畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造

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1、茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院專(zhuān)專(zhuān) 科科 生生 畢畢 業(yè)業(yè) 大大 作作 業(yè)業(yè) 題題 目目： 茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造 學(xué)習(xí)中心：學(xué)習(xí)中心： 大連學(xué)習(xí)中心 層層 次：次： 高中起點(diǎn)專(zhuān)科 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化 年年 級(jí)：級(jí)： 10 年 春季 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)學(xué) 生：生： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 完成日期：完成日期： 2012 年 1 月 1 日 茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造II內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要本課題主要研究茶葉揉捻機(jī)的自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn) 6CR-55 型茶葉揉捻機(jī)的工作壓力、時(shí)間、轉(zhuǎn)速和上下葉的自動(dòng)控制，包括傳感和采集系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制和界面系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。首先分析了

2、茶葉揉捻原理，確定了適用于自動(dòng)控制的揉捻工藝，并制定了自動(dòng)控制總體設(shè)計(jì)方案?？傮w方案以 PLC 控制為主，分為調(diào)速、壓力控制和上下葉控制三個(gè)子系統(tǒng)。其次，通過(guò)計(jì)算分析，分別對(duì)其進(jìn)行了硬件選擇和連接。最后，對(duì)該系統(tǒng)的上位機(jī)軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要是利用 WINCC Flexible 解決了人機(jī)界面的問(wèn)題，在下位機(jī) PLC 軟件的開(kāi)發(fā)中，主要是對(duì)數(shù)據(jù)的采集與顯示模塊進(jìn)行了編輯。本課題是一系列茶葉自動(dòng)控制研究的開(kāi)始，是開(kāi)創(chuàng)性的工作，具有非常重要的意義。關(guān)鍵詞：茶葉揉捻機(jī)、自動(dòng)控制、PLC、人機(jī)界面、WINCC Flexible茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造III目 錄第一章 茶葉加工的工序及發(fā)展.11.1 茶葉加

3、工的主要工序 .11.2 國(guó)內(nèi)外茶葉加工技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 .11.3 課題的來(lái)源.21.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容 .3第二章 揉捻加工分析及自動(dòng)控制總體方案確定.32.1 茶葉揉捻加工基本原理 .32.2 茶葉揉捻設(shè)備 .32.3 揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .5第三章 茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件概況.6第四章 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).74.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) .74.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì).264.3 WinCC flexible 與 STEP 7 的集成 .43參考文獻(xiàn).44致謝.45茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造引言引言中國(guó)是茶葉的原產(chǎn)國(guó)，中國(guó)人對(duì)茶葉的應(yīng)用，至少可追溯到四千年以前,20世紀(jì) 50 年代以

4、來(lái)，尤其是進(jìn)入 80 年代以來(lái)，我國(guó)的茶葉加工技術(shù)快速向著機(jī)械方向發(fā)展，各茶類(lèi)的制茶機(jī)械相繼研制與開(kāi)發(fā)成功，并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。到目前為此，我國(guó)的大宗茶己有 90%實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化加工，名優(yōu)茶也有 50%以上的加工實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。揉捻機(jī)自動(dòng)化改造是要實(shí)現(xiàn) 6CR-55 型茶葉揉捻機(jī)的工作壓力、時(shí)間、轉(zhuǎn)速和上下葉的自動(dòng)控制，包括傳感和采集系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制和界面系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。整個(gè)茶葉揉捻系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)和下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。在上位機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)占主要的部分。1994 年 8 月，中央決定，在“九五”期間，國(guó)家安排專(zhuān)款用于引進(jìn)國(guó)際先農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)，每

5、年實(shí)施一批項(xiàng)目。引進(jìn)技術(shù)所需用于消化、吸收和推廣的經(jīng)，中央單位承擔(dān)的項(xiàng)目由中央財(cái)政解決，地方單位承擔(dān)的項(xiàng)目由地方財(cái)政配套。就是 948 項(xiàng)目。最近，國(guó)務(wù)院再次決定，在“十二五”期間，中央財(cái)政每年投資 2 億元，繼續(xù)執(zhí)行“948”計(jì)劃。由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所承擔(dān)的農(nóng)業(yè)部948 滾動(dòng)項(xiàng)目茶葉標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)鍵技術(shù)引進(jìn)、消化與創(chuàng)新研究于 2006 年正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目稱:“我國(guó)的茶加工技術(shù)水平與裝備多年以來(lái)沒(méi)有重大改進(jìn)，總體上還處于傳統(tǒng)農(nóng)副產(chǎn)品初級(jí)工，加工的機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，質(zhì)量管理與品質(zhì)控制僅憑人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)審評(píng)與理化檢驗(yàn)來(lái)保證，與全程清潔化生產(chǎn)、機(jī)械化加工和自動(dòng)化控制的世界進(jìn)水平差距甚遠(yuǎn)。針對(duì)我

6、國(guó)不同茶葉生產(chǎn)過(guò)程的特色和上述主要問(wèn)題，引進(jìn)一世界先進(jìn)水平的種植和加工技術(shù)、理念、設(shè)備和裝置等，在消化吸收的基礎(chǔ)上，合必要的創(chuàng)新研究，整合過(guò)去幾十年來(lái)提出的成熟技術(shù)成果，力求改善加工設(shè)的自動(dòng)化和智能化程度，提升加工的工藝水平，提出我國(guó)綠茶(名優(yōu)綠茶、大綠茶)、CTC 紅茶和烏龍茶的標(biāo)準(zhǔn)化加工工藝參數(shù)，研制出茶葉加工關(guān)鍵設(shè)備自動(dòng)控制裝置和生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，研制出茶葉加工智能化專(zhuān)家咨詢系統(tǒng)。 ”本課題是該滾動(dòng)項(xiàng)目的一部分，其技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)6CR 一 55 型茶葉揉捻機(jī)的作壓力、時(shí)間、轉(zhuǎn)速和上、下葉的自動(dòng)控制。茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造1第一章第一章 茶葉加工的工序及發(fā)展茶葉加工的工序及發(fā)展1.1 茶葉

7、加工的主要工序茶樹(shù)收獲所采下的是鮮葉，如不及時(shí)加工，就會(huì)因變質(zhì)而失去應(yīng)用價(jià)值。鮮、葉也只有通過(guò)加工，才能使葉內(nèi)的水分逐步蒸發(fā)而形成干茶可貯藏和保存。品質(zhì)良好的鮮葉，通過(guò)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)加工而使香氣成分逐步優(yōu)化，成為具有良好色、香、味、形的成品茶，既滿足了市場(chǎng)消費(fèi)需求，也為茶業(yè)企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)代科學(xué)的不斷發(fā)展，近年來(lái)茶葉的加工技術(shù)日趨先進(jìn)，特別是機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制、酶膜工程和現(xiàn)代保鮮等高新技術(shù)在茶葉加工中的普遍應(yīng)用，使各種新型茶產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，各類(lèi)茶葉深加工產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)勢(shì)頭也日益迅猛，為茶葉加工升值創(chuàng)造了更為良好的條件。1.2 國(guó)內(nèi)外茶葉加工技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀茶葉原產(chǎn)于中國(guó)

8、，后逐步傳播于世界，當(dāng)前世界上有 50 多個(gè)國(guó)家種茶和產(chǎn)茶，160 多個(gè)國(guó)家飲茶。它們的種茶和茶葉加工技術(shù)以及飲茶習(xí)俗，均系從我國(guó)直接或間接傳去。早在唐代的公元 815 年，茶樹(shù)種植技術(shù)就由我國(guó)傳到日本，綠茶蒸青加工技術(shù)也同時(shí)傳去，被日本人一致延用至今，并在此基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)完善，研制出一整套蒸青煎茶加工技術(shù)，還實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化的生產(chǎn)線加工。19世紀(jì)上半葉，中國(guó)茶樹(shù)種植和條形紅茶加工技術(shù)先后傳到印度尼西亞、印度、斯里蘭卡和蘇聯(lián)(今獨(dú)聯(lián)體諸國(guó))。這些國(guó)家在茶樹(shù)種植初期均應(yīng)用從我國(guó)傳去的技術(shù)和方法，進(jìn)行茶樹(shù)栽培管理和茶葉加工，甚至直接從中國(guó)聘請(qǐng)茶葉技師傳授茶葉種植和加工技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，這些種茶國(guó)家經(jīng)過(guò)

9、不斷的實(shí)踐和研究，尤其是通過(guò)對(duì)機(jī)制茶葉的開(kāi)發(fā)(如揉捻機(jī)和烘干機(jī)等茶葉加工機(jī)械的發(fā)明)，至19 世紀(jì)后半葉紅茶加工方法開(kāi)始從條形茶向著切碎紅茶方向發(fā)展。由于這種茶為碎顆粒形狀，內(nèi)含成分在沖泡時(shí)容易溶出，在茶湯中加入牛乳后風(fēng)味和湯色不會(huì)變淡，很適合西方人的飲用習(xí)慣，很快風(fēng)行世界。紅碎茶自出現(xiàn)以來(lái)，經(jīng)歷了盤(pán)式揉切機(jī)、轉(zhuǎn)子揉切機(jī)和 CTC 等階段的揉切技術(shù)改進(jìn)，品質(zhì)更為優(yōu)異。20 世紀(jì)中后期，茶樹(shù)種植和紅碎茶加工技術(shù)傳入非洲等地(如肯尼亞等產(chǎn)茶國(guó))，紅碎茶生產(chǎn)采用了最先進(jìn)的 CTC 加工技術(shù)，茶廠及其生產(chǎn)線設(shè)計(jì)尤為先進(jìn)，加工出的紅碎茶品質(zhì)良好，在世界茶葉市場(chǎng)上具有很高的信譽(yù)。茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造2我國(guó)

10、制茶機(jī)械化作業(yè)技術(shù)雖然取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但制茶機(jī)械的自動(dòng)化和連續(xù)化程度仍然較低， ，與食品工業(yè)的機(jī)械化相比卻存在著較大的差距。食品工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程大體要經(jīng)歷五個(gè)階段，即機(jī)械化階段、初級(jí)自動(dòng)化階段、自動(dòng)控制階段、數(shù)據(jù)化階段、高級(jí)自動(dòng)化階段(無(wú)人化階段)。目前國(guó)內(nèi)食品加工技術(shù)已處于第四階段，國(guó)外茶葉加工己進(jìn)人第三、第四階段，如日本蒸青茶生產(chǎn)線和英國(guó) CTC 生產(chǎn)線。而我國(guó)的制茶技術(shù)總體上仍處于第一階段，個(gè)別單機(jī)或生產(chǎn)線處于第二階段，與國(guó)外相比尚存在巨大的差距。1.3 課題的來(lái)源1994 年 8 月，中央決定，在“九五”期間，國(guó)家安排專(zhuān)款用于引進(jìn)國(guó)際先農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)，每年實(shí)施一批項(xiàng)目。引進(jìn)技術(shù)所

11、需用于消化、吸收和推廣的經(jīng)，中央單位承擔(dān)的項(xiàng)目由中央財(cái)政解決，地方單位承擔(dān)的項(xiàng)目由地方財(cái)政配套。就是 948 項(xiàng)目。最近，國(guó)務(wù)院再次決定，在“十二五”期間，中央財(cái)政每年投資 2 億元，繼續(xù)執(zhí)行“948”計(jì)劃。由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所承擔(dān)的農(nóng)業(yè)部948 滾動(dòng)項(xiàng)目茶葉標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)鍵技術(shù)引進(jìn)、消化與創(chuàng)新研究于 2006 年正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目稱:“我國(guó)的茶加工技術(shù)水平與裝備多年以來(lái)沒(méi)有重大改進(jìn)，總體上還處于傳統(tǒng)農(nóng)副產(chǎn)品初級(jí)工，加工的機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，質(zhì)量管理與品質(zhì)控制僅憑人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)審評(píng)與理化檢驗(yàn)來(lái)保證，與全程清潔化生產(chǎn)、機(jī)械化加工和自動(dòng)化控制的世界進(jìn)水平差距甚遠(yuǎn)。針對(duì)我國(guó)不同茶葉生產(chǎn)過(guò)程的特色和

12、上述主要問(wèn)題，引進(jìn)一世界先進(jìn)水平的種植和加工技術(shù)、理念、設(shè)備和裝置等，在消化吸收的基礎(chǔ)上，合必要的創(chuàng)新研究，整合過(guò)去幾十年來(lái)提出的成熟技術(shù)成果，力求改善加工設(shè)的自動(dòng)化和智能化程度，提升加工的工藝水平，提出我國(guó)綠茶(名優(yōu)綠茶、大綠茶)、CTC 紅茶和烏龍茶的標(biāo)準(zhǔn)化加工工藝參數(shù)，研制出茶葉加工關(guān)鍵設(shè)備自動(dòng)控制裝置和生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，研制出茶葉加工智能化專(zhuān)家咨詢系統(tǒng)。 ”本課題是該滾動(dòng)項(xiàng)目的一部分，其技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)6CR 一 55 型茶葉揉捻機(jī)的作壓力、時(shí)間、轉(zhuǎn)速和上、下葉的自動(dòng)控制。1.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容本課題的主要研究?jī)?nèi)容包括:1.根據(jù)原 6CR 一 55 型茶葉揉捻機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定出相

13、應(yīng)的茶葉揉捻機(jī)動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案；茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造32.上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要是人機(jī)界面的設(shè)計(jì)；3.下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),主要是數(shù)據(jù)的采集與顯示模塊。茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造4第二章第二章 揉捻加工分析及自動(dòng)控制總體方案確定揉捻加工分析及自動(dòng)控制總體方案確定2.1 茶葉揉捻加工基本原理所謂揉捻(twisting)，是運(yùn)用搓揉方法破壞茶葉的組織細(xì)胞，擠出茶汁，使葉片成條的茶葉初制工序即用揉和捻的方法使茶葉面積縮小卷成條形，通稱條茶。揉捻是初步做形，除了白茶類(lèi)和綠、黃茶中有些不要揉捻外，一般在制茶過(guò)程中都有揉捻工序。鮮葉直接揉捻是不能成條的。因其物理性能硬、脆。揉捻是力的作用，如果用力不

14、當(dāng)，也不能成條。2.2 茶葉揉捻設(shè)備茶葉揉捻機(jī)(tea twisting machine)是由揉桶與揉盤(pán)作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而將茶葉搓揉成條、擠出茶汁的機(jī)械。我國(guó)生產(chǎn)的茶葉揉捻機(jī)是茶機(jī)工業(yè)中較為成熟的機(jī)種之一，也是第一個(gè)頒布部標(biāo)準(zhǔn)的茶機(jī)機(jī)種。第六代茶葉揉捻機(jī)產(chǎn)品系列統(tǒng)一標(biāo)注為“6CR”字樣，6”代表第六代，C”是“茶”字拼音第一個(gè)字母大寫(xiě)，R”是“揉”字拼音第一個(gè)字母大寫(xiě)。2.2.12.2.1 茶葉揉捻機(jī)的分類(lèi)茶葉揉捻機(jī)的分類(lèi)1.按運(yùn)動(dòng)形式可分為: (1)單動(dòng)式茶葉揉捻機(jī):揉桶作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、揉盤(pán)不動(dòng)。 (2)雙動(dòng)式茶葉揉捻機(jī):揉桶與揉盤(pán)均作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.按揉盤(pán)樣式可分為: (1)盤(pán)式 (2)平板履帶式

15、 (3)轉(zhuǎn)子式 (4)滾子式3.按揉桶數(shù)量可分為 (1)單桶式 (2)雙桶式 (3)四桶式4.按揉桶直徑可分為: (1) 6CR-15 型 (2) 6CR 一 20 型茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造5(3) 6CR-30 型、 (4) 6CR 一 55 型 (5) 6CR-65 型5.按加工的連續(xù)化程度可分為: (1)非連續(xù) (2)連續(xù)式2.2.22.2.2 6CR-556CR-55 型盤(pán)式茶葉揉捻機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型盤(pán)式茶葉揉捻機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表 2 一 1 CR-55 型揉捻機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目單位6CR_55外徑 X 高度Mm540X385揉桶容葉量Kg/桶3035加壓形式絲桿式加壓轉(zhuǎn)速R/min5

16、01臺(tái)時(shí)產(chǎn)量Kg/h100140功率Kw2.2電機(jī)電壓V220外形（長(zhǎng) X 寬 X 高）Mm1500X1500X14002.3 揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本著操作簡(jiǎn)便，安全可靠，生產(chǎn)效率高的目標(biāo)，茶葉揉捻機(jī)控制部分應(yīng)達(dá)到以下工作要求。打開(kāi)電源后，首先進(jìn)行觸摸屏操作，輸入工作組、用戶名與密碼，驗(yàn)證無(wú)誤后，才能進(jìn)入茶葉揉捻機(jī)的控制系統(tǒng)，然后或更改生產(chǎn)參數(shù)，或進(jìn)入監(jiān)視界面。按下開(kāi)始按鈕，茶葉揉捻機(jī)會(huì)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，隨后進(jìn)入初始化狀態(tài)，再進(jìn)行故障自檢，一切正常后，如果沒(méi)有新的數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)載入上次數(shù)據(jù)。如果有新的數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)將采用新的數(shù)據(jù)進(jìn)行揉捻。揉捻結(jié)束后，出茶門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，等待下茶。按

17、下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)返回初始狀態(tài)。如果在揉捻過(guò)程當(dāng)中，系統(tǒng)檢測(cè)到異?，F(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。在揉捻過(guò)程當(dāng)中，允許隨時(shí)暫停操作，并在轉(zhuǎn)換到繼續(xù)時(shí)，恢復(fù)所有數(shù)據(jù)。運(yùn)行當(dāng)中的重要數(shù)據(jù)，在停電后能夠得到保持，恢復(fù)供電后，也能繼續(xù)工作。在遇到非常嚴(yán)茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造6重的故障，按下急停按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)禁止所有輸出，等待人工處理后，按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)就可以恢復(fù)到初始狀態(tài)。如果在運(yùn)行當(dāng)中遇到問(wèn)題，但是可以通過(guò)手動(dòng)解決，那么，先可以按下暫停，然后再切換到手動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行手動(dòng)操作。在遇到較大的故障后，系統(tǒng)仍然可以進(jìn)行手動(dòng)揉捻、壓蓋手動(dòng)升降、出茶門(mén)手動(dòng)開(kāi)關(guān)、手動(dòng)復(fù)位等日常操作。2.3.12.3.1 揉桶轉(zhuǎn)速控制：揉桶

18、轉(zhuǎn)速控制：原 6CR-55 型茶葉揉捻機(jī)有一齒輪減速機(jī)構(gòu)，輸出轉(zhuǎn)速為50 士 1r/min。這一轉(zhuǎn)速是固定的，不能調(diào)整。但是不同的茶種、0-十質(zhì)和殺青質(zhì)量，需用不同的轉(zhuǎn)速揉捻，雖然只是些微的變化，也體現(xiàn)茶葉加工的精細(xì)程度。轉(zhuǎn)速的控制由交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。變頻調(diào)速技術(shù)是目前世界上技術(shù)先進(jìn)、使用成熟、性能可靠的調(diào)速方式，它實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速。這里的變頻調(diào)速是開(kāi)環(huán)控制，控制指令直接來(lái)自于上位機(jī)中輸入的參數(shù)。2.3.2 壓力控制：壓力控制是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，利用壓蓋的升降來(lái)控制桶內(nèi)茶葉所受到的壓力。其控制框圖如下圖所示，它是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制。 把加壓型式由 55 型的雙滑柱加壓改為

19、40-45 型的單滑柱絲桿浮動(dòng)加壓。滑柱是一根中空的鋼管，對(duì)著壓蓋的一側(cè)，開(kāi)有一平行于鋼管中心線的豎直長(zhǎng)槽，豎直長(zhǎng)槽的頂部又連著一段與水平方向成 45。角沿管壁開(kāi)鑿的斜槽，鋼管中心是一根絲桿，可以帶動(dòng)加壓臂上的螺母沿著豎直長(zhǎng)槽上下移動(dòng)，并沿著斜槽移離揉桶上方，便于上葉。在滑柱的根部裝有一個(gè)手輪，用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿。現(xiàn)在，在手輪的位置上裝一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，改手輪轉(zhuǎn)動(dòng)為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。再在滑柱的頂部和根部分別裝上一個(gè)行程開(kāi)關(guān)控制加壓臂的上下限和進(jìn)行加壓臂定位。2.3.32.3.3 揉捻過(guò)程控制揉捻過(guò)程控制：過(guò)程控制其實(shí)就是時(shí)間控制?？梢园讶嗄砑庸し譃椤拜p一重一輕”三過(guò)程，也可以分為“輕一重一較重一輕”

20、四過(guò)程，還可以制定別的工藝階段?？傊?，要根據(jù)各茶種的特征，葉質(zhì)老嫩、勻度和殺青質(zhì)量來(lái)制定。每一過(guò)程的時(shí)間數(shù)值，按前面論述的揉捻加工工藝靈活掌握確定。加工前，把每一過(guò)程的時(shí)間參數(shù)輸入上位機(jī)中，再由上位機(jī)傳輸給 PLC, PLC 根據(jù)輸入的時(shí)間參數(shù)控制主電機(jī)和壓力系統(tǒng)的運(yùn)行。PLC步進(jìn)電機(jī)控制對(duì)象茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造72.3.42.3.4 上、下葉控制上、下葉控制：出茶門(mén)在揉盤(pán)底部的正中心，原 6CR-55 型茶葉揉捻機(jī)揉盤(pán)的底部安裝著一根長(zhǎng)銷(xiāo)，揉捻時(shí)用來(lái)鎖緊出茶門(mén)，以免跑茶。下茶時(shí)，拔開(kāi)鎖緊銷(xiāo)，出茶門(mén)在重力作用下下垂，出茶門(mén)打開(kāi)。關(guān)門(mén)時(shí)，搖動(dòng)連接在出茶門(mén)上的手柄，把出茶門(mén)搖上來(lái)，再插上鎖緊銷(xiāo)。為

21、方便操作人員裝上殺青葉，需要控制揉桶的所停位置以及壓蓋的上升和旁移。壓蓋的上升由壓力控制解決，壓蓋的旁移在原有機(jī)械結(jié)構(gòu)中就存在。茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造8第三章第三章 茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件概況茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件概況茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件主要由上位機(jī)、下位機(jī)和調(diào)速控制、壓力控制、上下葉控制以及顯示四個(gè)子系統(tǒng)組成。整個(gè)硬件系統(tǒng)的框架下圖所示，上位機(jī)是一臺(tái) PC，和觸摸屏組成一體機(jī);下位機(jī)是一個(gè)西門(mén)子 S7-300 系列的PLC:調(diào)速控制系統(tǒng)主要是一臺(tái)變頻器，交流電機(jī)是原有的;壓力控制系統(tǒng)由壓力傳感器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)組成;上下葉控制由電磁閥、氣缸、接近開(kāi)

22、關(guān)以及限位開(kāi)關(guān)組成，其中限位開(kāi)關(guān)有四個(gè);顯示系統(tǒng)是一個(gè)西門(mén)子觸摸屏。PLC變頻器異步電機(jī)指示燈HMI行程開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器壓力傳感器步進(jìn)電機(jī)顯示系統(tǒng)調(diào)速控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造9第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)整個(gè)茶葉揉捻系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)和下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。上位機(jī)軟件指的是計(jì)算機(jī)上應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，是利用 WINCC Flexible 開(kāi)發(fā)的用戶應(yīng)用軟件，主要實(shí)現(xiàn)揉捻流程及工藝參數(shù)的顯示、數(shù)據(jù)處理與保存、參數(shù)設(shè)定和系統(tǒng)控制;下位機(jī)軟件指的是 S7-300 PLC 程序的開(kāi)發(fā)，是利用 STEP7 進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)揉捻過(guò)程的自動(dòng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算以

23、及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。4.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件是基于 Windows2000/al，操作系統(tǒng)，使用 Delphi7.0 開(kāi)發(fā)的，采用面向?qū)ο蠖鄬芋w系結(jié)構(gòu)技術(shù)。主要?jiǎng)澐殖梢韵氯齻€(gè)層次:用戶界面層、數(shù)據(jù)庫(kù)層和應(yīng)用服務(wù)層。把原來(lái)比較理論、抽象的模型用相對(duì)形象的界面圖形在測(cè)控軟件主界面上表示出來(lái)。本論文在這里只討論上位機(jī)軟件程序的開(kāi)發(fā),主要研究人機(jī)界面4.1.14.1.1 人機(jī)界面概述人機(jī)界面概述：人與機(jī)之間存在一個(gè)相互作用的“面” ，所有的人機(jī)信息交流都發(fā)生在這個(gè)作用面上，通常稱為人機(jī)界面。人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，即用戶與機(jī)器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。茶葉揉

24、捻自動(dòng)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能均可以通過(guò)人機(jī)界面來(lái)進(jìn)行操作與實(shí)現(xiàn)。人機(jī)界面（Human-Computer Interface,簡(jiǎn)寫(xiě) HCI，又稱用戶界面或使用者界面）：是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說(shuō)人機(jī)結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機(jī)器的硬接觸和軟觸，此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線面的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。 人機(jī)結(jié)合面是人機(jī)系統(tǒng)中的中心一環(huán)節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機(jī)工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)，并過(guò)安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)

25、去研究具體的解決方法手段措施安全人機(jī)學(xué)。它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類(lèi)可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面?，F(xiàn)在大量運(yùn)用在工業(yè)與商業(yè)上，簡(jiǎn)單的區(qū)分為“輸入” （Input）與“輸出” （Ouput）兩種，輸入指的是由人來(lái)進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備的操作，如把手、開(kāi)關(guān)、門(mén)、指令(命令)的下達(dá)或保養(yǎng)維護(hù)等，而輸出茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造10指的是由機(jī)械或設(shè)備發(fā)出來(lái)的通知，如故障、警告、操作說(shuō)明提示等，好的人機(jī)接口會(huì)幫助使用者更簡(jiǎn)單、更正確、更迅速的操作機(jī)械，也能使機(jī)械發(fā)揮最大的效能并延長(zhǎng)使用壽命，而目前市面上所指的人機(jī)接口則多界狹義的指在軟件人性化的操作接口上。 特定行業(yè)的人機(jī)界面可能有特

26、定的定義和分類(lèi)，比如工業(yè)人機(jī)界面(Industrial Human-machine Interface 或簡(jiǎn)稱 Industrial HMI)，具體解釋可查看“工業(yè)人機(jī)界面”詞條。 人機(jī)交互（Human-Computer Interaction, 簡(jiǎn)寫(xiě) HCI）：是研究關(guān)于設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)供人們使用的交互計(jì)算系統(tǒng)以及有關(guān)這些現(xiàn)象進(jìn)行研究的科學(xué)。 人機(jī)交互與人機(jī)界面是兩個(gè)有著緊密聯(lián)系而又不盡相同的概念。人機(jī)交互與人機(jī)界面的關(guān)系如下：人機(jī)交互是指人與機(jī)器的交互，本質(zhì)上是人與計(jì)算機(jī)的交互?；蛘邚母鼜V泛的角度理解：人機(jī)交互是指人與含有計(jì)算機(jī)的機(jī)器的交互。具體來(lái)說(shuō)，人機(jī)交互用戶與含有計(jì)算機(jī)機(jī)器之間的雙向

27、通信，以一定的符號(hào)和液晶屏被用作人機(jī)界面顯示器動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，如擊鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)，顯示屏幕上的符號(hào)/圖形等。這個(gè)過(guò)程包括幾個(gè)子過(guò)程：識(shí)別交互對(duì)象-理解交互對(duì)象-把握對(duì)象情態(tài)-信息適應(yīng)與反饋等；而人機(jī)界面是指用戶與含有計(jì)算機(jī)的機(jī)器系統(tǒng)之間的通信媒體或手段，是人機(jī)雙向信息交互的支持軟件和硬件。這里界面定義為通信的媒體或手段，它的物化體現(xiàn)是有關(guān)的支持軟件和硬件，如帶有鼠標(biāo)的圖形顯示終端等。 交互是人與機(jī) -環(huán)境作用關(guān)系 /狀況的一種描述。界面是人與機(jī) -環(huán)境發(fā)生交互關(guān)系的具體表達(dá)形式。交互是實(shí)現(xiàn)信息傳達(dá)的情境刻畫(huà)，而界面是實(shí)現(xiàn)交互的手段。在 交互設(shè)計(jì)子系統(tǒng)中，交互是內(nèi)容 /靈魂，界面是形式 /肉體；然而在

28、大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，交互和界面，都只是解決人機(jī)關(guān)系的一種手段，不是最終目的，其最終目的是解決和滿足人的需求。 交互設(shè)計(jì)是從屬于產(chǎn)品系統(tǒng)的，是對(duì)成功的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種強(qiáng)有力的支持與完善。 如果利用系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，交互設(shè)計(jì)是從屬于產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。4.1.24.1.2 人機(jī)界面產(chǎn)品基本常識(shí)人機(jī)界面產(chǎn)品基本常識(shí)4 4. .1 1. .2 2. .1 1 人人機(jī)機(jī)界界面面產(chǎn)產(chǎn)品品的的定定義義 ：連接可編程序控制器（ PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過(guò)輸入單元（如觸摸屏、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等）寫(xiě)入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造11的數(shù)字設(shè)備

29、,由硬件和軟件兩部分組成。 HMI 為英文 Human-Machine Interface 的縮寫(xiě)。4 4. .1 1. .2 2. .2 2 人人機(jī)機(jī)界界面面（H HM MI I）產(chǎn)產(chǎn)品品的的組組成成及及工工作作原原理理 ：人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI 產(chǎn)品的性能高低，是 HMI的核心單元。根據(jù) HMI 的產(chǎn)品等級(jí)不同，處理器可分別選用8 位、16 位、32 位的處理器。 HMI 軟件一般分為兩部分，即運(yùn)行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于 PC 機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下的畫(huà)面組態(tài)軟

30、件（如 JBHMI 畫(huà)面組態(tài)軟件）。使用者都必須先使用 HMI 的畫(huà)面組態(tài)軟件制作 “工程文件”，再通過(guò) PC 機(jī)和 HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的 “工程文件”下載到HMI 的處理器中運(yùn)行。 4 4. .1 1. .2 2. .3 3 人人機(jī)機(jī)界界面面產(chǎn)產(chǎn)品品的的基基本本功功能能及及選選型型指指標(biāo)標(biāo) （1）基本功能： （2）設(shè)備工作狀態(tài)顯示，如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線等； （3）數(shù)據(jù)、文字輸入操作，打印輸出； （4）生產(chǎn)配方存儲(chǔ)，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄； （5）簡(jiǎn)單的邏輯和數(shù)值運(yùn)算； （6）可連接多種工業(yè)控制設(shè)備組網(wǎng)。 （7）選型指標(biāo)： （8）顯示屏尺寸及色彩，分辨率； （9）HMI

31、的處理器速度性能； （10）輸入方式：觸摸屏或薄膜鍵盤(pán)； （11）畫(huà)面存貯容量，注意廠商標(biāo)注的容量單位是字節(jié)（ byte）、還是位（bit）； （12）通訊口種類(lèi)及數(shù)量，是否支持打印功能。 4 4. .1 1. .2 2. .4 4 人人機(jī)機(jī)界界面面產(chǎn)產(chǎn)品品分分類(lèi)類(lèi) (1)薄膜鍵輸入的 HMI，顯示尺寸小于 5.7，畫(huà)面組態(tài)軟件免費(fèi)，屬初級(jí)產(chǎn)品。如 POPHMI 小型人機(jī)界面； (2)觸摸屏輸入的 HMI，顯示屏尺寸為 5.712.1，畫(huà)面組態(tài)軟件免費(fèi)，屬中級(jí)產(chǎn)品； 茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造12(3)基于平板 PC 計(jì)算機(jī)的、多種通訊口的、高性能HMI，顯示尺寸大于10.4，畫(huà)面組態(tài)軟件收費(fèi)，屬高

32、端產(chǎn)品。 4 4. .1 1. .2 2. .5 5 人人機(jī)機(jī)界界面面的的使使用用方方法法 (1)明確監(jiān)控任務(wù)要求，選擇適合的 HMI 產(chǎn)品； (2)在 PC 機(jī)上用畫(huà)面組態(tài)軟件編輯 “工程文件”； (3)測(cè)試并保存已編輯好的 “工程文件” ； (4)PC 機(jī)連接 HMI 硬件，下載“工程文件”到 HMI 中； (5)連接 HMI 和工業(yè)控制器（如 PLC、儀表等），實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。4.1.34.1.3 人機(jī)界面品牌分類(lèi)人機(jī)界面品牌分類(lèi)1、 EVIEW EVIEW 人機(jī)產(chǎn)品是中國(guó)最早最專(zhuān)業(yè)的工業(yè)級(jí)人機(jī)界面品牌之一，自2002 年進(jìn)入中國(guó)大陸市場(chǎng)以來(lái)，以其專(zhuān)業(yè)的品質(zhì)、卓越的性能、合理的價(jià)格得到了市

33、場(chǎng)的最大認(rèn)可，產(chǎn)品銷(xiāo)量及市場(chǎng)占有率居同行業(yè)之首，EVIEW 品牌曾被業(yè)界權(quán)威媒體工控網(wǎng)評(píng)為 “工控 TOP10”第一名、美國(guó) Control Engineering 雜志評(píng)選的 “中國(guó)最有影響的人機(jī)界面品牌 ”第一名、年度“最佳人機(jī)界面產(chǎn)品 ”獎(jiǎng)。 2、臺(tái)灣威綸 “WEINVIEW”品牌人機(jī)界面（觸摸屏 ）。 WEINVIEW 人機(jī)產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)率先采用符合先進(jìn)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)鉛零件和制造工藝，用實(shí)際行動(dòng)為企業(yè)道德印上金牌品質(zhì)保證，一路保持行業(yè)領(lǐng)先。4.1.44.1.4 人機(jī)界面發(fā)展概述人機(jī)界面發(fā)展概述: :1.人機(jī)界面領(lǐng)域的形成：從計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，早期用戶是以計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員為主，但隨著計(jì)算機(jī)廣泛進(jìn)

34、入人們的工作生活領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)用戶發(fā)生了改變，非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的普通用戶成了用戶的主體。這一重大轉(zhuǎn)變使計(jì)算機(jī)的可用性問(wèn)題變得日益突出起來(lái)。人機(jī)界面應(yīng)當(dāng)是什么樣的？如何去建造這樣的界面？人們開(kāi)始關(guān)注和研究這些問(wèn)題。這些問(wèn)題既涉及人也涉及計(jì)算機(jī)及一些相關(guān)的學(xué)科，如：心理學(xué)、人的因素學(xué)（Human Factors） 、社會(huì)學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，從而帶來(lái)了不同的理論方法。八十年代以來(lái)，人機(jī)界面的研究有了前所未有的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的迅速普及對(duì)此起了重要的推動(dòng)作用。 2.研究人機(jī)界面的各種理論和方法茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造13(1)分析與評(píng)價(jià)技術(shù):用于分析、評(píng)價(jià)用戶界面有效性的理論和經(jīng)

35、驗(yàn)方法，如任務(wù)分析、話語(yǔ)分析、內(nèi)容分析及可用性評(píng)價(jià)等。(2)設(shè)計(jì)方法論:用來(lái)產(chǎn)生好的用戶界面設(shè)計(jì)的方法與技術(shù)，如：軟件心理學(xué)、環(huán)境因素設(shè)計(jì)法、多方參與設(shè)計(jì)法以及支持設(shè)計(jì)過(guò)程的工具和標(biāo)記法。(3)開(kāi)發(fā)工具和方法：支持用戶界面開(kāi)發(fā)的工具箱、用戶界面管理系統(tǒng)（UIMS） 、快速原型法和程序設(shè)計(jì)輔助工具等。(4)交互方式與設(shè)備:新的輸入輸出設(shè)備和設(shè)備運(yùn)用策略，包括視覺(jué)、聲音、觸覺(jué)、姿態(tài)等通信模態(tài)及多種模態(tài)的集成。(5)關(guān)鍵用戶界面成分：如用戶界面隱喻（metaphor） 、用戶界面風(fēng)格、智能界面技術(shù)、取消、超文本超媒體以及聯(lián)機(jī)幫助。(6)用戶模型：包括用戶行為模型、關(guān)于系統(tǒng)的用戶內(nèi)心模型、用戶個(gè)體差異

36、(7)特定應(yīng)用的用戶界面設(shè)計(jì)：滿足某類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題對(duì)人機(jī)交互作用的特定限制條件和要求的用戶界面設(shè)計(jì)。如：虛擬現(xiàn)實(shí)、智能輔導(dǎo)系統(tǒng)、信息檢索、Internet/WWW、CAD/CAM、專(zhuān)家系統(tǒng)過(guò)程控制、決策支持等。 (8)計(jì)算機(jī)輔助協(xié)同工作（CSCW）：關(guān)于如何使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幫助人的群體有效協(xié)同工作的研究，包括現(xiàn)場(chǎng)觀察研究、理論模型、群體用戶界面開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)等。 (9)法律與標(biāo)準(zhǔn)：關(guān)于用戶界面的專(zhuān)利和版權(quán)問(wèn)題、用戶界面的標(biāo)準(zhǔn)化。這些研究方向目前大多處于十分活躍的發(fā)展階段，并且有著較強(qiáng)的分化和相互滲透傾向，有些方向甚至有可能發(fā)展為具有相當(dāng)規(guī)模的相對(duì)對(duì)立的研究領(lǐng)域。4.1.54.1.5 人機(jī)界面的發(fā)展趨勢(shì)人機(jī)

37、界面的發(fā)展趨勢(shì): :隨著人機(jī)界面在計(jì)算機(jī)容量、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)以及新型輸入輸出設(shè)備方面的迅速發(fā)展，今后的人機(jī)界面將具有一些新的特點(diǎn)： (1）人與計(jì)算機(jī)的交互操作變得更接近于同現(xiàn)實(shí)世界的交互操作，為減輕人在交互作用上的認(rèn)識(shí)負(fù)擔(dān)和更多地利用人從演化和經(jīng)歷中獲得的自然技能提供了新的可能性。(2）人機(jī)界面將越來(lái)越多地具有多模態(tài)高寬帶的特點(diǎn)。更多的人的感受表達(dá)模態(tài)將被用于和計(jì)算機(jī)的信息交流，甚至可以設(shè)想最重要把人的神經(jīng)細(xì)胞的直接觸發(fā)和測(cè)取作為交互的通道，為此同時(shí)輸入輸出設(shè)備之間的區(qū)別將變得越來(lái)越不明顯。(3)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尤其是 Internet 的普及使今后的計(jì)算機(jī)用戶具有更多的群體特點(diǎn)，從而

38、對(duì)適應(yīng)人的群體社會(huì)化組織和行為規(guī)律的群體用戶界面將會(huì)有大的茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造14需求。人機(jī)界面設(shè)計(jì)下一代方法是交互的集成方法。它將大量地使用語(yǔ)音、自然語(yǔ)言和高級(jí)圖形，也可用其它交互媒體，如眼的動(dòng)作和手勢(shì)、姿態(tài)等，還可用三維圖像生動(dòng)地引導(dǎo)解釋交互和任務(wù)?？傊磥?lái)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)對(duì)研究和設(shè)計(jì)者提出了多方面的挑戰(zhàn)。許多信息技術(shù)領(lǐng)域的公司企業(yè)，這些年紛紛對(duì)與用戶界面開(kāi)發(fā)有關(guān)的專(zhuān)業(yè)人員提出要求，很多大學(xué)適應(yīng)這種要求，設(shè)立了相關(guān)的課題甚至專(zhuān)業(yè)。4.1.64.1.6 人機(jī)界面的總體設(shè)計(jì)人機(jī)界面的總體設(shè)計(jì):狹義的人機(jī)界面指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的人機(jī)界面(Human-Computer Interface,HC1)，又

39、稱人機(jī)接口、用戶界面(User Interface)，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)中最年輕的分支之一。人機(jī)界面是計(jì)算機(jī)科學(xué)與心理學(xué)、圖形藝術(shù)、認(rèn)知科學(xué)和人機(jī)工程學(xué)的交叉研究領(lǐng)域，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞和交換信息的媒介，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向用戶提供的綜合操作環(huán)境。近年來(lái)，隨著軟件工程學(xué)的迅速發(fā)展、新一代計(jì)算機(jī)技術(shù)研究的推動(dòng)，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，人機(jī)界面設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)已成為國(guó)際計(jì)算機(jī)界最為活躍的研究方向。1、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則：人機(jī)界面設(shè)計(jì)的好壞與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有直接的關(guān)系，有些原則對(duì)幾乎所有良好的人機(jī)界面的設(shè)計(jì)都是適用的，一般可從可交互性、信息、顯示、數(shù)據(jù)輸入等方面考慮:原則 1:在同一用戶界面中，所有的菜單選抒、命令

40、輸入、數(shù)據(jù)顯示和其他功能應(yīng)保持風(fēng)格的一致性。風(fēng)格一致的人機(jī)界面會(huì)給人一種簡(jiǎn)潔、和諧的美感。原則 2:對(duì)所有可能造成損害的動(dòng)作，堅(jiān)持要求用戶確認(rèn)，例如提問(wèn)“你肯定?”等，對(duì)大多數(shù)動(dòng)作應(yīng)允許恢復(fù)(UNDO)，對(duì)用戶出錯(cuò)采取寬容的態(tài)度。原則 3:用戶界面應(yīng)能對(duì)用戶的決定做出及時(shí)的響應(yīng)，提高對(duì)話、移動(dòng)和思考的效率，最大可能的減少擊鍵次數(shù)，縮短鼠標(biāo)移動(dòng)距離，避免使用戶產(chǎn)生無(wú)所適從的感覺(jué)。原則 4:人機(jī)界面應(yīng)該提供上下文敏感的求助系統(tǒng)，讓用戶及時(shí)獲得幫助，盡量用簡(jiǎn)短的動(dòng)詞和動(dòng)詞短語(yǔ)提示命令。原則 5:合理劃分并高效使用顯示屏。僅顯示與上下文有關(guān)的信息，允許用戶對(duì)可視環(huán)境進(jìn)行維護(hù):如放大、縮小圖像;用窗口分

41、隔不同種類(lèi)的信息，只顯示有意義的出錯(cuò)信息，避免因數(shù)據(jù)過(guò)于費(fèi)解造成用)”煩惱。上述原則都是進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的最基本的原則，除此之外還有許茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造15多設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)考慮，比如如何正確的使用顏色等。4.1.74.1.7 人機(jī)界面設(shè)計(jì)的過(guò)程人機(jī)界面設(shè)計(jì)的過(guò)程：人機(jī)界面的設(shè)計(jì)過(guò)程可分為以下幾個(gè)步驟： 1.創(chuàng)建系統(tǒng)功能的外部模型設(shè)計(jì)模型主要是考慮軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)和過(guò)程性描述，界面設(shè)計(jì)一般只作為附屬品，只有對(duì)用戶的情況(包括年齡、性別、心理情況、文化程度、個(gè)性、種族背景等 )有所了解，才能設(shè)計(jì)出有效的用戶界面；根據(jù)終端用戶對(duì)未來(lái)系統(tǒng)的假想 (簡(jiǎn)稱系統(tǒng)假想 )設(shè)計(jì)用戶模型，最終使之與

42、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后得到的系統(tǒng)映象 (系統(tǒng)的外部特征 )相吻合，用戶才能對(duì)系統(tǒng)感到滿意并能有效的使用它；建立用戶模型時(shí)要充分考慮系統(tǒng)假想給出的信息，系統(tǒng)映象必須準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的語(yǔ)法和語(yǔ)義信息?？傊?，只有了解用戶、了解任務(wù)才能設(shè)計(jì)出好的人機(jī)界面。 2.確定為完成此系統(tǒng)功能人和計(jì)算機(jī)應(yīng)分別完成的任務(wù)：任務(wù)分析有兩種途徑。一種是從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)對(duì)原有處于手工或半手工狀態(tài)下的應(yīng)用系統(tǒng)的剖析，將其映射為在人機(jī)界面上執(zhí)行的一組類(lèi)似的任務(wù)；另一種是通過(guò)研究系統(tǒng)的需求規(guī)格說(shuō)明，導(dǎo)出一組與用戶模型和系統(tǒng)假想相協(xié)調(diào)的用戶任務(wù)。 逐步求精和面向?qū)ο蠓治龅燃夹g(shù)同樣適用于任務(wù)分析。逐步求精技術(shù)可把任務(wù)不斷劃分為子任務(wù)，直至對(duì)每個(gè)

43、任務(wù)的要求都十分清楚；而采用面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)可識(shí)別出與應(yīng)用有關(guān)的所有客觀的對(duì)象以及與對(duì)象關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。 3.考慮界面設(shè)計(jì)中的典型問(wèn)題 ：設(shè)計(jì)任何一個(gè)機(jī)界面，一般必須考慮系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、用戶求助機(jī)制、錯(cuò)誤信息處理和命令方式四個(gè)方面。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是交互式系統(tǒng)中用戶抱怨最多的問(wèn)題，除了響應(yīng)時(shí)間的絕對(duì)長(zhǎng)短外，用戶對(duì)不同命令在響應(yīng)時(shí)間上的差別亦很在意，若過(guò)于懸殊用戶將難以接受；用戶求助機(jī)制宜采用集成式，避免疊加式系統(tǒng)導(dǎo)致用戶求助某項(xiàng)指南而不得不瀏覽大量無(wú)關(guān)信息；錯(cuò)誤和警告信息必須選用用戶明了、含義準(zhǔn)確的術(shù)語(yǔ)描述，同時(shí)還應(yīng)盡可能提供一些有關(guān)錯(cuò)誤恢復(fù)的建議。此外，顯示出錯(cuò)信息時(shí)，若再輔以聽(tīng)覺(jué) (鈴聲)、視覺(jué)

44、(專(zhuān)用顏色)刺激，則效果更佳；命令方式最好是菜單與鍵盤(pán)命令并存，供用戶選用。 4.借助 CASE 工具構(gòu)造界面原型，并真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型軟件模型一旦確定，即可構(gòu)造一個(gè)軟件原形，此時(shí)僅有用戶界面部分，此原形交用戶評(píng)審，根據(jù)反饋意見(jiàn)修改后再交給用戶評(píng)審，直至與用戶模型和系統(tǒng)假想一致為止。一般可借助于用戶界面工具箱 (Userinterfacetoolkits)或用戶界面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造16(Userinterfacedevelopmentsystems)提供的現(xiàn)成的模塊或?qū)ο髣?chuàng)建各種界面基本成分的工作。4.1.84.1.8 人機(jī)界面設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)人機(jī)界面設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)：怎樣評(píng)價(jià)一個(gè)人機(jī)界面設(shè)計(jì)質(zhì)

45、量的優(yōu)劣，目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般地，評(píng)價(jià)可以從以下幾個(gè)主要方面進(jìn)行考慮：(1)用戶對(duì)人機(jī)界面的滿意程度；(2)人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)化程度；(3)人機(jī)界面的適應(yīng)性和協(xié)調(diào)性；(4)人機(jī)界面的應(yīng)用條件；(5)人機(jī)界面的性能價(jià)格比。目前人們習(xí)慣于用“界面友好性”這一抽象概念來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)人機(jī)界面的好壞，但“但面友好”與“界面不友好”恐怕無(wú)人能定一個(gè)確切的界線，一般認(rèn)為一個(gè)友好的人機(jī)界應(yīng)該至少具備以下特征：(1)操作簡(jiǎn)單，易學(xué)，易掌握；(2)界面美觀，操作舒適；(3)快速反應(yīng)，響應(yīng)合理；(4)用語(yǔ)通俗，語(yǔ)義一致。需指出，一個(gè)用戶界面設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣，最終還得由用戶來(lái)判定，因?yàn)檐浖枪┯脩羰褂玫?，軟件的使用?/p>

46、才是最有發(fā)言權(quán)的人。4.1.94.1.9 SIMATICSIMATIC HMIHMI 介紹：介紹：在工藝過(guò)程日趨復(fù)雜、對(duì)機(jī)器和設(shè)備功能的要求不斷增加的環(huán)境中，獲得最大的透明性對(duì)操作員來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。 人機(jī)界面(HMI)提供了這種透明性。HMI 是人(操作員)與過(guò)程(機(jī)器/設(shè)備)之間的接口。PLC 是控制過(guò)程的實(shí)際單元。 因此，在操作員和 WinCC flexible（位于 HMI 設(shè)備端）之間以及 WinCC flexible 和 PLC 之間均存在一個(gè)接口。 HMI 系統(tǒng)承擔(dān)下列任務(wù)：4.1.9.14.1.9.1過(guò)程可視化：過(guò)程可視化：過(guò)程顯示在HMI 設(shè)備上。 HMI 設(shè)備上的畫(huà)面可根據(jù)過(guò)程

47、變化動(dòng)態(tài)更新。 這基于過(guò)程的變化。4.1.9.24.1.9.2操作員對(duì)過(guò)程的控制操作員對(duì)過(guò)程的控制：操作員可以通過(guò)GUI (圖形用戶界面)來(lái)控制過(guò)程。 例如，操作員可以預(yù)置控件的參考數(shù)值或者啟動(dòng)電機(jī)。4.1.9.34.1.9.3顯示報(bào)警顯示報(bào)警：過(guò)程的臨界狀態(tài)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，例如，當(dāng)超出設(shè)定值時(shí)。4.1.9.44.1.9.4歸檔過(guò)程值和報(bào)警歸檔過(guò)程值和報(bào)警：HMI 系統(tǒng)可以記錄報(bào)警和過(guò)程值。 該功能使您可以記錄過(guò)程值序列，并檢索以前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。4.1.9.54.1.9.5過(guò)程值和報(bào)警記錄：過(guò)程值和報(bào)警記錄：HMI 系統(tǒng)可以輸出報(bào)警和過(guò)程值報(bào)表。 例如，您可以在某一輪班結(jié)束時(shí)打印輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)。4

48、.1.9.64.1.9.6過(guò)程和設(shè)備的參數(shù)管理：過(guò)程和設(shè)備的參數(shù)管理：HMI 系統(tǒng)可以將過(guò)程和設(shè)備的參數(shù)存儲(chǔ)在配方茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造17中。 例如，可以一次性將這些參數(shù)從HMI 設(shè)備下載到PLC，以便改變產(chǎn)品版本進(jìn)行生產(chǎn)。SIMATIC HMI 提供了一個(gè)全集成的單源系統(tǒng)，用于各種形式的操作員監(jiān)控任務(wù)。 使用SIMATIC HMI，您可以始終控制過(guò)程并使機(jī)器和設(shè)備持續(xù)運(yùn)行。用于設(shè)備級(jí)的小型觸摸面板是簡(jiǎn)單SIMATIC HMI 系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。用于監(jiān)控生產(chǎn)工廠的SIMATIC HMI 系統(tǒng)代表了擁有高端性能范圍的產(chǎn)品。 它們包括高性能的客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)。4.1.10SIMATIC4.1.10

49、SIMATIC WinCCWinCC flexibleflexible 的集成的集成：WinCC flexible 是一種前瞻性的面向機(jī)器的自動(dòng)化概念的 HMI 軟件，它具有舒適而高效的設(shè)計(jì)。 WinCC flexible 綜合了下列優(yōu)點(diǎn)：(1)直接的處理方式(2)透明性(3)靈活性4.1.114.1.11 WinCCWinCC flexibleflexible 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述：WinCC flexible 編輯界面如下圖所示：（1）菜單和工具欄 可以通過(guò) WinCC flexible 的菜單和工具欄訪問(wèn)它所提供的全部功能。 當(dāng)鼠標(biāo)指針移動(dòng)到一個(gè)功能上時(shí)，將出現(xiàn)工具提示。 （2）工作區(qū) 在工

50、作區(qū)域中編輯項(xiàng)目對(duì)象。 所有 WinCC flexible 元素都排列在工作區(qū)域的邊框上。 除了工作區(qū)域之外，可以組織、組態(tài)(例如，移動(dòng)或隱藏)任一元素來(lái)茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造18滿足個(gè)人需要。 （3）項(xiàng)目視圖 項(xiàng)目中所有可用的組成部分和編輯器在項(xiàng)目視圖中以樹(shù)型結(jié)構(gòu)顯示。 作為每個(gè)編輯器的子元素，可以使用文件夾以結(jié)構(gòu)化的方式保存對(duì)象。 此外，屏幕、配方、腳本、協(xié)議和用戶詞典都可直接訪問(wèn)組態(tài)目標(biāo)。 在項(xiàng)目窗口中，您可以訪問(wèn) HMI 設(shè)備的設(shè)置、語(yǔ)言設(shè)置和版本管理。 （4）屬性視圖 屬性視圖用于編輯對(duì)象屬性，例如畫(huà)面對(duì)象的顏色。 屬性視圖僅在特定編輯器中可用。 （5）工具箱 工具箱包含有選擇對(duì)象的選

51、項(xiàng)，可將這些對(duì)象添加給畫(huà)面，例如圖形對(duì)象或操作員控制元素。此外，工具箱也提供了許多庫(kù)，這些庫(kù)包含有許多對(duì)象模板和各種不同的面板。 （6）庫(kù) “庫(kù)”是工具箱視圖的元素。 使用“庫(kù)”可以訪問(wèn)畫(huà)面對(duì)象模板。 始終可以通過(guò)多次使用或重復(fù)使用對(duì)象模板來(lái)添加畫(huà)面對(duì)象，從而提高編程效率。 庫(kù)是用于存儲(chǔ)諸如畫(huà)面對(duì)象和變量等常用對(duì)象的中央數(shù)據(jù)庫(kù)。 輸出視圖輸出窗口顯示例如在項(xiàng)目測(cè)試運(yùn)行中所生成的系統(tǒng)報(bào)警。 （7）對(duì)象視圖 “對(duì)象視圖”顯示“項(xiàng)目視圖”中選定區(qū)域的所有元素。WinCC flexible 工程系統(tǒng)是用于處理所有基本組態(tài)任務(wù)的軟件。WinCC flexible 運(yùn)行系統(tǒng)是用于過(guò)程可視化的軟件。 在運(yùn)行

52、系統(tǒng)中，您可以在過(guò)程模式下執(zhí)行項(xiàng)目。WinCC flexible 選件可以擴(kuò)展WinCC flexible 的標(biāo)準(zhǔn)功能。 每個(gè)選件需要一個(gè)單獨(dú)的許可證，WinCC flexible 是用于所有組態(tài)任務(wù)的工程系統(tǒng)。 WinCC flexible 采用模塊化的設(shè)計(jì)。WinCC flexible 包括了性能從Micro Panel 到簡(jiǎn)單使用 WinCC flexible，可以創(chuàng)建模塊的 HMI 視圖，并將其與控制單元組合以形成完整的模塊。SIMATIC iMap 鏈接編輯器允許啟用模塊接口之間的相互圖形鏈接。無(wú)需構(gòu)建通訊鏈接。使用模塊的鏈接信息和 HMI 部分，可自動(dòng)生成 WinCC flexib

53、le 的可視化基礎(chǔ)。的PC 可視化的一系列產(chǎn)品。WinCC flexible 支持下列組態(tài)：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造19(1) 依賴于目標(biāo)系統(tǒng)的組態(tài)在組態(tài)期間，只顯示所選目標(biāo)系統(tǒng)支持的功能。(2)獨(dú)立于所用PLC 的工程如果您要在多個(gè)或不同的目標(biāo)系統(tǒng)中使用一個(gè)項(xiàng)目，只需在項(xiàng)目中切換HMI 設(shè)備。 對(duì)于所選HMI 設(shè)備不支持的功能，將不顯示。(3)所引用對(duì)象的集中修改在中心工作站所作的修改應(yīng)用于整個(gè)項(xiàng)目。(4)使用重新使用組態(tài)對(duì)象可簡(jiǎn)化組態(tài)并降低總成本。(5)批量數(shù)據(jù)處理例如，創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)作，使其包含多個(gè)具有相同值或按時(shí)間升序排列的地址的變量。(6)畫(huà)面瀏覽的圖形組態(tài)由已組態(tài)畫(huà)面的圖形總覽創(chuàng)建一個(gè)畫(huà)面

54、體系。 自動(dòng)創(chuàng)建畫(huà)面瀏覽所需對(duì)象。 。(7)組態(tài)運(yùn)動(dòng)路徑組態(tài)對(duì)象在過(guò)程畫(huà)面中的運(yùn)動(dòng)。(8)全集成自動(dòng)化得益于WinCC flexible 在SIMATIC STEP 7 和SIMOTION SCOUT 組態(tài)用戶界面中的無(wú)縫集成。4.1.124.1.12 人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)：根據(jù)本軟件所要實(shí)現(xiàn)的功能，再考慮到界面設(shè)計(jì)原則，可以列出界面框圖如圖：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造20用戶登錄揉捻參數(shù)設(shè)定揉捻狀態(tài)顯示用戶信息管理退出管理主界面揉捻控制過(guò)程揉捻系統(tǒng)趨勢(shì)揉捻數(shù)據(jù)采集4 4.1.13.1.13 系統(tǒng)軟件的安全性設(shè)計(jì)：系統(tǒng)軟件的安全性設(shè)計(jì)：對(duì)于一個(gè)工業(yè)上應(yīng)用的系統(tǒng)軟件來(lái)保障安全，它的安全性和可靠性尤

55、為重要。為了保證系統(tǒng)的安全，就要采取系統(tǒng)安全策略?？梢圆捎萌缦乱恍┌踩夹g(shù)確保工控軟件系統(tǒng)的安全:(1)有身份認(rèn)證功能(2)訪問(wèn)控制功能(3)審計(jì)功能(4)與防病毒技術(shù)兼容(5)與其它安全技術(shù)兼容4.13.1.14.13.1.1 在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中主要考慮了用戶權(quán)限的設(shè)定以及使用者信息的登記。將權(quán)限分為系統(tǒng)管理員與普通操作員兩種，系統(tǒng)管理員可以對(duì)系統(tǒng)的所有設(shè)置包括對(duì)操作員的管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等均具有修改、刪除的權(quán)限，而操作員只有在管理員授權(quán)了以后才具有普通操作的權(quán)限，可以對(duì)本身的信息進(jìn)行修改，但無(wú)法增加、刪除其它操作員信息和管理員信息，也無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。為了安全，本軟件

56、在使用之前增加了登錄對(duì)話框，只有在正確輸入用戶名和密碼后才能進(jìn)入軟件系統(tǒng)，防止非操作員對(duì)系統(tǒng)的使用及破壞。該系統(tǒng)主要有四個(gè)界面：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造21(1)系統(tǒng)管理界面（用戶登錄界面）(2)控制系統(tǒng)界面（主界面）(3)系統(tǒng)趨勢(shì)界面(4)工藝參數(shù)界面4.1.13.24.1.13.2 系統(tǒng)管理界面（用戶登錄界面）系統(tǒng)管理界面（用戶登錄界面）：系統(tǒng)管理主要完成系統(tǒng)的管理和操作，包括操作員管理和用戶密碼修改。操作管理負(fù)責(zé)完成操作用戶管理，用戶權(quán)限設(shè)定。用戶權(quán)限分為系統(tǒng)管理員和普通操作員。系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，能使用軟件的所有功能，包括操作用戶管理、數(shù)據(jù)刪除等功能;普通操作員只能使用軟件的部分功能，

57、完成整個(gè)茶葉揉捻過(guò)程，不能使用操作用戶管理、數(shù)據(jù)刪除等高級(jí)功能。用戶登錄界面如下圖所示：界面中的按鈕功能如下：按鈕功能用戶登陸點(diǎn)擊進(jìn)入用戶登陸框，從而進(jìn)入系統(tǒng)控制畫(huà)面注銷(xiāo)點(diǎn)擊退出當(dāng)前用戶茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造22退出系統(tǒng)點(diǎn)擊關(guān)閉茶葉揉捻機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)點(diǎn)擊按鈕“用戶登錄”就會(huì)彈出登錄對(duì)話框，如下圖所示：該系統(tǒng)的用戶名是：F密碼是：8884.1.13.34.1.13.3 控制系統(tǒng)界面（主界面）控制系統(tǒng)界面（主界面）：系統(tǒng)控制主要實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉揉捻機(jī)的操作和控制，包括自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩部分。手動(dòng)控制主要通過(guò)“系統(tǒng)控制”面板上的按鈕對(duì)揉捻機(jī)的每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，如壓蓋上升、壓蓋下降、主體電機(jī)啟動(dòng)與停止以

58、及系統(tǒng)復(fù)位;自動(dòng)控制主要通過(guò)“系統(tǒng)控制”而板上的按鈕“啟動(dòng)主電機(jī)”和“停止主電機(jī)”來(lái)完成茶葉揉捻的自動(dòng)過(guò)程。系統(tǒng)控制不是計(jì)算機(jī)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的，而是與 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，PLC才是系統(tǒng)控制的實(shí)際控制者。通過(guò)系統(tǒng)控制界面可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)主電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)得電，也可以實(shí)現(xiàn)壓蓋上升或者是壓蓋下降，啟動(dòng)主電機(jī)或者是停止電機(jī)等 ?？刂葡到y(tǒng)界面（主界面）如下圖所示：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造23界面中的按鈕功能如下：按鈕功能控制系統(tǒng)單擊進(jìn)入系統(tǒng)控制界面系統(tǒng)趨勢(shì)單擊進(jìn)入系統(tǒng)趨勢(shì)界面進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視工藝參數(shù)單擊進(jìn)入工藝參數(shù)的設(shè)置界面退出管理單擊退出系統(tǒng)控制進(jìn)入系統(tǒng)管理界面步進(jìn)回路按下實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)通

59、電或斷電壓蓋上升步進(jìn)電路得電的情況下，按下實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓蓋上升，釋放實(shí)現(xiàn)壓蓋停止上升壓蓋下降步進(jìn)電路得電的情況下，按下實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓蓋下降，釋放實(shí)現(xiàn)壓蓋停止下降主電機(jī)回路按下實(shí)現(xiàn)主回路通電或斷電啟動(dòng)主電機(jī)按下實(shí)現(xiàn)主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)停止主電機(jī)按下實(shí)現(xiàn)主電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)減單擊實(shí)現(xiàn)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速減小加單擊實(shí)現(xiàn)主電機(jī)的專(zhuān)屬增加確定單擊確定當(dāng)前主電機(jī)的轉(zhuǎn)速4.1.13.44.1.13.4 系統(tǒng)趨勢(shì)界面：系統(tǒng)趨勢(shì)界面：繪制實(shí)時(shí)曲線圖對(duì)于分析數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)是一種非常直觀的方法，特別是當(dāng)要進(jìn)行多條曲線的比較時(shí)，通過(guò)繪制曲線圖可以讓人非常清楚的看出曲線之間的差異。本軟件對(duì)采集的壓蓋壓力數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)曲線方式顯示，用戶可以清楚的

60、看到整個(gè)揉捻過(guò)程中壓蓋壓力的變化趨勢(shì)。該界面用圖形的方式直接實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前變量值，圖中是揉捻過(guò)程中壓力的變化趨勢(shì)和轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)，用戶可以清楚的看到整個(gè)揉捻過(guò)程中壓蓋壓力的變化趨勢(shì)，和轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)。系統(tǒng)趨勢(shì)界面如下圖所示：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造244.1.13.54.1.13.5 工藝參數(shù)界面：工藝參數(shù)界面：根據(jù)各種茶葉不同的大小和含水量，需要對(duì)茶葉揉捻過(guò)程工藝參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)置，比如揉捻壓力、壓蓋高度、揉捻時(shí)間以及電機(jī)轉(zhuǎn)速。茶葉揉捻過(guò)程大致分為四個(gè)過(guò)程，可以根據(jù)不同的階段設(shè)置不同的工藝參數(shù)，大致按照“輕一重一較重一輕”的過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)。工藝參數(shù)界面如下圖所示：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造25該界面中的配方視

61、圖組態(tài)信息如下：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造26該系統(tǒng)只有一個(gè)連接，其信息如下圖所示：該系統(tǒng)的變量編輯如下圖所示：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造274.24.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)軟件指的是 S7-200 PLC 程序的開(kāi)發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)揉捻過(guò)程的自動(dòng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算以及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。茶葉揉捻控制系統(tǒng)能否按照預(yù)期設(shè)計(jì)的目標(biāo)運(yùn)行，一方面要看硬件設(shè)計(jì)是否具有合理性和可靠性，另一方面要看軟件能否可靠的運(yùn)行，能否滿足用戶的需要。4.2.1 軟件開(kāi)發(fā)的環(huán)境：STEP 7 是用于對(duì) SIMATIC 可編程邏輯控制器進(jìn)行組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。操作環(huán)境下圖所示。它是 SIMATIC 工業(yè)軟件的

62、組成部分?？商峁┫铝?STEP 7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包：(1)用于SIMATIC S7-200上應(yīng)用的STEP 7 Micro/DOS和STEP 7 Micro/WIN。(2)用于使用帶有各種功能的SIMATIC S7-300/S7-400、SIMATIC M7-300/M7-400和SIMATIC C 7的STEP 7：(1)可通過(guò)選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展(2)為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù)(3)強(qiáng)制和多處理器模式(4)全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊(5)使用通訊功能塊的事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送組態(tài)連接茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造28 軟件編譯環(huán)境編程語(yǔ)言用于S7-300和S7-400的編程語(yǔ)言梯形邏輯圖（La

63、dder Logic）、語(yǔ)句表（Statement List）和功能塊圖（Function Block Diagram）都集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)軟件包中。 梯形邏輯圖（或LAD）是STEP 7編程語(yǔ)言的圖形表達(dá)方式。它的指令語(yǔ)法與一個(gè)繼電器的梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號(hào)通過(guò)各個(gè)觸點(diǎn)、復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，使用梯形圖，可以追蹤電信號(hào)在電源示意線之間的流動(dòng)。 語(yǔ)句表（或STL）是STEP 7編程語(yǔ)言的文本表達(dá)方式，與機(jī)器碼相似。如果一個(gè)程序是用語(yǔ)句表編寫(xiě)的，CPU執(zhí)行程序時(shí)則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。為使編程更容易，語(yǔ)句表已進(jìn)行擴(kuò)展，還包括一些高層語(yǔ)言結(jié)構(gòu)（例如，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和塊參數(shù)）。 功能塊圖（FB

64、D）是STEP 7編程語(yǔ)言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代數(shù)相類(lèi)似的邏輯框來(lái)表達(dá)邏輯。復(fù)合功能（如數(shù)學(xué)功能）可用邏輯框相連直接表達(dá)。其它編程語(yǔ)言作為可選軟件包使用。本系統(tǒng) PLC 程序的編寫(xiě)是采用梯形圖(LAD)語(yǔ)言，整個(gè)程序直觀、可讀性強(qiáng)。安裝要求 操作系統(tǒng)：Windows 2000或Windows XP，Windows Server 2003。茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造29 基本硬件：編程器或PC：- 奔騰處理器（600 MHz）- RAM：至少256 MB- Microsoft Windows 支持的彩色顯示器、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)編程器（PG）是專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境中使用而設(shè)計(jì)的緊湊型個(gè)人計(jì)算機(jī)。它安裝了用于

65、SIMATIC可編程序邏輯控制器編程時(shí)所需的一切。 MPI接口（可選）：如果用戶需要使用STEP 7與PLC進(jìn)行通訊，則在PG或PC與PLC之間可使用多點(diǎn)接口（MPI）。因此，用戶需要： 一個(gè)PC USB 適配器連接到設(shè)備的通訊口 在計(jì)算機(jī)中安裝MPI模塊(例如CP 5611)PG中已經(jīng)裝有MPI接口。 外部編程設(shè)備（可選）：如果用戶希望在PC上向EPROM中存儲(chǔ)程序，則還需要一個(gè)外部編程設(shè)備。4.2.2 PLC 程序的設(shè)計(jì)：茶葉揉捻控制系統(tǒng)對(duì) 2 路壓力信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)進(jìn)行控制，以及各種限位信號(hào)的輸入。茶葉揉捻控制PLC 系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，其應(yīng)用程序由主程序、

66、中斷服務(wù)程序和一些功能模塊子程序組成。整個(gè)揉捻過(guò)程程序結(jié)構(gòu)原理下圖所示:主程序手動(dòng)控制自動(dòng)控制電機(jī)控制時(shí)間設(shè)置步進(jìn)電機(jī)手動(dòng)塊主電機(jī)手動(dòng)塊電機(jī)自動(dòng)塊步進(jìn)電機(jī)控制變頻器控制數(shù)據(jù)采集與顯示變頻器速度信號(hào)采集傳感器信號(hào)采集揉捻機(jī)運(yùn)行階段信號(hào)顯示茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造304.2.34.2.3 寄存器地址的分配：寄存器地址的分配：S7-300 PLC 的用于存放工作數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)空間稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它包括變量存儲(chǔ)器(V)、輸入映像寄存器(I)、輸出映像寄存器(Q)、內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器(M)、特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器(SM)。所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均能以位、字節(jié)(B)、字(W),雙字(DW)存取。PLC 中變量存儲(chǔ)器分為兩個(gè)部分，分別為 HMI參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)、程序變量存儲(chǔ)區(qū)。4.2.3.14.2.3.1 揉捻工藝設(shè)定參數(shù)揉捻工藝設(shè)定參數(shù)：揉捻工藝設(shè)定參數(shù)主要包括三個(gè)揉捻過(guò)程的工藝設(shè)定參數(shù)，包括揉捻壓力、揉捻時(shí)間以及電機(jī)轉(zhuǎn)速。該部分的變量由上位機(jī)傳輸給 PLC 或由 HMI 設(shè)定。具體參數(shù)下表所示：茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)化改造31 HMI 中工藝參數(shù)變量表4.2.44.2.4 PLCPLC 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)：茶葉揉捻控制系統(tǒng)對(duì) 2 路壓