****大学本科毕业设计（论文）
第四章 上位机界面的设计
WinCC flexible 用于组态用户界面以操作和监视机器与设备，提供了对面向解决方案概念的组态任务的支持。WinCC flexible与WinCC十分类似，都是组态软件，而前者基于触摸屏，后者基于工控机。
本模拟实验控制系统采用WinCC flexible组态软件编写上位机操作界面，并通过PN触摸屏连接下位机可编程控制器PLC，对PLC的下达控制指令。
4.1 wincc flexible软件简介
随着工艺过程越来越复杂、对机器和设备功能的要求不断增加的国际环境中，如何获得最大的透明性是对操作员来说至关重要的。HMI也就是人机界面为我们提供了这种透明性。HMI是人与机器设备之间的连接接口。PLC是控制过程中的实际单元。因此，在操作员和WinCC flexible（位于 HMI 设备端）之间以及WinCC flexible 和PLC之间均存在一个接口。 HMI系统将承担下列的任务：
1）操作过程的可视化；2）操作员来对过程进行控制；3）再设备有问题时，显示报警；4）归档过程值和报警；5）记录过程值和报警记录；6）对过程和设备的参数进行管理[16]。
SIMATIC HMI 为我们提供了一个全集成的单源系统，用于各种形式的操作员的监控。使用SIMATIC HMI，我们可以始终控制过程并使机器和设备持续稳定的运行。另外这个系统还有其他作用例如，他是SIMATIC PCS 7过程控制系统及其它西门子控制系统中的人机界面组件。他还可以为垂直市场解决方案提供有丰富的选件和附加件。
全自动化解决方案不仅涉及了HMI 系统，还涉及一些附加的组件，例如PLC、过程总线和外围设备。WinCC flexible 也为我们提供了与SIMATIC 产品系列和SIMOTION 产品系列非常成熟的集成功能[17]。
WinCC flexible 具有以下几种特点：
（1）、具有一定数量的功能块库：可以自由定义并重复使用面板，也可以对面板进行集中的改进；
（2）、它具有基于最新软件技术的创新组态界面，可以使操作更加方便；
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（3）、他有着的动态面板；
（4）、它可以组态智能工具，例如：图形导航和图形化运动对象，可方便地组态大批量数据等工具；
（5）、具有一定的私密性可以利用用户ID和密码实现访问保护； （6）、可以对用户的配方进行管理；
（7）、具有报表系统，可以使数据更加详细；
（8）、为全球推广提供语言支持适用于全球范围的大部分国家：
① 在一个项目中管理32种语言； ② 支持多语言文本和自动翻译的文本库；
③ 文本的导入/导出过程十分简单，从而便于翻译。 （9）、非常个性化，具有个性化扩展的选件
4.2 上位机界面设计
上位机界面的设计是根据PLC程序的编写以及HMI界面的设计为基础，使用wincc flexible软件对上位机界面进行编写和导入。
4.2.1 主界面的编写
主界面（如图4-1所示）作为整个控制界面的主体部分，应该有明确的系统名称。我们将系统名称定为“PID温控系统”，位于主界面的正上方。在画面的左边为系统的温控示意图，具体显示温度控制的具体位置。在画面的右边为主画面的主体部分，具体有“设定温度”、“实际温度”、“控制方式”、“阀门开度”四个项目。其中设定温度可以通过自己工况的需求来自己设置，本模拟装置实验所用设定温度为60摄氏度，即高温水的出口温度为60摄氏度。实际温度则是由温度传感器所测得的实际温度，通过信号传输段送给PLC，并在触摸屏内显示。控制方式有手动和自动两种。在编写画面时两者为重合状态，通过对其属性的可见性设置，可在现实操作中手动或自动控制时分别可见。最后则是阀门开度，即是我们最终需要控制的量，这里是由出口温度进行控制，直接显示比例调节阀的阀门开度大小。下方五个按钮是五个画面所对应的按钮，可以切换到各自的画面进行控制或是观察。
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图4-1主画面示意图
4.2.2 手动画面的编写
手动画面（如图4-2所示）是在选择手动控制时所出现的画面，画面上只有设置比例调节阀的阀门开度项。是在需要进行手动干预时，直接对比例调节阀的阀门开度进行调控，以控制出口水温。
图4-2手动画面示意图
4.2.3 自动画面的编写
当切换到自动画面（如图4-3所示）的时候，我们在画面上显示的是三个设定值，分别为Kp增益设定、Ki增益设定、Kd微分时间。其中Kp增益设定指的是比例积分增益，即输出变化对偏差变化之比。在这里当Kp值设置的越大时，系统的动态响应时间越快，但同时Kp值过大，系统容易产生震荡。因此我们将Kp增益的设定范围定在0-10之间。Ki增益设定指的是积分时间增益，即Ki设为0的时候，无积分时间，只是单纯的比例调节器。当Ki越小的时候，系统的
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动态响应时间就会越少，更快达到响应要求。但是同时当Ki越小的时候，系统超调就会增大，并且越容易产生震荡。我们将Kp增益的范围设定在0-100之间。最后为Kd微分时间，表示回归的快慢，微分作用与被调量的大小无关，与被调量的变化速率有关。当波动调节之后，输出还会自动拐回头。Kd微分时间的设定范围同样定在0-100之间。
图4-3自动画面示意图
4.2.4 曲线界面的编写
曲线界面（如图4-4所示）主要是在工作时对需了解观察的数据进行监控观察，在数据的分析中起着一定的作用。我们在这里主要对实际温度和阀门开度进行监控，根据监控曲线对程序进行修正。同时，我们同样对设定温度进行监控记录，以了解在各个设定温度下的阀门开度的信息，对手动操作有着指导意义。
图4-4曲线界面示意图
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