張金龍，蔡宇安

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西西安 710200）

0 引言

人機(jī)界面（Human Machine Interface，HMI）常被大家稱(chēng)為“觸摸屏”，是利用顯示屏顯示，通過(guò)輸入單元寫(xiě)入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備。連接的主要設(shè)備種類(lèi)是PLC，也可以連接交流變頻器、直流調(diào)速器、儀器儀表等工業(yè)控制設(shè)備。壓力機(jī)是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)滑塊做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)坯料進(jìn)行成形加工的鍛壓機(jī)械。壓力機(jī)因其動(dòng)作平穩(wěn)、工作精度高、生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)。人機(jī)界面因其能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的控制和顯示功能大量應(yīng)用在壓力機(jī)中，人機(jī)界面通過(guò)數(shù)據(jù)通信線與PLC 連接，安裝在壓力機(jī)的操作面板上（圖1）。

圖1 壓力機(jī)的操作面板人機(jī)界面

生產(chǎn)工人通過(guò)人機(jī)界面設(shè)置壓力機(jī)的各種設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、查看設(shè)備各部位操作運(yùn)行條件、調(diào)用模具參數(shù)、分班次工件計(jì)數(shù)等；設(shè)備維護(hù)人員通過(guò)查看人機(jī)界面設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)、I/O 點(diǎn)通斷情況、故障報(bào)警記錄等，提高了設(shè)備巡檢、維護(hù)保養(yǎng)的便利性。人機(jī)界面是壓力機(jī)的核心部件，由于壓力機(jī)滑塊上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻次高、振動(dòng)大，長(zhǎng)期運(yùn)行中人機(jī)界面可能會(huì)出現(xiàn)一些故障，造成壓力機(jī)停機(jī)。對(duì)于進(jìn)口人機(jī)界面，車(chē)間設(shè)備維護(hù)人員一般沒(méi)有自主維修和改造升級(jí)的經(jīng)驗(yàn)，大多都是采取采購(gòu)新備件進(jìn)行更換，或者尋求廠家上門(mén)服務(wù)，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)的時(shí)間較長(zhǎng)，花費(fèi)較大。對(duì)此現(xiàn)狀存在的反思：

（1）壓力機(jī)在用的人機(jī)界面廠家主要有西門(mén)子、三菱、歐姆龍、富士、Pro-face、光洋等，都屬于高價(jià)值進(jìn)口備件，而且數(shù)量多，基本上單價(jià)都在1 萬(wàn)元左右，采購(gòu)成本高、周期長(zhǎng)。面對(duì)損壞的人機(jī)界面，除了采購(gòu)新備件對(duì)其更換，維護(hù)人員需要提升自主維修能力，實(shí)現(xiàn)修舊利廢再利用，降低設(shè)備維護(hù)成本。

（2）隨著時(shí)代的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，人機(jī)界面迭代速度較快。當(dāng)原有型號(hào)的人機(jī)界面停產(chǎn)無(wú)法采購(gòu)時(shí)，新型的人機(jī)界面無(wú)法直接使用，在程序文件版本和通信接口上與原有的都不一樣，這時(shí)就需要對(duì)原有的人機(jī)界面進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)改造。廠家上門(mén)服務(wù)收費(fèi)通常都在5000 元左右。除了依靠廠家，維護(hù)人員應(yīng)具備實(shí)現(xiàn)自主系統(tǒng)改造升級(jí)的能力。

以汽車(chē)制造行業(yè)沖壓設(shè)備壓力機(jī)在用的人機(jī)界面為例，詳細(xì)介紹人機(jī)界面典型故障維修及升級(jí)改造方法，對(duì)設(shè)備維護(hù)人員更好的掌握人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)自主維修及升級(jí)改造，降低設(shè)備維護(hù)成本提供一些幫助。

1 人機(jī)界面介紹

人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件2 部分組成（圖2），硬件部分包括處理器單元、顯示單元、輸入單元、通信接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等。人機(jī)界面軟件分為兩部分，即運(yùn)行于人機(jī)界面硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于電腦Windows 操作系統(tǒng)下的畫(huà)面組態(tài)軟件。不同廠家的人機(jī)界面硬件會(huì)使用不同的畫(huà)面組態(tài)軟件，應(yīng)用前都必須先使用人機(jī)界面組態(tài)軟件制作工程文件，再通過(guò)電腦和人機(jī)界面產(chǎn)品的串行通信口連接，把編制好的工程文件上傳到人機(jī)界面中運(yùn)行。

圖2 人機(jī)界面的構(gòu)成

人機(jī)界面觸摸屏分為電容屏和電阻屏，面對(duì)各種復(fù)雜的使用環(huán)境，用戶可以根據(jù)自己使用需求選擇適合的觸摸屏。

電阻屏與電容屏主要是區(qū)別在于：電容屏是人體靜電驅(qū)動(dòng)原理，在觸摸屏幕時(shí)由于人體電場(chǎng)，手指與導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，觸摸屏控制器會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容屏可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控技術(shù)，精度較高、成本也相對(duì)較高，多運(yùn)用在商用顯示產(chǎn)品、自助終端產(chǎn)品；電阻屏是作用力驅(qū)動(dòng)原理，當(dāng)手指接觸屏幕時(shí)，兩層ITO 發(fā)生接觸，電阻發(fā)生變化，控制器根據(jù)檢測(cè)到的電阻變化來(lái)計(jì)算接觸點(diǎn)的坐標(biāo)。電阻屏不能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控，但相對(duì)于電容屏的優(yōu)勢(shì)有：①電阻屏適合工業(yè)環(huán)境比較惡劣，灰塵多，溫差大的環(huán)境；②電阻屏能夠用任何物體來(lái)觸摸，適用于一些需要戴手套操作的工業(yè)使用場(chǎng)景；③電阻觸摸屏的精度只取決于A/D 轉(zhuǎn)換的精度，而且比較省電，性價(jià)比高。壓力機(jī)因其工作環(huán)境，人機(jī)界面的觸摸屏通常選用電阻屏。

2 人機(jī)界面典型故障維修

人機(jī)界面常見(jiàn)的故障現(xiàn)象及維修方法：

（1）屏幕黑屏，屏幕上的信號(hào)燈不亮：此故障主要出現(xiàn)在交流110 V 或220 V 供電的人機(jī)界面上，故障原因大多為人機(jī)界面內(nèi)部直流電源模塊燒壞，此直流電源模塊（圖3）的作用是將交流110 V 或220 V 電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?2 V 或24 V 給人機(jī)界面主板供電。屏幕上的信號(hào)燈不亮，說(shuō)明主板沒(méi)電，更換直流電源模塊（圖4）即可修復(fù)。

圖3 人機(jī)界面內(nèi)部模塊位置

圖4 人機(jī)界面內(nèi)部直流電源模塊

（2）屏幕黑屏，屏幕上的信號(hào)燈綠燈亮：此故障在交流110 V或220 V 和直流24 V 供電的人機(jī)界面上都會(huì)出現(xiàn)，故障原因大多為觸摸屏內(nèi)部逆變器模塊燒壞，此逆變器（圖5）的作用是將人機(jī)界面主板出來(lái)的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娊o人機(jī)界面的屏幕供電，以此點(diǎn)亮屏幕。屏幕不亮，屏幕上的信號(hào)燈亮綠燈，說(shuō)明主板及通信都正常，只是屏幕沒(méi)電所以不亮，此時(shí)更換逆變器模塊即可修復(fù)。

圖5 人機(jī)界面內(nèi)部逆變器

（3）屏幕亮，屏幕信號(hào)燈為紅燈且閃爍：一般為通信故障，檢查人機(jī)界面內(nèi)部、外部接線是否有松動(dòng)，或者接線是否正確。

（4）屏幕亮，屏幕信號(hào)燈為綠燈，但是屏幕觸摸不靈敏或者沒(méi)反應(yīng)：一般原因?yàn)橛|摸屏內(nèi)部進(jìn)灰塵或者油污了，打開(kāi)觸摸屏清潔內(nèi)部灰塵或者油污即可。對(duì)于觸摸點(diǎn)擊位置出現(xiàn)偏移的情況，可以進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行屏幕校準(zhǔn)。

（5）屏幕花屏：觸摸顯示屏出現(xiàn)花屏現(xiàn)象一般是因?yàn)槠聊慌啪€與觸摸屏主面板的接觸不良造成，針對(duì)這類(lèi)問(wèn)題通過(guò)重新插拔排線即可解決；對(duì)于液晶屏硬件老化造成的花屏，只需更換內(nèi)外屏后即可以解決問(wèn)題。

3 人機(jī)界面升級(jí)改造

人機(jī)界面升級(jí)改造一般有以下3 個(gè)步驟：

（1）將原有舊人機(jī)界面內(nèi)的程序文件通過(guò)電腦下載下來(lái)，需要舊人機(jī)界面對(duì)應(yīng)版本的編程軟件和數(shù)據(jù)線。

（2）將下載下來(lái)的人機(jī)界面程序文件通過(guò)電腦上傳到新型升級(jí)的人機(jī)界面里，需要新人機(jī)界面對(duì)應(yīng)版本的編程軟件和數(shù)據(jù)線。有的廠家的人機(jī)界面程序文件還需要經(jīng)過(guò)文件版本轉(zhuǎn)換后才能上傳，需要注意。對(duì)于設(shè)置有密碼的人機(jī)界面程序文件，需要輸入密碼才能完成上傳、下載。同時(shí)在人機(jī)界面程序文件中對(duì)于關(guān)鍵的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置可設(shè)置密碼保護(hù)，提升安全級(jí)別。

（3）將新人機(jī)界面安裝接線上電調(diào)試，設(shè)置通信接口與PLC進(jìn)行通信。有的人機(jī)界面升級(jí)后通信接口與之前不一樣，比如之前是25 孔的插頭，現(xiàn)在變成9 孔的插頭，這時(shí)就需要一根轉(zhuǎn)換接頭線進(jìn)行轉(zhuǎn)換，要注意轉(zhuǎn)換接頭接線正確才能實(shí)現(xiàn)通信成功，否則會(huì)報(bào)通信故障。

舉例來(lái)具體說(shuō)明人機(jī)界面升級(jí)改造的方法。沖壓車(chē)間一臺(tái)臺(tái)灣金豐生產(chǎn)的400T 機(jī)械壓力機(jī)，配置的是日本Pro-face GP2500 系列人機(jī)界面，電源供電為直流24 V，在一次作業(yè)過(guò)程中滑塊運(yùn)行至下死點(diǎn)區(qū)域附近時(shí)人機(jī)界面突然黑屏，機(jī)床操作面板依然有電，壓力機(jī)停機(jī)。經(jīng)檢測(cè)，故障為人機(jī)界面損壞。因Pro-face GP2500 系列的人機(jī)界面早已經(jīng)停產(chǎn)，現(xiàn)升級(jí)后型號(hào)為GP 4500 系列，GP 4500 系列人機(jī)界面與GP2500 系列在程序文件版本和通信接口上都不一樣，需要進(jìn)行升級(jí)改造后才能投入使用，升級(jí)改造的步驟具體如下：

（1）準(zhǔn)備工作。需要準(zhǔn)備的工具如圖6 所示。

圖6 人機(jī)界面升級(jí)需要的準(zhǔn)備

（2）軟件安裝。在上述網(wǎng)站下載GP-Pro PB V7.25 軟件和GP-Pro EX V4.03 軟件后，參照文檔說(shuō)明進(jìn)行安裝。

（3）原人機(jī)界面程序文件下載。先將GP2500S 觸摸屏和已成功安裝好組態(tài)軟件的電腦使用傳輸電纜GPW-CB03（或者GPWCB02）連接起來(lái)，上電啟動(dòng)觸摸屏。打開(kāi)組態(tài)軟件GP-Pro PB V7.25，工程管理器界面如圖7 所示，選擇“傳輸”下拉菜單里的“接收”，設(shè)置讀取程序的保存位置，并為其設(shè)置好文件名稱(chēng)后，保存即可。

圖7 GP-Pro PB V7.25工程管理器界面

（4）程序文件轉(zhuǎn)換。舊觸摸屏程序（程序名.prw）必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能為新觸摸屏（程序名.prx），這里需要用到程序轉(zhuǎn)換工具Project Converter（圖8），該工具在安裝組態(tài)軟件GPProEX 4.03 時(shí)已經(jīng)被自動(dòng)安裝。

圖8 程序轉(zhuǎn)換工具

（5）將轉(zhuǎn)換后的程序文件上傳到新人機(jī)界面中。將電腦與新觸摸屏GP4501TW 通過(guò)USB 線連接。新程序文件處理完成后，點(diǎn)擊打開(kāi)傳輸工具，傳輸設(shè)置，通信端口選擇USB，點(diǎn)擊發(fā)送工程開(kāi)始程序傳輸，中間若提示是否全部傳輸，選擇“是”，待其傳輸結(jié)束即可。

（6）升級(jí)后的新人機(jī)界面上級(jí)試機(jī)。完成程序文件上傳后，將升級(jí)版的GP4501TW 人機(jī)界面上機(jī)測(cè)試，如果通信正常將會(huì)顯示如圖所示畫(huà)面，信號(hào)燈為綠燈常亮，人機(jī)界面畫(huà)面有設(shè)備實(shí)時(shí)參數(shù)顯示，運(yùn)行正常（圖9）。

圖9 人機(jī)界面顯示正常

4 人機(jī)界面升級(jí)改造的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及注意事項(xiàng)

升級(jí)換型時(shí)需要注意，GP2500S 等舊觸摸屏一般通過(guò)25P針型的COM1 口通信；GP4501TW 等新觸摸屏COM 口為9P 針型口，舊的通信電纜無(wú)法適用。

有2 種解決方案：

（1）更換新的通信電纜，以適配新通信口。這種方法需要重新走線，成本高、工作量大，一般不采用。

（2）依然使用舊電纜，再外加一根轉(zhuǎn)接線。轉(zhuǎn)接線的接線如圖10 所示，線序不能接錯(cuò)，否則會(huì)出現(xiàn)通信故障。插線時(shí)一定要確認(rèn)是COM1 或COM2 端口，與軟件設(shè)定一致。

圖10 轉(zhuǎn)換線接線方法

5 結(jié)束語(yǔ)

人機(jī)界面在工控領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、升級(jí)換代較快、采購(gòu)成本較高，使用有一定技術(shù)難度，維護(hù)成本較高。面對(duì)困難不要害怕，要敢于技術(shù)攻關(guān)，要有敢于挑戰(zhàn)的心態(tài)，只有了解人機(jī)界面的結(jié)構(gòu)和原理、人機(jī)界面編程軟件的應(yīng)用、人機(jī)界面與PLC 的通信，才能更好的掌握人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)自主維修及升級(jí)改造，降低設(shè)備維護(hù)成本。