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淺論高溫窯爐監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文
1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介和工作原理
高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)主要由防護(hù)探頭、現(xiàn)場(chǎng)水電氣控制柜、傳動(dòng)裝置、符疊加模塊、監(jiān)視器、工控機(jī)、打印機(jī)組成�？刂乒駜�(nèi)以一片Atmega128 單片機(jī)作為核心控制部分，輔之以繼電器、字符疊加模塊、傳感器、點(diǎn)陣液晶、壓力開(kāi)關(guān)及傳動(dòng)裝置的限位開(kāi)關(guān)等，控制防護(hù)探頭電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)探頭在不同條件下的自動(dòng)退出保護(hù)控制。探頭伸進(jìn)高溫工業(yè)爐把爐中的實(shí)況圖像傳回控制柜，現(xiàn)場(chǎng)控制柜一方面直接通過(guò)視頻傳輸線將圖像信號(hào)傳到工控機(jī)，另一方面采集或轉(zhuǎn)換采集到的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)再通過(guò)串口傳給工控機(jī)顯示;如果需要打印圖片或數(shù)據(jù)直接利用和工控機(jī)相連的打印機(jī)即可。另外一路傳來(lái)的圖像經(jīng)過(guò)字符疊加模塊疊加運(yùn)行參數(shù)等字幕信息后，再傳到大屏幕的監(jiān)視器供監(jiān)視需要。本文所做工作就是在上述下位機(jī)硬件的基礎(chǔ)上利用組態(tài)軟件，以工控機(jī)為平臺(tái)，調(diào)用探頭送來(lái)的圖像監(jiān)控爐內(nèi)實(shí)況，依靠串口接收單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)了解設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，設(shè)計(jì)生動(dòng)形象的人機(jī)操作界面。
2 組態(tài)軟件總體設(shè)計(jì)構(gòu)架
組態(tài)軟件通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)詞典和命令語(yǔ)言等來(lái)構(gòu)造生動(dòng)形象的畫(huà)面模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)是組態(tài)王的基本部分，下面就從這三個(gè)方面綜合考慮來(lái)架構(gòu)高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)。
(1)畫(huà)面
從功能需求考慮，建立實(shí)現(xiàn)各功能的畫(huà)面。建立“頁(yè)眉”畫(huà)面，在界面的最上面始終顯示研發(fā)公司名稱和商標(biāo)，并從后面功能考慮“頁(yè)眉”上還設(shè)計(jì)切換到其他畫(huà)面或功能的系統(tǒng)管理、設(shè)置查詢、監(jiān)控圖像、報(bào)表管理、幫助文檔菜單。建立“主畫(huà)面”動(dòng)態(tài)顯示1#爐和2#爐的設(shè)備運(yùn)行條件參數(shù)和控制探頭伸進(jìn)退出，其中用自畫(huà)圖形或控件模擬控制箱和工作環(huán)境惡化報(bào)警燈告警及探頭伸進(jìn)退出、爐火燃燒等。建立“參數(shù)設(shè)置”畫(huà)面，設(shè)置退出參數(shù)的上、下限，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)，提供報(bào)警輸出信號(hào)，同時(shí)控制探頭及時(shí)自動(dòng)退出爐膛。另外再設(shè)置工作環(huán)境許可的范圍內(nèi)，如果運(yùn)行參數(shù)過(guò)高或過(guò)低，提示警告信息的高低限值用于提醒工作人員。建立“數(shù)據(jù)報(bào)表”和“工作報(bào)表”畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和工作情況的存儲(chǔ)保護(hù)和打印功能，設(shè)置權(quán)限用戶或雙密碼確認(rèn)以保護(hù)研發(fā)版權(quán)。
(2)數(shù)據(jù)
在數(shù)據(jù)詞典定義工程需要的數(shù)據(jù)變量。由于是監(jiān)控兩個(gè)窯爐，所以定義的變量打包成結(jié)構(gòu)變量(溫度、水壓、氣壓、氣流量、伸進(jìn)、退出、伸進(jìn)次數(shù)、溫度上限、氣壓下限)，為保存報(bào)表等的命名而定義內(nèi)存字符串型變量“文件名”，為數(shù)據(jù)庫(kù)查詢報(bào)警信息而定義內(nèi)存字符串型變量“變量查詢”，內(nèi)存整型變量“水平動(dòng)畫(huà)”和“垂直動(dòng)畫(huà)”實(shí)現(xiàn)探頭伸進(jìn)退出及水流風(fēng)流的動(dòng)畫(huà)模擬。為了方便查看、記錄和區(qū)別，要將變量產(chǎn)生的報(bào)警信息歸到不同的組中，即使變量的報(bào)警信息屬于某個(gè)規(guī)定的報(bào)警組。在報(bào)警組里定義“高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)”報(bào)警組，并增加“溫度”、“水壓”、“氣壓”、“氣流量”四個(gè)報(bào)警組節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)報(bào)警和保護(hù)功能。
組態(tài)軟件SQL 訪問(wèn)功能能夠和其他外部數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，支持ODBC(Open DatabaseConnectivity)訪問(wèn)接口，所以建立組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)連接后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在工程所在文件夾里新建“高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng).mdb”(利用組態(tài)軟件安裝盤里的mdb 模板，編輯成自己需要的數(shù)據(jù)庫(kù))，再在系統(tǒng)ODBC 數(shù)據(jù)源中定義“高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)”數(shù)據(jù)源，然后選擇前面定義好的“高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng).mdb”數(shù)據(jù)庫(kù)和組態(tài)王連接。這樣數(shù)據(jù)庫(kù)就能存儲(chǔ)和保存監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警和操作信息，用以組態(tài)軟件的KVDB 控件表格的查詢。
(3)動(dòng)畫(huà)
為了實(shí)現(xiàn)探頭伸進(jìn)退出動(dòng)畫(huà)模擬，利用定義的“水平動(dòng)畫(huà)”變量，然后和探頭連接起來(lái)，最左最右分別和水平動(dòng)畫(huà)0 和150 對(duì)應(yīng)，再在畫(huà)面語(yǔ)言中嵌入：if 探頭伸進(jìn)條件水平動(dòng)畫(huà)=水平動(dòng)畫(huà)+5??同時(shí)利用此模擬水流和風(fēng)流水平流動(dòng)。同理利用定義的“垂直動(dòng)畫(huà)”變量，模擬水流和風(fēng)流垂直流動(dòng)。伸進(jìn)后，要看到探頭右邊爐內(nèi)動(dòng)態(tài)爐火，讓連拍的五幅爐火圖畫(huà)循環(huán)交替顯示來(lái)模擬爐火動(dòng)起來(lái)的動(dòng)畫(huà)：if(本站點(diǎn)$時(shí)間%5==N)顯示第N 幅圖畫(huà)(N=0，1，2，3，4)。在報(bào)警燈圖標(biāo)動(dòng)畫(huà)鏈接屬性中設(shè)置閃爍條件和閃爍速度，其中閃爍條件設(shè)置和報(bào)警條件同，那么只要檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)，報(bào)警燈就會(huì)閃爍指示。
3 組態(tài)軟件畫(huà)面設(shè)計(jì)
由硬件部分單片機(jī)(下位機(jī))進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換，并且按照通用單片機(jī)HEX 通信協(xié)議和組態(tài)軟件數(shù)據(jù)共享。當(dāng)組態(tài)軟件要讀取單片機(jī)的數(shù)據(jù)時(shí)，將會(huì)向單片機(jī)發(fā)送基于該協(xié)議的讀命令包，單片機(jī)接收并處理數(shù)據(jù)，然后再把相關(guān)的響應(yīng)或數(shù)據(jù)發(fā)送給組態(tài)軟件。組態(tài)軟件通過(guò)串行通信RS485 的方式讀取控制箱中單片機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，訪問(wèn)相關(guān)設(shè)備寄存器來(lái)獲得各設(shè)備的運(yùn)行情況，并通過(guò)動(dòng)畫(huà)連接、數(shù)據(jù)報(bào)表等顯示出來(lái)。依據(jù)上面的框架思想，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有如下功能的界面。
1)總體監(jiān)控：顯示運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)值和視頻圖像。設(shè)計(jì)“主畫(huà)面”——控制箱液晶顯示四個(gè)傳感器運(yùn)行參數(shù)(溫度、水壓、風(fēng)壓、風(fēng)流量);設(shè)計(jì)“監(jiān)控界面”按鈕進(jìn)入視頻卡的監(jiān)控界面，可以監(jiān)控和保存1#爐、2#爐實(shí)況圖像。
2)控制功能：在工控機(jī)上可對(duì)控制箱進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。“主畫(huà)面”的控制箱上配置伸進(jìn)退出按鈕，可執(zhí)行伸進(jìn)退出功能，并且利用畫(huà)面語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)狀況時(shí)的自動(dòng)退出。
3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：每隔一分鐘將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)報(bào)表中，方便以后的查看，所保存的數(shù)據(jù)還可以通過(guò)ReportSetHistData2(6,1)進(jìn)行查詢，這通過(guò)設(shè)計(jì)“數(shù)據(jù)報(bào)表查詢”畫(huà)面加上前面設(shè)計(jì)的“數(shù)據(jù)報(bào)表”畫(huà)面實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)“操作報(bào)表”畫(huà)面實(shí)現(xiàn)——每操作一次探頭，就通過(guò)自定義函數(shù)(run_work_report(運(yùn)行參數(shù),row , col , count))和if 伸進(jìn)或退出事件命令語(yǔ)言保存在操作報(bào)表中，同時(shí)設(shè)計(jì)“操作報(bào)表查詢”畫(huà)面實(shí)現(xiàn)操作查詢。
4)報(bào)警功能：通過(guò)新報(bào)警事件命令語(yǔ)言，只要檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)，就顯示報(bào)警窗口并發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警。在“參數(shù)設(shè)置”畫(huà)面設(shè)置四個(gè)運(yùn)行參數(shù)的報(bào)警上限和下限及探頭自動(dòng)退出參數(shù)值，當(dāng)超過(guò)了設(shè)置的范圍時(shí)，就會(huì)報(bào)警并且把報(bào)警信息保存在高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的Alarm 表中，同時(shí)自動(dòng)退出探頭，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這通過(guò)設(shè)計(jì)“系統(tǒng)信息”畫(huà)面實(shí)現(xiàn)。
5)打印功能：打印工作報(bào)表、操作信息、報(bào)警數(shù)據(jù)等。前面設(shè)計(jì)的“數(shù)據(jù)報(bào)表”和“工作報(bào)表”畫(huà)面，工控機(jī)和針式打印機(jī)連接好后再通過(guò)打印按鈕語(yǔ)言：Report Print 2(″觹觹報(bào)表″)，或報(bào)表控件名.Print()實(shí)現(xiàn)打印報(bào)表功能。設(shè)計(jì)“報(bào)警信息查詢”和“操作信息查詢”畫(huà)面，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢功能，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和操作信息查詢，同時(shí)配置同樣的打印功能。
6)權(quán)限保護(hù)：通過(guò)配置用戶優(yōu)先級(jí)和可操作的安全區(qū)及設(shè)置打印操作權(quán)限優(yōu)先級(jí)，只有達(dá)到此優(yōu)先級(jí)的用戶才具備打印權(quán)限。為防止誤操作，進(jìn)行雙重認(rèn)證——在身份認(rèn)證對(duì)話框中，既要輸入操作者的名稱和密碼，又要輸入監(jiān)控者的姓名和密碼，兩者驗(yàn)證無(wú)誤時(shí)方可操作：Operator Name=″自定義用戶″;string Monitor Name=″版權(quán)所屬公司的用戶名″;bool ret=Power Check User(Operator Name , Monitor Name)。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文就高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面在組態(tài)軟件中進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。在介紹了高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成和工作原理后，從組態(tài)軟件畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)三個(gè)主要方面進(jìn)行了系統(tǒng)架構(gòu)，然后設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)功能需求的主畫(huà)面、數(shù)據(jù)報(bào)表、參數(shù)設(shè)置等畫(huà)面。
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