1 引言
KDF2纖維濾棒成型機組是煙廠生產卷煙濾棒的設備。然而，隨著最初引進到現在十幾年時間的流逝，KDF2機組雖然經過數次改良，但是其機械傳動系統逐漸顯示出技術上的局限性——結構復雜、存在漏油隱患。為此，我們通過技術收集和市場調查后，決定采用伺服傳動系統代替機械傳動以及速度更快、歐洲國家生產的PLC對原有機組進行升級改造。同時，原有的彩色觸摸屏無論從顯示尺寸還是色彩選擇或著功能設計上都尷尬地面臨著技術進步所帶來的淘汰境地。
為此，我們在設計新的控制系統時，決定同時對其人機界面進行重新設計。

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

圖1 纖維濾棒成型機組控制和傳動系統

3 機組運行原理
纖維濾棒成型機通過對絲束進行二次開松、增塑劑添加、卷制成形、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產濾棒。其主要過程如圖2


圖2纖維濾棒成型機的工作原理

4 相關名詞
4.1 PROFIBUS總線
PROFIBUS是PROCESS FIELD BUS的縮寫，是一種國際性的開放式的現場總線標準，即EN50170歐洲標準。
目前世界上許多自動化技術生產廠家都為它們生產的設備提供PROFIBUS接口。PROFIBUS已經廣泛應用于加工制造、過程和樓宇自動化，是比較成熟的技術。PROFIBUS根據應用特點分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA 3個兼容版本。

4.2 GP2600觸摸屏
GP系列觸摸式工業圖形顯示器（簡稱觸摸屏）是一種連接人類和機器的（主要為PLC）人機界面（國外稱為HMI或MMI，即Human-Machine Interface或者Man-Machine Interface），被喻為PLC的臉面。它是代替傳統的控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器。可用于參數的設置、數據的顯示和存儲，并以曲線、動畫等形式描繪自動化控制的過程，并可簡化PLC的控制程序。
GP2600T是Digital公司新的一代產品。在色彩方面，它提供了256色、無閃爍的真色彩模式，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Windows提供的字體。
GP2600的主要作用如下：
Ø 監視：以數據、曲線、圖形、動畫等各種形式來反映PLC的內部狀態，存儲器數據，從而直觀反映工業控制系統的流程、走向。
Ø 控制：可以通過觸摸來改變PLC內部狀態位，存儲器數值，從而參與過程控制。
Ø 數據處理：通過標準的大容量CF卡存儲配方數據，實時采樣的數據和歷史報警信息。還可以通過標準的Ethernet不增加工廠成本的情況下接入工廠現有的局域網，從而實現數據共享和機器的遠程監控。

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是一種廣泛應用于工業自動化控制、智能化控制的控制單元。它具有抗干擾能力強，不易出錯，安全、可靠，運行時間長等優點。

5 圖形界面
現在將介紹現在比較流行的幾種圖形界面的連接模式與它們的優劣。



5.1環形連接
環形連接模式是一種比較簡單的連接方式，如圖3所示。多幅畫面依次連接成一個環形。在這個環中，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 環形連接
它的優點是結構很簡單，對編程人員而言編制非常方便；缺點在于環形連接的可操作性比較差，這點特別是在多畫面、大范圍的畫面切換時。

5.2 星形連接
星形連接模式也是一種很簡單的連接方式，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系。其他畫面之間沒有連接關系。


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

5.3 樹形連接
樹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系被分成不同分支，以它們之間的邏輯繼承關系雙向連接。如果畫面之間沒有邏輯關系或者處于同一分支下，它們之間就沒有任何。


圖5 樹形連接
這種連接方式的優點是：它所具有邏輯關系使操作人員易于上手、其主次關系分明。進入某個特定畫面時，只要明白它的邏輯關系就可以很快切換完成。缺點在于：樹形連接對于不明白其邏輯關系的新手來說操作比較困難，對于編程人員的要求也比較高。

5.4 網形連接
網形連接模式實際上是環形連接的改進連接方式，如圖6所示。它的畫面并沒有主次之分。在這種模式下所有的畫面兩兩之間都有雙向連接關系。


圖6 網形連接
這種連接的優點在于，它方便了環形連接的畫面切換。但是，它的缺點也正在于此：多連接方式對于編程人員的要求非常苛刻，特別是畫面很多時其編制的工作量很大。

5.5 復合連接
復合連接模式實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的連接方式。
其優點是可以結合不同連接模式的優點，達到單種連接所不能達到的效果。缺點是編制相對復雜，對編程人員的要求很高。

6 觸摸屏設計
GP2600觸摸屏如圖7所示。它與PLC直接連接，它的存儲器就當成PLC的擴展存儲器。由此，PLC不需要設定它的硬件組態。


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


圖8 GP2600編程軟件啟動窗口

6.3結構選擇
在綜合各種考慮后，我們決定采用復合連接模式。具體來說，整組畫面以樹形結構為我們編制的主要方式。為避免相同分支中畫面無法切換的問題，在這些同一分支下的畫面采用環形結構。同時，考慮到快速返回的需要，在所有畫面上配以返回首頁的按鍵。在一些報警畫面上，增加它們可以獨立彈出報警、故障解除后自動返回前一頁的功能。
這樣做，我們既可以非常直觀地反映出控制的邏輯關系，又可以方便同一分支下畫面的切換，更實現了快速返回首頁的功能。但是，這樣也復雜了畫面之間的連接，對編程和糾錯帶來一定的困難。
在實踐中這種結構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組的狀態，并且用戶注重的是畫面的使用而不會考慮編程。結構設計上必須以用戶的使用為主，而不是編制人員的難易。

7 結論與展望
新的控制、顯示和傳動系統全面提高了纖維濾棒成型機組的總體性能，控制功能得到完善和提升。GP2600的應用更增強了人機界面的可操作性。
考慮到今后煙廠信息集成化和網絡化數據采集的需要，我們使用的GP2600可以進行數據共享和遠程監控，配合S7-300 PLC的數據采集端口可實現煙廠全自動化生產的需要。



參考文獻

[1] Pro-face操作應用基礎
[2] Pro-face高級應用手冊
[3]GP中文操作說明（含GP演示程序）
[4]GP中文Tag介紹