用法進行了說明，接著對Wincc flexible介紹的過程中，按照工業流程，完整的介紹了整個自動鈑金線的操作流程及界面設計；最后介紹了PLC 300和Wincc flexible的通訊連接，簡單介紹了通訊方式的應用和

2、Wincc軟件的集成以及程序的簡單調試運行。關鍵詞：自動鈑金線 觸摸屏HMI 人機交互界面 自動沖切        Automatic sheet metal wire touch screen interface input and output parameters and punching section automatic control systemAbstractWith the rapid development of technology, industrial technology, automation techn

3、ology and the gradual improvement of the degree of automation of production have higher requirements, automatic sheet metal wire with a man-machine interface in the background of this broad been development and utilization of this paper, this touch screen interface and automatic die-cutting producti

4、on line design. Then introduced the automatic sheet metal wire used to develop design and development software, and then through the use of lower machine PLC 300 programming brief and bubbling procedures described, the process followed for Wincc flexible presentation, follow industrial processes, a

5、complete description of the operation of the interface design process and the entire auto sheet metal lines; Finally, the communication connection PLC 300 and Wincc flexible, simple, simple commissioning introduces MPI communication applications and software integration and Wincc program .Key Words:

6、 Automatic sheet metal wire; Touch Screen HMI; Interactive interface; Automatic Punching目 錄1. 緒論11.1 課題的研究背景11.2 課題的研究方向11.3 課題的研究意義22. 自動鈑金線的總體設計方案32.1 自動鈑金線的任務方案32.2 觸摸屏人機交互界面（HMI）設計方案32.3 沖切段的自動控制方案52.4 可編程控制器的選型62.4.1 PLC的定義62.4.2 PLC的選型分析62.5 鈑金生產線的驅動伺服63. 下位機S7-PLC 300軟件設計13.1 系統控制的總體流程圖13.2 I

7、/O資源分配23.3 S7-PLC 300項目的建立33.4 控制系統各部分PLC程序的開發53.4.1 初始化子程序模塊53.4.2 主程序模塊53.4.3 冒泡選擇程序63.4.4 地址讀取和存儲74. 上位機WinCC flexible人機交互界面的設計94.1 WinCC flexible的概述94.2 WinCC flexible的程序介紹104.2.1 程序的界面介紹104.2.2 界面設計的流程圖114.3 WinCC flexible的程序開發124.3.1 主界面的設計124.3.2 原位數值指示144.3.3 手動工位調整144.3.4 伺服電機設定154.3.5 產品的設

8、置164.3.6 產品的生產195. 系統的通訊和調試225.1 通訊方式的選擇225.1.1 多點連接MPI225.1.2 以太網TCP/IP225.1.3 選用MPI的原因235.2 MPI的通訊連接235.3 系統的調試255.3.1 生產線的設置265.3.2 產品設置與生產的調試286. 總結與展望32參考文獻33致謝34 35 常熟理工學院畢業設計（論文）1. 緒論1.1 課題的研究背景伴隨隨著工業技術科技的快速發展，以及自動化技術的逐步完善，在液壓、制冷、汽車、軸承、儀器、儀表和電子元件等行業中，我們對產品所需配件的加工要求越來越高，在對精度有著嚴格的要求的同時，生產效率是必須嚴

9、格把關的，這就對對企業生產的自動化程度有了更高的要求。然而傳統的生產設備在企業中因為自動化運用程度不高，這就導致了靈活性差，加工精度和生產效率并不高。或者在生產過程中，當生產不同型號的產品，在傳統的生產線中，這需要人力去重新調整各個工位的位置和參數，但是對于大型生產線來說，長距離的控制和龐大的布線，以及各種工位的精細參數都使得現場技術人員的工作量很大。這種高強度，高要求的工作量對現場操作人員技術要求較高，極大的耗費人力及財力。另一方面系統在檢查故障方面的能力也不強，一旦發生故障，工程技術人員無法及時得到報警信息，這可能造成生產線癱瘓，從而大大降低生產效率，增加生產成本。如：過去的鈑金生產線，產

10、品擁有多種型號，然而在生產過程中，機床只能生產一種配置的型號，當需要生產不同的型號的時候，就需要費時費力的對機床進行調整，然而人工調整過程中，由于精度等原因的存在，許多配件由于達不到所需的生產要求而成為廢品，給企業帶來諸多不便與損失，這嚴重影響了公司經濟效益和生產效益，也給社會造成資源的嚴重浪費，自動鈑金線的全自動操作系統就在這樣的背景下被人們開發生產出來1.2 課題的研究方向對于大多數的PLC的冰柜鈑金全自動生產線控制系統都需要一個很好的人機交互界面（HMI），這不僅讓新的用戶及時快速的學會生產線的操作，也在產品的推廣過程中提供了很大的便利。在這個自動化飛速發展的新時代，一個便捷高效的人機交

11、互界面就成為了自動沖切生產線的必須要求和配置。本課題就以上等問題進行研究設計，從而達到用戶可以根據要求隨時改變型號的配置，只需在自動鈑金線觸摸屏界面進行產品的參數輸入，就可以方便快捷的在機床上切出符合要求的產品，使得整條生產線都可以根據觸摸屏的參數輸入輸出進行鈑金線的全自動沖切。 1.3 課題的研究意義沖切段自動控制生產線的使用，使產品的數量和質量得到了極大的提高，自動沖切系統對工業生產有著重大的意義，它一方面解放了生產力，把人從勞煩的生產線解放出來，自動化的操作系統讓即使不是很精通生產線生產規格的工人也可以自己操作整個生產線的生產，減輕了操作工的勞動強度，從而取得較大的經濟效益和 社會效益。

12、另一方面，擁有自動觸摸屏人機交互界面的自動沖切系統，它規范了生產的規格，擁有統一的生產模塊，將使得產品生產變得標準化，規范化。將課題研究的意義總結為以下幾點： （）高精度性：極大地提高了冰柜鈑金產品沖切的精度，使產品實物尺寸趨于一致化，方便產品的使用。 （）可靠性：整個沖切系統在沖切過程都有實時監控的保護功能，這使得設備的使用壽被極大延長了，系統故障停機時間，產品沖切過程的穩定可靠都得到了極大的保證。 （）快捷性：通過觸摸屏操作的鈑金線操作簡單，減輕工作人員的勞動強度，提高了企業的勞動生產率。 （）自動化：采用工控計算機，通過運用觸摸屏提供了良好的人機交互界面，并且參數設定與修改、系統報警與清

13、除和重要數據保存與顯示等都提前存儲在存儲器中，只需要通過觸摸屏操作系統簡單切換產品配置型號，就可以實現全自動沖切。（）易用性：控制系統操作靈活便捷，人機交互界面簡單易懂，使用方便，可靠性高，具有極大的推廣應 用價值。2. 自動鈑金線的總體設計方案2.1 自動鈑金線的任務方案該系統用于冰柜鈑金全自動生產線控制系統，硬件配置為西門子觸摸屏、s7 -PLC 300、西門子cu320伺服系統，軟件主要使用wincc+step7.該系統用以上配置通過編程主要達成以下功能：（1）使用wincc編程在觸摸屏上完成人機交互界面設計，對不同鈑金圖紙參數的輸入、存儲、產品圖形仿真顯示。（2）用step7進行plc

14、編程對觸摸屏輸入參數進行通道存儲、排序運算后向伺服控制系統提供運動系統目標參數，通過采集各種傳感器的狀態準確控制各類執行元件的動作。（3）通過編程實現根據觸摸屏上選擇不同型號的產品流水線會根據存儲的長度、寬度及沖孔的特征和位置參數自動運算，實現鈑金生產流水線的型號間一鍵切換及整體的全自動運行。2.2 觸摸屏人機交互界面（HMI）設計方案作為一個合格且受用戶歡迎的人機界面，需要考慮很多東西，在保證能夠充分表達設計者的任務要求意外，還必須滿足用戶者使用時的習慣和操作心理。在這樣的基礎上，設計一個滿意的觸摸屏人機交互界面就需要從用戶的立場上出發，所以，課題的觸摸屏人機交互界面從以下的用戶心理學和認知

15、科學出發，努力設計一個滿意的設計成果。首先從認知心理學來分析一個好的觸摸屏如何滿足人們的應用。認識心理學，包括人們把關于感覺知覺、注意記憶、頭腦聯象等行為來了解客觀事物的過程。認知科學是在人們的認知過程中，圖像和聲音的刺激被認為是接收和記在心里以一個抽象的方式，視覺和聽覺在感知過程中形成，然后把輸入和記憶中的信息互相作對比以構成人們對外界的認知。感官、短期記憶、長期記憶和認知處理器等作為人體信息處理器，也就是常說的知覺。每一種知覺短期內存和處理器是對應的，認知的處理器執行的是人類思維的工作。思考的結果或存放，或發送到控制動作的動作處理器，控制情緒和偏好。就是說人們通過自己的外界感受來刺激自己內

16、心對外界的認識，從而產生思維，構成人們對事物的喜好，本次課題設計便從心理學和認知科學分析的目的就是設計一個建立在大多數已經有的認知心理上的人機交互界面。根據以上對用戶心理的研究提出以下基本原則作為人機交互界面設計的標準。（1）一致性原則。就是在界面控制操作、任務消息的表達等方面與用戶熟練了解的的形式盡可能一致，大多數人及時記憶大多只能記住最近看過的幾個圖畫，所以在設計中統一了模板（如圖2-1），返回按鈕安排在左下角，換頁和選擇安排在右下角，這一點考慮了大多數用戶右手操作的習慣，同時在每一個子畫面的上眉頭都標明所在子畫面名稱（如圖2-1）。圖2-1 設計部分方案圖（2）兼容性。在用戶期盼和實際界

17、面策劃之間保持兼容性，基于用戶以前的操作經驗，集成原來的操作習慣，同時在此基礎上改進翻新。（3）適應性。用戶應該在一個控制的位置，使界面適應用戶多個方面。（4）指導性。界面 “以客戶為中心”。這一點在設計中采用順序結構，按照結構的先后順序操作，就可以完成生產線的操作與調整。（5）結構性。為了降低復雜性，界面設計應該是結構化的。在設計中采用三級層次設計，界面顏色深度層次遞減。2.3 沖切段的自動控制方案由于實際自動鈑金生產線過于龐大，課題選取前四個工位作為沖切段的控制方案（觸摸屏做的是整體生產線的設計）。前四個工位包括QHB-1 上料工位、QHB-2 沖鉸鏈孔前板料定位工位、QBH-3 沖鉸鏈孔

18、工位、QBH-4 底腳孔1及中間底腳孔工位。圖2-2 產品型號圖紙在設計中，需要控制四個工位的進板，沖切和出板等等，在沖切的過程中，由于多個沖切孔分散在板的整個面板中（如圖2-3）。在沖切過程中因為機械手是固定的，而且板子只能前進不能后退，這就需要按照多個機械手對應的多個沖切孔的先后順序進行優先選擇沖切。例如：溫控器沖切孔與沖鉸鏈沖切孔這兩種沖切孔，溫控器沖切機械手在前，沖鉸鏈沖切機械手在后，在上板過程中，假如兩個沖切孔之間的距離大于機械手之間的距離，在沖切過程中，就需要先進行沖鉸鏈沖切孔的沖切，不能因為溫控器的機械手在前而啟動。根據上面的例子需要進行算法演算和控制，經過思考和參考資料，最終沖

19、切段自動控制方案選擇運用編碼器和冒泡排序相結合的方法。2.4 可編程控制器的選型2.4.1 PLC的定義美國一家公司在二十世紀七十年代，成功研發出全球第一臺可編程控制器，它由微機技術和繼電器通常控制觀念組合得到，隨后在美國一家汽車公司的生產線上，進行了試驗并取得成功。當時的社會只可運用邏輯運算，是以它最后被取名為：可編程邏輯控制器，簡稱PLC（programmable logic controller）。從某種意義上說，PLC也算計算機系統的一種，但是它與工業過程相接連的輸入/輸出接口，比普通的計算機更強大，更適用于編寫控制程序語言，更適應于工業環境的抗干擾性能。 2.4.2 PLC的選型分析

20、S7-PLC -300屬于模擬式中小型PLC，擁有獨立的CPU、電源等各個模塊，它的軌道機架是非常標準的， U形總線通過每一個模塊背后的總線連接器連接各個模塊。通常情況下，機架從左到右依次是電源模塊，CPU模塊，IM接口模塊，接著是端口模塊。S7-PLC 300的編程軟件和硬件配置導軌，導軌槽數：11。1號槽電源，CPU在2號槽，IM在3號槽，4號插槽到11插槽可以被放置其他模塊。如：DI、DO、AI、AO、FM和CP等。S7-PLC 300一般采用梯形圖語言編程進行基本控制，它與繼電器控制電路圖能夠相互呼應，梯形圖因為形式簡單、直觀性強，而且相對于匯編語言，梯形圖出錯率低容易編寫和修改，并且

21、梯形圖、流程圖和語句表相互間在一定的條件下可以進行相互轉換。深總結選用PLC 300控制原因有以下幾點：（1）通用性強、靈活性好、功能齊全。（2）可靠性高、抗干擾能力強。（3）編程簡單、使用方便。（4）模塊化結構、安裝簡單、調試方便。2.5 鈑金生產線的驅動伺服本次課題自動鈑金線沖切段自動控制的驅動伺服用的是西門子CU320伺服驅動。CU320采用SINAMICS S120 DC/AC多軸驅動控制單元的伺服驅動，是驅動系統的中央控制器，控制盒協調驅動系統的所有模塊的工作，以及完成對軸間的電流環、速度環和位置環之間的相互控制。CU320伺服驅動控制單元的可以進行各軸間的數據交換各軸之間可以進行相

22、互的數據交換，也就是說軸與軸之間的數據都可以被其他軸讀取，這一特征被廣泛的運用在多軸之間的數據同步。一個CU320根據所連接的I/O 模塊的數量、外圍軸控制模式、所需的功能以及CF卡等的不一樣，控制單元所能控制軸的數量也是不同的。伺服最大輸出頻率為650Hz，矢量和V/F 控制頻率為300Hz；弱磁的最大倍數為5倍。用作伺服控制時，最大控制軸數為4 個軸；用作矢量控制時，最大控制軸數為2 個軸，當然控制軸的數量并不是絕對的，它與CU320伺服控制單元的負荷相互關聯的，具體控制軸數應在實際應用中由操作來決定。3. 下位機S7-PLC 300軟件設計3.1 系統控制的總體流程圖報警開始開始進板15

23、個工位排序沖切段使能開啟MDI使能開啟編碼器定位反饋手動/自動尋零開啟工作使能進板地址尋零沖切機械手使能開啟出鈑結束工位伺服開啟工位伺服關閉伺服所有工位是否到位？使能開啟NY圖3-1 系統控制總體流程圖3.2 I/O資源分配在S7-PLC 300中數字量地址三個部分組成：地址標識符、地址的字節部分和位部分。其中一個字節有07這8位字節組成，地址標識符有I和Q，其中I表示輸入，Q表示輸出，位部分則是M表示位寄存器。圖3-2 程序部分變量表本設計中由于生產線過于龐大，定義的變量共有1227個，而在本課題的研究中，雖然在WINCC flexible觸摸屏設計中涉及到大多數的變量，但是沖切段只有前四個

24、工位，另一方面變量表都列出來過于龐大，所以在這里只列出一部分的符號分配表，以作示例。3.3 S7-PLC 300項目的建立建立新項目有兩種方式，其一是直接點擊文件目錄下的新建，在跳出來的對話框中（如圖4-3）選擇用戶項目，然后填寫名稱和選擇存儲位置，在名稱上面顯示的是已經存在過的項目，可以直接雙擊打開，填寫完整后點擊確定。 圖3-3 項目對話框圖第二種新建項目的方法是點擊文件下的新建項目向導然后順序點下去（如圖3-4），就會完成項目的建立，在此不做贅言。 圖3-4 項目向導圖項目建好后，在新建的項目上右擊選擇插入新對象，選擇SIMATIC 300站點（如圖3-5）。 圖3-5 站點選擇圖然后雙

25、擊硬件進入設置（如圖4-6），設置完成點擊編譯，硬件設置完成。圖4-6 硬件設計圖3.4 控制系統各部分PLC程序的開發3.4.1 初始化子程序模塊當CPU 的狀態從停止態轉入運行態時，操作系統都會調用OB100。當OB100運行結束后，操作系統接著調用OB1。利用OB100先于OB1執行的特性，可以為用戶主程序的運行準備初始變量或參數。本課題的初始化子程序為鈑金線的運行提供原工位的調整（如圖3-7）。圖4-7初始子程序這個初始化模塊的存在不僅僅是對原工位的調整，更是在工業上至關重要的部分，一個工業應用軟件最重要的就是應對非正常停止時如何正確進行復位調整，減少硬件設施的損壞。3.4.2 主程序

26、模塊主程序OB1模塊式整個程序的主要部分，在這里可以調用FB、FC等功能塊（如圖3-8）。圖3-8 主程序模塊本課題的程序設計基本都放在 FB、FC模塊中，FB 1-15對應的是整個鈑金生產線的十五個工位，每一個生產工位都對應折多個背景數據塊，這些數據塊的調用就是通過主程序模塊OB1進行功能塊的應用。3.4.3 冒泡選擇程序在工位調整過程中，需要優先各個工位的排序，在這里選用冒泡程序法，以便于在整個生產線過程中能夠確保在鈑金只能前進的過程中每個需要沖切的工位都能確保沖切到。對應的程序。OPN DB 1 /讀取DB1的數據，15個工位的位置 L 14 /裝載10到MB500中,因為有十個數據,要

27、進行十次排序,9次也可以的ll0: T MB 500 L P#0.0 /裝載地址指針 LAR1 L 14 /內部循環,進行9次,直到把最大值排到最后ll1: T MB 502 L DBD AR1,P#0.0 L DBD AR1,P#0.0 L DBD AR1,P#6.0 <D JC ll2 /比較前后兩個值,如果前面大于后面的,則前后數據交換   L     DBD AR1,P#0.0      T     #m_temp  &#

28、160;   L     DBD AR1,P#4.0      T     DBD AR1,P#0.0      L     #m_temp      T     DBD AR1,P#4.0 L     DBW AR1,P#4.0

29、      T     #m_temp1      L     DBW AR1,P#10.0      T     DBW AR1,P#4.0      L     #m_temp1     

30、; T     DBW AR1,P#10.0 LL2: +AR1 P#4.0     /指針自動進行加4,因為是浮點數,所以要跳過4個字節       L     MB    2      LOOP LL1        /這個指令自動的將A寄存器里的值減1&

31、#160;     L     MB    0 LOOP  LL0圖3-9 部分冒泡程序圖3.4.4 地址讀取和存儲在對工位調整過程中，在對各個工位進行優先排序后，我們還需要對板子的位置進行定位，只有正確的對板子進行位置的定位，我們才能順利輸送板子和啟動各個工位的沖切伺服，本課題采用位移來確認板子的實時位移 。需要在地址欄（如圖4-10）寫好輸入地址（IN）和輸出地址（OUT），然后通過移位進行讀取和存儲地址。圖3-10 地址欄圖3-11 地址讀取和存儲圖以上是程序設計的重點

32、模塊，圍繞這些程序設計的核心，通過功能塊，組織塊等等設計，組成了整體程序設計，當然這些設計只是課題的一部分，如何通過這些程序的設計完成人機交互界面的設計才是整個設計的重點，下一章我們將著重對上位機Wincc flexible人機交互界面進行設計和介紹。 4. 上位機WinCC flexible人機交互界面的設計4.1 WinCC flexible的概述組態軟件WinCC flexible是一款工業全集成的自動化軟件，它由德國西門子（SIEMENS）公司在工業高速發展時代對機器的自動化概念推出的的人機交互HMI軟件。它用于組態用戶界面設計的軟件，它通過過程總線、PLC和外圍設備等組件對機器和與設

33、備進行操作和監視。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，主要概括為：（1）組態和編程的一致性（2）數據保持的一致性（3）通訊的一致性擁有這些成熟的集成功能，使得Wincc flexible應用于各種行業，無論是化工、能源、橡膠還是汽車、印刷、制藥或者貿易等等，它在這些行業中都起到相互整合的作用。Winccflexible使生產自動化和過程自動化集于一體另一方面隨著發展，如今的工藝過程也變得日趨復雜，這樣的發展使得對機器和設備的要求變得也越來越高，這個時候操作的透明性被人們越來越重視，在工業集成軟件中，人機界面正是擁有這樣的

34、透明性，所來隨著工業的發展，工藝過程的日趨復雜，Wincc flexible就顯得越來越重要，它在其中承擔著以下的任務：（1）過程可視化（2）操作員對過程的控制（3）顯示報警（4）歸檔過程值和報警（5）過程值和報警記錄（6）過程和設備的參數管理4.2 WinCC flexible的程序介紹4.2.1 程序的界面介紹首先需要新建一個新的項目，本設計為是根據白雪有限公司現有的觸摸屏設計，型號為：MP 377 12” touch（如圖4-1）。圖4-1 選擇型號圖在設計中，主要用到的是如下圖中（圖4-2）靠左邊一欄的項目欄，右邊的工具欄以及下方的屬性欄。（1） 畫面項目。新建的畫面都在此項目中，可以

35、新建文件夾或者新建畫面。（2） 通訊項目。含有三個子項目，其一：變量，是Wincc flexible中變量所在位置，在這里需要設置于下位機相互通訊的變量以及本身用到的變量。其二：連接，此項目需要在建立變量前創建，是連接下位機S7-300的通訊驅動程序。其三：周期，軟件驅動運行和連接所有周期都在此。（3） 報警項目。包含模擬量報警、離散量報警和報警的設置。此項目對程序運行過程中的錯誤或者溢出等狀態進行報警，對用戶起到報警和指導作用。（4） 剩下的項目有配方、歷史數據、腳本、報表、文本和圖形報表等等，在本次設計中沒用到，不做贅言。工具欄是設計很重要的一部分，它包括了設計需要的所有對象、圖形以及各種

36、元件庫。（1） 簡單對象。里面包含有各種圖形的繪畫工具、按鈕、開關、I/O域等簡單的對象。圖4-2 軟件界面圖（2） 增強對象。則是進一步強化工具的特殊性，比如時鐘、滾動條和報警視圖等等。（3） 圖形。這里面包含有在畫動態圖時能夠找得到的所有圖形，是做組態時很好的幫助。（4） 庫。用戶在這里可以自己設計符號和圖形，可以新建新的庫，然后添加自己組合的元件進去，這樣在設計的過程中就可以隨時調用這些自己組合的元件圖形。下方的屬性框是調整每個元件屬性的地方，以及各種動作添加的地方。具體用法在下面設計中會提到。4.2.2 界面設計的流程圖對于觸摸屏的設計是本次畢業設計很重要的一部分，因為它是負責整體設計

37、的參數的輸入輸出，還負責整體自動鈑金線生產的啟動，停止和報警等等功能，以及沖切段的自動控制，包括工作原位的調整、伺服電機的設定和生產線工位的整定。在整個鈑金生產線中，我們需要對產線上的工作原位、工位數值以及伺服電機進行調整，這些調整不僅僅是在生產線開始工作之前對其進行復位。在生產線工作過程，還需要隨時監控這些原位所在的數值，當發生故障報警時，我們需要知道對應的發生故障的工位，然后進行工位復原，在這些工位中有的可以再工位結束后，自動根據程序進行復位，然而同樣的有些工位并不能進行自動復位。或者說在生產線工作過程中，我們需要對相對應的工位進行手動調整以適應生產線的相對應的生產要求，這些調整就不在原位

38、數值中顯示了，所以我通過手動工位調整來進行調整。 工位調整完畢后，還有很重要的就是伺服電機的設定，而伺服電機的設定在自動鈑金線上有14個電機位，這些伺服電機的設定需要每個進行單獨的設定，所以作為另外的一部分。最后則是把所有需要對產品進行設計調整的設定放在一起，這樣在前面三項設計好后，當后續需要進行生產時，直接進入最后一項，就不會對工位進行誤操作。而且集中塊進行操作的話會對產線操作人員提供很大便利，不會找不到想要操作的界面。總結以上設計思路，總體設計部分概括為四個部分：一：原位數值指示；二：手動工位調整；三：伺服電機設定；四：產品設置與生產。這四部分組成鈑金線觸摸屏的整體系統，在這四部分中，前三

39、部分屬于生產線的工位調整，而第四部分則是生產線的軟件調整。這樣的分配對于再次利用系統生產時有了極大的便利4.3 WinCC flexible的程序開發4.3.1 主界面的設計軟件使用新門子觸摸屏MP322 12寸多功能面板，滿足高性能應用要求。使用創新性的Windows CE5.0操作系統，它擁有很好的非易失性的報警緩沖，這給操作人員和用戶都提供了使用方便。針對操作系統，需要提供鈑金線的生產廠商和生產線所用做的功能等等信息。初始畫面（如圖4-3）如下： 圖4-3 啟始界面系統畫面顯示生產商公司名稱、軟件名稱以及當時的日期和時間。單機“進入系統”進入軟件主界面（如圖4-4）所示：圖4-4主界面主

40、界面中有四個按鈕，單擊按鈕分別指向“原位數值指示”、“手動工位調整”、“伺服電機設定”、“產品設置與生產”。1-15工作原位指示燈在原位狀態下為綠色，同時“工作原位顯示”顯示為綠色，當有任何工作原位不在原位時顯示為紅色，“工作原位顯示”顯示為紅色。如在初始狀態下各工位不在原位狀態，則單擊“原位數值指示”按鈕，查看不在原位的工作元器件。4.3.2 原位數值指示單擊“原位數值指示”進入原位數值指示畫面，（如圖4-5）所示：畫面把線體分為15個工位，如果工位不在原位，則工位前方黃色警示牌會不停閃爍，這時候應查看現場各工位器件是否正常到位，按下電柜面板上的回原點按鈕或手動狀態下進行原位設設置。圖4-5

41、 原位數值指示畫面4.3.3 手動工位調整點擊“手動工位調整”按鈕進入手動畫面（如圖4-6）所示，手動工位調整畫面也把線體歸類為15個工位。這里的15個工位便是整個鈑金線的沖切部分，本次設計選取前面四個工位作為設計課題。這里面不僅涉及到按鈕的開關，顯示等等功能，還有輸入輸出的管理，觸摸屏參數等等輸入用到數字鍵盤。單擊“QHB-2 沖鉸鏈孔前板料定位工位”按鈕進入QHB-2 沖鉸鏈孔前板料定位工位手動調整畫面。圖4-6 手動畫面畫面中紅色按鈕為手動調整的按鈕，當點擊按鈕，工位在運行是，則顯示為綠色，再次按下則停止變為紅色，下面的輸入輸出域則是數字輸入，點擊輸入輸出域，則自動跳出數字鍵盤，按回車確

42、定。4.3.4 伺服電機設定在圖5-7中點擊“返回手動工位”，在手動工位調整畫面中點擊“返回主界面”回到主界面，然后點擊“伺服電機設定”進入伺服電機設定界面。伺服電機設定是生產線的整個運行系統，總共分為14個伺服電機設計系統，每個設計工位都包括有當前電機所在位置，使能顯示，電機運行速度，工位報警等等的設定。舉例：單擊“2-伺服后推裝置”按鈕進入電機控制畫面（如圖4-7）。圖4-7單擊數值輸入框“輸出起始地址分度值”，單擊“總使能”按鈕變為綠色，同時按下MDI使能，可實現電機的正傳反轉以及尋零。尋零完成后“尋零完成”指示燈為綠色。尋零完成按“返回”按鈕返回“伺服電機設定”畫面，其他工位伺服電機操

43、作方法同理。4.3.5 產品的設置在主界面點擊“產品設置與生產”按鈕進入產品設置與生產畫面（如圖4-8），在這個界面里有產品生產和型號參數輸入輸出的所有需求。如果系統第一次使用或者需要設置新產品參數，操作步驟如下：（1） 如第一次使用，或者溫控器和鉸鏈孔現場沖座模具更換，需為溫控器和鉸鏈孔沖座模具重新定義，單擊“溫控器模具定義”按鈕，進入定義畫面（如圖5-9），根據現場沖座所對應的模具進行定義，如一號沖座安裝“白雪溫控器1”，可單擊“一號溫控器沖座模具”數值輸入框，輸入1，同理如二號沖座安裝“阪神溫控器”，可單擊“二號溫控器沖座模具”數值輸入框，輸入3，完成后返回設定畫面。鉸鏈孔模具定義與之相

44、同。圖4-8產品設置與生產畫面圖4-9 溫控模具定義畫面（2）原始參數設定單擊“原始參數設定”按鈕彈出對話框，輸入用戶名“admin”，密碼“0000”，再點擊確定，然后再次單擊“原始參數設定”按鈕，進入設定畫面（如圖4-10）。圖4-10 原始參數設定畫面（3）新型號設定需要設置新的型號的話在“產品設置與生產”畫面中點擊“新型號設定”按鈕，進入新型號設置畫面（如圖5-11）。圖4-11 新型號畫面第一步：單擊“型號代碼”數值輸入框，輸入所要存儲版型的型號，舉例：通道值設定為“1”，(注：通道號碼不能為0，如需要更改也可覆蓋原有通道)，按回車確定。單擊“型號代碼”數值輸入框，設置型號代碼“DB

45、/XXXXX”按回車確定。第二步：單擊“前板設定”按鈕，進入前板設定畫面（如圖4-12）。依次點擊進入各個控件工位設置畫面。例如：單擊進入“溫控器設定畫面”，單擊數值輸入框，跳出數字鍵盤，設置相應的尺寸（各尺寸值不為零），然后按照圖紙選擇溫控器的選型，沒有溫控器則點擊“無溫控器”下面的空白畫面。按回車鍵確定退出，點擊“返回設置畫面”按鈕返回前板設定畫面。其他畫面設定方法一樣。第三步：依照前板設定，對后板進行設定。設定完成后返回“產品設置與生產”畫面，至此新型號設定完成，且存儲完畢。圖4-12 前板設定畫面4.3.6 產品的生產當所有設置都已完成后，便可以在“產品設置與生產”畫面中進行產品的生產

46、。下面將演示如何開始生產產品：第一步：在主界面畫面下（如圖4-5），單擊電箱面板回原點按鈕，待1-15工作原位指示燈由紅色變為綠色，無法自動回到原工位的請手動調整，直到所有工作原位指示燈都變為綠色。第二步：單擊“產品設置與生產”按鈕進入產品設置與生產畫面（如圖4-10），當前畫面中會顯示當前生產線所選定的產品型號，顯示在圖形視圖中，如果需要選擇新的型號，需要先點擊“換型號伺服使能開啟”按鈕，當按鈕變為綠色時，說明可以進行型號的更換（當型號更換完畢后，按鈕會重新變為紅色，紅色按鈕下，換型號功能無法使用）。接著點擊“型號選擇”按鈕，進入型號選擇畫面（如圖4-13）。根據圖紙，輸入通道號，單擊“確定

47、通道號”確認通道號，然后輸入相對應的型號代碼，回車鍵確定。圖4-13新型號選擇畫面第三步：在“產品設置與生產”畫面下單擊電箱操作面板啟動按鈕，（如第一次開機需同時按下油泵啟動按鈕）同時單擊“生產件數”數值輸入框，輸入所要生產的產品件數，點擊“權限集中”按鈕，使按鈕從綠色變為紅色，同時線體開始運行，1工位開始吸鈑上料。以上為整個觸摸屏參數輸入輸出的程序開發，全部畫面是針對生產商和用戶雙方考慮而做的設計，在保證畫面整潔美觀等基礎上，在流程操作上，在自己設計的三套方案中選出的最滿意的操作流程方案。5. 系統的通訊和調試5.1 通訊方式的選擇在設計和調試過程中，我們需要選擇HMI與PLC的通訊連接方式

48、，在HMI中通訊方式有兩種MPI(多點連接)和TCP/IP(以太網)。5.1.1 多點連接MPIMPI又名多點連接，它是西門子公司對于PLC相互間通訊保密而開發出來被廣泛運用的通訊協議，這是一個基于消息傳遞標準化而開發出來的通訊協議，MPI的起草與開發表明了通訊標準化的必要性和基本性。MPI作為一種簡單而經濟的通訊方式，MPI常被用在對于通信速率要求不高或者通訊數據量要求不大的通訊。簡單的說，MPI建立的目的是為編寫消息傳遞程序而開發的廣范使用的標準。MPI為消息傳遞建立一個實際的、可移植的、有效的和靈活的標準。全部目標如下：（1） 設計一個適用于應用編程的接口。（2） 允許計算和通信的有效重

49、疊。（3） 對于C 語言和 Fortran 77方便接口聯接。（4） 設定一個可靠的通信接口：當通信出現失敗時，這些失敗都會由基本的通信子系統處理。（5） 提供更大靈活性的擴展。（6） 定義一個接口，它的語義是獨立于語言之外的，在基本的通信和系統軟件無重大改變時，它能在在許多生產商的平臺上實現通訊。MPI通訊網絡的通信節點的連接數：32個；速率范圍：19.2Kkps12Mbps；最大通信距離：50m，通信的長度可以通過中繼器來進行擴展。5.1.2 以太網TCP/IPTCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）協議為傳輸控制協議/

50、因特網互聯協議，又名網絡通訊協議。它是Internet中最基本的協議和國際互聯網絡的基礎，它是由網絡層的IP協議和傳輸層的TCP協議一起組成的。然而TCP/IP協議卻并非是TCP和IP兩個協議的合稱，而是因特網整個TCP/IP協議族的總體稱呼。TCP/IP協議標準是開放的，這使得協議在使用中獲得了廣泛的支持，因為協議不依賴于任何特定的計算機硬件或操作系統，在不考慮Internet時，TCP/IP協議也能得到應用，這也讓TCP/IP協議成為一種聯合各種硬件和軟件的實用系統。TCP/IP協議網絡地址具有統一的分配方案，所以TCP/IP設備在網絡中的地址都是惟一的，依賴于這樣的標準化高層協議，在許多

51、通訊中，協議都可以提供多種可靠的用戶服務。然而TCP/IP協議同時也存在著缺點，一個優秀的軟件工程對于功能和實現方法是區分開的，而CP/IP協議卻恰恰沒能很好的處理服務、接口和協議的區別，這使得CP/IP參考模型對于使用新技術的指導意義嚴重不足，同時這也表明了CP/IP參考模型不適合其他非CP/IP協議族。另外CP/IP協議也沒有有效的劃分物理層與數據鏈路層的區別，這使得協議的使用造成了很大的困擾。5.1.3 選用MPI的原因本次課題使用的通訊方式為MPI協議。考慮的原因有以下幾點：（1）MPI協議能滿足本課題的需求及應用。（2）MPI廣泛應用在工業領域。（3）作為針對PLC而開發的數據傳輸協

52、議，在西門子產品直接通訊有很大的便捷。只需要選擇通訊的方式，端口等協議在軟件內部已經定義好，可以直接使用。5.2 MPI的通訊連接PLC-300 Step 7程序及HMI通訊連接分為通訊MPI的連接和變量的連接。通訊方式選擇MPI連接PLC 300和HMI，為使雙方更好的通訊，需要把雙方集成在一起，集成模式下相對于獨立模式更加方便建立變量的連接，只需要通過選擇菜單確定通訊伙伴的地址來定義站，通訊地址就會被自動輸入。首先需要獨立打開Wincc flexible軟件（在準備集成時，不能打開被集成的對象Step7）選擇需要集成的項目（如圖5-1）圖5-1 集成畫面選擇“在Step 7 中集成”然后根

53、據跳出來的對話框選擇需要集成的Step 7 程序，本課題選擇的是“畢業設計”項目。圖5-2 通訊畫面選擇完畢后，Wincc flexible會有一個執行集成的步驟，集成完成后，打開Step 7可以看到在項目列表下會出現一個觸摸屏的圖標，打開后可以看到Wincc flexible中的畫面和變量等等。集成完成后，需要選擇通訊連接方式，在Wincc flexible中選擇“通訊連接”（如圖6-2），建立PLC連接，選擇通訊驅動程序SIMATIC 300/400，接著選擇工作站，選擇完畢后會自動產生后面的節點等等在Step 7 中選擇“選項設置PG/PC接口”打開設置PG/PC接口,然后接著選擇“PC

54、 Adapter(MPI)”通訊連接方式（仿真的時候選擇PC PLCSIM（MPI）。當集成完畢連接方式都正確后，就需要給雙方定義對應的變量，這個和大多數的上位機下位機通訊連接一樣，當變量建立的地址（如圖6-3）正確便可以正常仿真或者運行。圖5-3 變量定義畫面5.3 系統的調試需要說明的是，本次課題的主要目的是根據自動鈑金線的自動沖切技術設計出符合整個工藝流程的觸摸屏設計，所以在調試的時候側重于觸摸屏界面參數的輸入輸出和工藝調試。整個鈑金線的生產系統包括兩個部分，一個是生產線上的伺服電機，工作原位和原位數值等的設定。另一個便是預生產產品的設定，主要是對產品型號，參數以及原始參數等的設定。在以

55、上通訊都已完成的情況下，我們需要對軟件進行運行調試，來確定開發的軟件是否符合工業生產的需要，在這里的測試包括軟件的通訊連接，程序的運行和觸摸屏界面的參數輸入輸出，首先我們要通過觸摸屏進行生產線各工位、伺服等等的調整，因為沒有實際的生產線，我們無法進行實際的操作，所以在這里，我們的調試用SIM仿真代替實際演示，同時因為程序的缺失，我們也會用到Wincc flexible中的Wincc flexible運行模擬器（如圖5-4）進行變量的模擬。圖5-4 Wincc flexible運行模擬器5.3.1 生產線的設置生產的設置在前面的上位機Wincc flexible人機交互界面設計中有提到的設計方法

56、和思路，在這里我們需要進行通訊調試進行驗證。首先我們需要對可以軟件進行測試的部分進行工位調整，在主畫面中我們需要關注的是當前十五個工作原位指示燈，閃現紅色時，我們就需要點擊“原位數值指示”按鈕，找到相應的不在原位的工位，或者是找到報警的工位，然后手動或者自動進行工位調整。圖5-5 主界面畫面在“原位數值指示畫面”中可以看到相對應的十五個工位分區，在畫面中找到相應的出現黃色警示的圖標，所在工位就是需要進行調整的工作，有的可以根據程序自動進行調整，而有的出現故障的情況下，我們就需要在生產線上進行手動的調整。在沖切段過程中，需要對沖切工位進行設置調整，點擊進入“QHB-2沖鉸鏈孔前板料定位工位”畫面

57、（如圖6-6），我們可以看到，當我們點擊“2-后推組件下降氣缸”按鈕可以看到按鈕從紅色變為綠色，這時候后推組件會自動下降，當工位下降到合適位置時，再次按下“2-后推組件下降氣缸”時，按鈕會由綠色變為紅色，工位調整好后就可以退出此工位界面。依照上述方法，可以對其他十四個工位進行設定，設定完成后，返回主畫面，然后進入“伺服電機設定”畫面，依照前面設計時介紹的，對十四個伺服電機進行設定，需要說明的是，伺服電機設定在正常情況下，不需要人為進行設定，但生產線發生故障時，或者伺服電機發生故障需要維修時，我們需要點開相對應的伺服電機界面，例如2-伺服后退裝置、3-夾鉗1及3-沖座伺服電機等等。圖5-6 沖鉸鏈孔前板料定