昌暉儀表談西門子HMI(人機界面)接地規范

2017/8/8 1:18:34 人評論次瀏覽分類：調試維修文章地址：http://m.wxmqjy.com/tech/1474.html

HMI(人機界面)系統主要包括觸摸屏、上位機等設備。其中觸摸屏大多安裝在控制現場的電控柜的柜門上，便于在現場操作和監控；而上位機(例如WinCC)則大多被放置在控制室，用于系統控制和數據收集。

西門子SIMATIC觸摸屏
目前，在售的西門子SIMATIC觸摸屏系列產品主要有三種Comfort panels(精智面板)、Basic panels(精簡面板)以及Smart panels(精彩面板)。其中Comfort panels屬于高端屏，功能較為豐富，而Smart panels則適用于最簡單的應用。

HMI人機界面簡介及特點
1、Comfort panels(精智面板)的特點，如圖1所示。
◆ 寬屏幕顯示尺寸從4in到22in(1in =0.0254m)，可進行觸摸操作或按鍵操作；
◆ 有效的節能管理；
◆ 萬一發生電源故障，可確保100%的數據安全；
◆ 使用系統卡來簡化項目傳輸；
◆ 可在危險區域中使用；
◆ 同時支持PROFIBUS/MPI接口和PROFINET(LAN)接口；
◆ 支持多種通信協議，例如：PROFIBUS、PROFINET以及第三方協議。

圖1 精智面板

2、Basic panels(精簡面板)的特點，如圖2所示。
◆ 適用于不太復雜的可視化應用；
◆ 所有顯示屏尺寸具有統一的功能；
◆ 顯示屏具有觸摸功能，可實現直觀的操作員控制；
◆ 按鍵可任意配置，并具有觸覺反饋；
◆ 只有一種通信接口，PROFIBUS或PROFINET(LAN)接口；
◆ 支持多種通信協議，PROFIBUS或PROFINET以及第三發協議。

圖2 精簡面板

3、Smart panels(精彩面板)的特點，如圖3所示：
◆ 集成的工業以太網接口，可以和S7-200 Smart以及LOGO!OBA7建立連接；
◆ 通過以太網可以同時連接3臺控制器；
◆ 通過串口可以連接西門子S7-200以及S7-200 Smart PLC；
◆ 集成的串口(支持Modbus,RS422/RS485自適應切換)，可以和市場主流的小型PLC建立穩定可靠的通信連接(三菱FX系列、歐姆龍CP1系列、臺達DVP-SV/ES2系列)。

圖3 精彩面板

SIMATIC觸目屏接地
1、觸摸屏的接地設計
觸摸屏一般都是塑料外殼，在整體設計上，在背面設計了一個接地端子，如圖4所示。

圖4 TP1900 Comfort接地及接口圖
說明：1為X80電源接口；2為電位均衡接口（接地）；3為X2 PROFIBUS(Sub-D RS422/485)；4為X3 PROFINET(LAN)，10/100/1000MBit；5為X1 PROFINET(LAN)，10/100MBit；6為X61/X62 USB A型；7為X90音頻輸入/輸出線；8為X60 USB迷你 B型

從整體設計上看，觸摸屏在電源供電方式上為24V直流電源，在電源處沒有類似PLC電源端子的PE端子，整個屏上只有一個接地端子，因此該接地端子必須接地。

另外，從設計上看，該端子是內六星的設計，因此需要專用的工具來進行地線的連接。接地端子如圖5所示。

圖5 接地端子

但西門子公司的最新觸摸屏從7in（1in=0.0254m）起的精智面板產品都具有金屬壓鑄外殼，因此具有更好的結構特性以及EMC特性。并且經過了ATEX指令的防爆危險區2區和22區進行認證，并在相應的危險區域內使用。

而金屬外殼的觸摸屏安裝在柜門上時，有可能與柜門的金屬部分有接觸。因此，一般在安裝觸摸屏時會使用鋼制固定夾（15〞以上）或鋁質固定夾（7〞-12〞）把面板固定到電柜柜門上，如圖6所示。

圖6 面板的安裝夾子

實際的安裝圖及夾子如圖7所示。

圖7 面板安裝及夾子

盡管新的觸摸屏采用金屬外売設計，安裝在柜體上的也是采用金屬夾子，但由于電柜表面通常都是噴漆的，因而面板的金屬外殼與柜殼的金屬部分接觸面積仍然很小，因此新的面板也需將接地端子進行接地處理。

雖然，此時接地端子和柜體的金屬框都是等電位的。但從安全的角度考慮，還是要求柜門單獨與柜體的金屬框架做良好的連接，如圖8所示。

圖8 柜門與柜體的連接

2、人機界面電源連接
目前西門子觸摸屏系列產品均為直流24V供電。電源內部有隔離保護，且符合IEC60364-4-41和HD 384.04.41(VDE 0100，第410部分)規定，例如符合PELV標準，如圖9所示。

圖9 觸摸屏的供電端子

供電電壓僅允許處于規定的電壓范圍范內(DC19.2V-DC28.8V)。否則，不排除有操作設備功能失靈甚至損壞的情況。

3、觸摸屏接地規范
觸摸屏的安裝及接地，應滿足下列規范：
◆ 觸摸屏安裝在柜門上，應采用固定夾正確的固定。
◆ 觸摸屏所安裝的柜體內部應具有接地(或等電勢)銅排。
◆ 觸摸屏的接地端子應連接至接地(或等電勢)銅排上。
◆ 接地(或等電勢)銅排應與柜體以及柜門相連接。
◆ 接地(或等電勢)銅排應與系統地進行做良好的連接。
◆ 與觸摸屏通信的電纜，應采用電纜夾在接地銅排處對屏蔽層進行大面積的環接接地處理。
◆ 觸摸屏的電源線、通信電纜在柜內應避免與動力電纜距離過近或平行布線。
如圖10顯示了觸摸屏的等電位連接，面板通過接地端子連接到控制柜的接地排。同時通信電纜通過電纜夾也連接到接地排，控制柜接地排接到工廠接地點。該連接方式也適用于其他的SIMATIC面板。

圖10 觸摸屏接地系統圖
說明：1為控制機柜；2為等電位連接導軌；3為等電位連接電纜；4為PROFINET數據線；5為PROFIBUS數據線；6為電纜夾；7為接地連接

4、接地電纜的要求
截面積：等電位連接導線的橫截面積必須能夠承受最大均衡電流。根據以往的經驗、橫截面積最小為16mm2的等電位連接導線效果最佳。
材料：使用銅或鍍鋅鋼材質的等電位連接導線。在等電位連接導線與接地/保護導線之間保持大面積接觸，并防止被腐蝕。

觸摸屏的通信接地
1、通信口介紹
西門子公司不同面板所帶的通信口可能不同，有的面板只帶PR0FIBUS/MPI接口(比如，KT7700 Basic DP)；有的只帶ROFINET(LANI)接口(比如，KTP700 Basic PN)；也有的面板兩種接口都帶，比如Comfort panels通信口包括一個PROFIBUS/MPI接口，一個或多個(最多三個)PR0FINET(LAN)接口，如圖11所示。