第22-2课  任务5.5 HMI人机接口技术任务

主要内容：

1.讲解课前的2个案例，直观了解触摸屏的应用。

文件1 触摸屏的优点.docx

案例1 触摸屏下订单式生产线(4: 01 ) .mp4

5.观看视频,教师在线答疑；

5.5 HMI人机接口技术(08 : 24 ) .mp4

6. 指导学生：

5.5 [任务实施]熟悉HIM端子并会HIM的接线doc

7.完成课后作业

【任务描述】

由于计算机控制系统与机械系统在性质上有很大差别，二者之间的联系必须通过接口进行调整、匹配、缓冲，同时计算机控制系统也离不开人的操作、监控和管理，所以人机接口也是必不可少。人机接口HMI是Human Machine Interface的简称，也叫人机界面。以SIMATIC HMI为例介绍人机接口技术。

   借助 PROFINET 或 PROFIBUS 接口及 USB 接口，其连通性也有了显著改善。 借助 WinCC（TIA Portal）的最新软件版本可进行简易编程，从而实现新面板的简便组态与操作。

本任务介绍 HMI的应用、HMI设备的结构、电源的连接、设备的连接以及关闭设备的操作。完成本任务，可实现以下任务目标。

【任务目标】

    技能目标

       会 HMI设备的接线。

   知识目标

      了解HMI设备的应用。

建议学时：2个学时

1.在开始学习本节知识之前，同学们观看案例1 视频，直观了解触摸屏的应用；

（注：本部分所有视频只用于辅助教学，不产生任何经济效益，如有侵权，请告知）

观看视频：  案例1  触摸屏下订单式生产线（4：01）

2.阅读下面文本，了解触摸屏的基本知识

HMI的优点有哪些？分享触摸屏的基本知识

Time: 2021-03-25

大家都知道HMI是人机界面，在生活中的很多电子产品都是需要使用这个人机界面，那么HMI的优点有哪些呢？下面就让faceui告诉大家hmi有哪些优点。感兴趣的朋友进来了解一下吧。

HMI是供技术操作员用来与机器接口的。在常见的应用中，这没有时间上的观念，因为大多数HMI监视进程将在几秒或数百毫秒内更新，并且通常使用的数据包更大，因此使用基于TCP的协议。通常还需要交换大量数据，因此TCP/IP能够发送数千字节也是有意义的。对于HMI的操作人员来说，这个时间是合适的，因为当他们查看一些HMI屏幕或更改值时，他们不会注意到秒或500ms之间的差别。

hmi的优点有哪些？

触摸屏的别名又可以称作触控屏，具有灵敏的反应速度、易于交流、坚固耐用、节省空间等优点，是目前最便捷、简单、自然的一种人机交互方式，用户只需用手指轻轻一点显示屏上的图标或文字就能操作，给人们的生活带来了很大的方便。

触摸屏由lens（面板）、TP Sensor（接触性传感器）、FPC（柔性线路板）、IC（触控芯片）和其他辅料组成。触摸屏又分为电阻式和电容式触摸，手机、平板上应用较多的是电容式触摸屏。电容式触摸屏可实现多点触控，操作灵敏，具有不易误触、耐用度高的特点。电容式触摸屏感应到人体的电流才能进行操作，避免了其他物品触碰，在防尘、防水、耐磨等方面表现较好，电容式触摸屏的寿命较长且不需要压力产生信号，直接触摸就可实现。

触摸屏的质量和性能都需要经过测试，凯/智/通大电流弹片微针模组在触摸屏测试中能起到连接功能，达到电流导通的作用。能通过50A大电流的传输，并起到很好地连接功能，保持传输的稳定性。在小pitch领域能应对的pitch值最小可以达到0.15mm，无不良表现，无卡pin、断针现象，性能良好，使用寿命超过20w次。

什么是电容屏触摸？

　　电容屏电容技术触摸屏Capacity Touch Panel(CTP)是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作为工作面,四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。

电容屏触摸工作原理

　　在化学上，ITO 是Indium Tin Oxides的缩写。 作为纳米铟锡金属氧化物，具有很好的导电性和透明性，可以切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线。因此，铟锡氧化物通常喷涂在玻璃、塑料及电子显示屏上，用作透明导电薄膜，同时减少对人体有害的电子辐射及紫外、红外。

　　当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

人机界面（HMI）可以承担下列任务:

（1）可视化。设备工作状态显示在HMI设备上，显示画面包括指示灯、按钮、文字、图形、曲线等，画面可根据过程变化动态更新。

（2）操作员对过程的控制。操作员通过图形界面来控制过程。如操作员可以用触摸屏画面上的输入域来修改系统的参数，或者用画面上的按钮来启动电动机等。

（3）显示报警。过程的临界状态会自动触发报警，例如，当超出设定值时显示报警信息。

（4）记录功能。顺序记录过程值和报警信息，用户可以检索以前的生产数据。

（5）输出过程值和报警记录。如可以在某一轮班结束时打印输出生产报表。

（6）过程和设备的参数管理。HMI系统可以将过程和设备的参数存储在版本中。例如，可以一次性将这些参数从HMI设备下载到PLC，以便改变产品版本进行生产。

观看视频： 5.5 HMI人机接口技术（08:21）

一、WinCC flexible简介

（1） ProTool与WinCC flexible

西门子的人机界面以前使用ProTool组态，SIMATIC WinCC flexible是在被广泛认可的ProTool组态软件上发展起来的，并且与ProTool保持了一致性。ProTool适用于单用户系统，WinCC flexible可以满足各种需求，从单用户、多用户到基于网络的工厂自动化控制与监视。

大多数SIMATIC HMI产品可以用Pro Tool或WinCC flexible组态，某些新的HMI产品只能用WinCC flexible组态。我们可以非常方便地将ProTool组态的项目移植到WinCC flexible中。WinCC flexible具有开放简易的扩展功能，带有VB脚本功能，集成了ActiveX控件，可以将人机界面集成到TCP/IP网络。

WinCC flexible带有丰富的图库，提供了大量的对象供用户使用，其缩放比例和动态性能都是可变的。使用图库中的元件，可以快速方便地生成各种美观的画面。

WinCC flexible 系统组态的基本结构如图5.53所示。

 WinCC flexible监控系统组态是通过PLC以“变量”方式实现HMI与机械设备或过程之间的通信。过程值通过I/O模块存储在PLC中，触摸屏通过变量访问PLC相应的存储单元。

二、HMI监控系统的设计步骤如下：

（1）新建HMI监控项目  在WinCC flexible组态软件中创建一个HMI监控项目。

（2）建立通信连接  建立HMI设备与PLC之间的通信连接，HMI设备与组态PC机之间的通信连接。

（3）定义变量  在WinCC fexible中定义需要监控的过程变量。

（4）创建监控画面  绘制监控画面，组态画面中的元素与变量建立连接，实现动态监控生产过程。如图5.54所示灌装生产线监控项目的建立。

（5）编辑报警消息  编辑报警消息，组态离散量报警和模拟量报警。

（6）组态配方  组态配方以快速适应生产工艺的变化

（7）用户管理  分级设置操作权限

【任务实施】 熟悉 HIM端子并会HIM的接线

一、认识HIM端子

根据图5.55认识 SIMATIC HMI  KTP700 设备的结构，以SIMATIC HMI KTP700 Basic 为例的 PROFINET 设备的结构如图5.55（a）所示。以SIMATIC HMI KTP700 Basic DP为例 的 PROFIBUS 设备的结构如图5.55（b）所示。

通过 PROFINET 或 PROFIBUS 接口及 USB 接口， 借助WinCC (TIA Portal)的最新软件版本可进行简易编程，从而实现新面板的简便组态与操作。

二、连接电源 如图5.56所示。（注意极性是否正确）

（1）将两条电源线连接到电源插头上。使用一枚有槽螺钉固定电源线。

（2）将电源插头与 HMI 设备相连。根据 HMI 设备背面的接口标记检查电线的极性是否正确。

（3）关闭电源。

（4）将余下的电缆两端接入电源的接口，并用一字螺丝刀固定。

三、连接设备

（1）连接编程装置，使用编程装置可以传输项目和操作设备镜像。将编程装置连接到 Basic Panel DP 如图5.57所示，首先关闭操作设备； 将一个 RS 485-PROFIBUS 插头与操作设备相连；将一个 RS 485-PROFIBUS 插头与编程装置相连。

（2）连接组态 PC ，使用组态 PC 可以传输项目操作设备镜像。 连接组态 PC的步骤如图5.58所示：首先将操作设备复位为出厂设置；将组态 PC 连接到带 PROFINET 接口的精简系列面板上，使用 CAT5 或更高版本以太网电缆连接组态 PC。

（3）连接控制器，若在操作设备上已有操作系统和可运行项目，将操作设备连接至控制器。 将控制器连接到 Basic Panel DP的步骤如图5.59所示： 可通过 RS 422/RS 485 接口将 Basic Panel （精简系列面板）DP 连接到以下 SIMATIC 控制器。

（4）连接 USB 设备，在操作设备的 USB A 型接口上可连接以下工业用途的设备： 外接鼠标、 外接键盘、 U 盘 、 4 口工业 USB 集线器 。

四、接通电源

接通电源之后，屏幕马上亮起。如果 HMI 设备未启动，可能是电源插头上的电线连接错误。检查连接的线缆，必要时更改其接口。

运行系统启动之后，显示 Start Center。通过触摸屏上的按钮或所连接的鼠标或键盘操作启动中心：

（1）利用“Transfer”按钮将操作设备切换至“Transfer”运行模式；

只有当至少一条用于传输的数据通道被释放时，才能激活“Transfer”运行模式。

（2）利用“Start”按钮启动操作设备上现有的项目；

（3）利用“Settings”按钮启动 Start Center 的“Settings”页面。可以在此页面中进行各种设置，如图5.60所示，例如用于传输的设置。

屏幕键盘的一般功能如表5.19所示。

表中按键在所有含触摸功能的 Basic 操作设备的屏幕键盘上都有。

五、关闭操作设备

（1）如果有项目在操作设备上运行，请先结束该项目。

（2）关闭操作设备。关闭时可以关闭电源或从 HMI 设备上拔下电源插头。

简答题

1.简述HMI的功能。

2.说明ProTool与WinCC flexible的区别。

3.简述HMI监控系统的设计步骤。

 教师根据学生阅读记录结果及接线情况给予评价，见表5.20。

         表5.20 任务评价表

“理论项目”参考答案 

1.简述HMI的功能。

（1）可视化。设备工作状态显示在HMI设备上，显示画面包括指示灯、按钮、文字、图形、曲线等，画面可根据过程变化动态更新。

（2）操作员对过程的控制。操作员通过图形界面来控制过程。如操作员可以用触摸屏画面上的输入域来修改系统的参数，或者用画面上的按钮来启动电动机等。

（3）显示报警。过程的临界状态会自动触发报警，例如，当超出设定值时显示报警信息。

（4）记录功能。顺序记录过程值和报警信息，用户可以检索以前的生产数据。

（5）输出过程值和报警记录。如可以在某一轮班结束时打印输出生产报表。

（6）过程和设备的参数管理。HMI系统可以将过程和设备的参数存储在版本中。例如，可以一次性将这些参数从HMI设备下载到PLC，以便改变产品版本进行生产。

2.说明ProTool与WinCC flexible的区别。

西门子的人机界面以前使用ProTool组态，SIMATIC WinCC flexible是在被广泛认可的ProTool组态软件上发展起来的，并且与ProTool保持了一致性。ProTool适用于单用户系统，WinCC flexible可以满足各种需求，从单用户、多用户到基于网络的工厂自动化控制与监视。

3.简述HMI监控系统的设计步骤。 

（1）新建HMI监控项目  

（2）建立通信连接  

（3）定义变量  

（4）创建监控画面  

（5）编辑报警消息 

（6）组态配方  

（7）用户管理