昌晖仪表谈西门子HMI(人机界面)接地规范

2017/8/8 1:18:34 人评论次浏览分类：调试维修文章地址：//www.e-cumulus.com/tech/1474.html

HMI(人机界面)系统主要包括触摸屏、上位机等设备。其中触摸屏大多安装在控制现场的电控柜的柜门上，便于在现场操作和监控；而上位机(例如WinCC)则大多被放置在控制室，用于系统控制和数据收集。

西门子SIMATIC触摸屏
目前，在售的西门子SIMATIC触摸屏系列产品主要有三种Comfort panels(精智面板)、Basic panels(精简面板)以及Smart panels(精彩面板)。其中Comfort panels属于高端屏，功能较为丰富，而Smart panels则适用于最简单的应用。

HMI人机界面简介及特点
1、Comfort panels(精智面板)的特点，如图1所示。
◆ 宽屏幕显示尺寸从4in到22in(1in =0.0254m)，可进行触摸操作或按键操作；
◆ 有效的节能管理；
◆ 万一发生电源故障，可确保100%的数据安全；
◆ 使用系统卡来简化项目传输；
◆ 可在危险区域中使用；
◆ 同时支持PROFIBUS/MPI接口和PROFINET(LAN)接口；
◆ 支持多种通信协议，例如：PROFIBUS、PROFINET以及第三方协议。

图1 精智面板

2、Basic panels(精简面板)的特点，如图2所示。
◆ 适用于不太复杂的可视化应用；
◆ 所有显示屏尺寸具有统一的功能；
◆ 显示屏具有触摸功能，可实现直观的操作员控制；
◆ 按键可任意配置，并具有触觉反馈；
◆ 只有一种通信接口，PROFIBUS或PROFINET(LAN)接口；
◆ 支持多种通信协议，PROFIBUS或PROFINET以及第三发协议。

图2 精简面板

3、Smart panels(精彩面板)的特点，如图3所示：
◆ 集成的工业以太网接口，可以和S7-200 Smart以及LOGO!OBA7建立连接；
◆ 通过以太网可以同时连接3台控制器；
◆ 通过串口可以连接西门子S7-200以及S7-200 Smart PLC；
◆ 集成的串口(支持Modbus,RS422/RS485自适应切换)，可以和市场主流的小型PLC建立稳定可靠的通信连接(三菱FX系列、欧姆龙CP1系列、台达DVP-SV/ES2系列)。

图3 精彩面板

SIMATIC触目屏接地
1、触摸屏的接地设计
触摸屏一般都是塑料外壳，在整体设计上，在背面设计了一个接地端子，如图4所示。

图4 TP1900 Comfort接地及接口图
说明：1为X80电源接口；2为电位均衡接口（接地）；3为X2 PROFIBUS(Sub-D RS422/485)；4为X3 PROFINET(LAN)，10/100/1000MBit；5为X1 PROFINET(LAN)，10/100MBit；6为X61/X62 USB A型；7为X90音频输入/输出线；8为X60 USB迷你 B型

从整体设计上看，触摸屏在电源供电方式上为24V直流电源，在电源处没有类似PLC电源端子的PE端子，整个屏上只有一个接地端子，因此该接地端子必须接地。

另外，从设计上看，该端子是内六星的设计，因此需要专用的工具来进行地线的连接。接地端子如图5所示。

图5 接地端子

但西门子公司的最新触摸屏从7in（1in=0.0254m）起的精智面板产品都具有金属压铸外壳，因此具有更好的结构特性以及EMC特性。并且经过了ATEX指令的防爆危险区2区和22区进行认证，并在相应的危险区域内使用。

而金属外壳的触摸屏安装在柜门上时，有可能与柜门的金属部分有接触。因此，一般在安装触摸屏时会使用钢制固定夹（15〞以上）或铝质固定夹（7〞-12〞）把面板固定到电柜柜门上，如图6所示。

图6 面板的安装夹子

实际的安装图及夹子如图7所示。

图7 面板安装及夹子

尽管新的触摸屏采用金属外売设计，安装在柜体上的也是采用金属夹子，但由于电柜表面通常都是喷漆的，因而面板的金属外壳与柜壳的金属部分接触面积仍然很小，因此新的面板也需将接地端子进行接地处理。

虽然，此时接地端子和柜体的金属框都是等电位的。但从安全的角度考虑，还是要求柜门单独与柜体的金属框架做良好的连接，如图8所示。

图8 柜门与柜体的连接

2、人机界面电源连接
目前西门子触摸屏系列产品均为直流24V供电。电源内部有隔离保护，且符合IEC60364-4-41和HD 384.04.41(VDE 0100，第410部分)规定，例如符合PELV标准，如图9所示。

图9 触摸屏的供电端子

供电电压仅允许处于规定的电压范围范内(DC19.2V-DC28.8V)。否则，不排除有操作设备功能失灵甚至损坏的情况。

3、触摸屏接地规范
触摸屏的安装及接地，应满足下列规范：
◆ 触摸屏安装在柜门上，应采用固定夹正确的固定。
◆ 触摸屏所安装的柜体内部应具有接地(或等电势)铜排。
◆ 触摸屏的接地端子应连接至接地(或等电势)铜排上。
◆ 接地(或等电势)铜排应与柜体以及柜门相连接。
◆ 接地(或等电势)铜排应与系统地进行做良好的连接。
◆ 与触摸屏通信的电缆，应采用电缆夹在接地铜排处对屏蔽层进行大面积的环接接地处理。
◆ 触摸屏的电源线、通信电缆在柜内应避免与动力电缆距离过近或平行布线。
如图10显示了触摸屏的等电位连接，面板通过接地端子连接到控制柜的接地排。同时通信电缆通过电缆夹也连接到接地排，控制柜接地排接到工厂接地点。该连接方式也适用于其他的SIMATIC面板。

图10 触摸屏接地系统图
说明：1为控制机柜；2为等电位连接导轨；3为等电位连接电缆；4为PROFINET数据线；5为PROFIBUS数据线；6为电缆夹；7为接地连接

4、接地电缆的要求
截面积：等电位连接导线的横截面积必须能够承受最大均衡电流。根据以往的经验、横截面积最小为16mm2的等电位连接导线效果最佳。
材料：使用铜或镀锌钢材质的等电位连接导线。在等电位连接导线与接地/保护导线之间保持大面积接触，并防止被腐蚀。

触摸屏的通信接地
1、通信口介绍
西门子公司不同面板所带的通信口可能不同，有的面板只带PR0FIBUS/MPI接口(比如，KT7700 Basic DP)；有的只带ROFINET(LANI)接口(比如，KTP700 Basic PN)；也有的面板两种接口都带，比如Comfort panels通信口包括一个PROFIBUS/MPI接口，一个或多个(最多三个)PR0FINET(LAN)接口，如图11所示。