淺論高溫窯爐監控系統人機介面的設計與實現論文
淺論高溫窯爐監控系統人機介面的設計與實現論文
1 系統簡介和工作原理
高溫工業爐監控系統主要由防護探頭、現場水電氣控制櫃、傳動裝置、符疊加模組、監視器、工控機、印表機組成。控制櫃內以一片Atmega128 微控制器作為核心控制部分，輔之以繼電器、字元疊加模組、感測器、點陣液晶、壓力開關及傳動裝置的限位開關等，控制防護探頭電機的正反轉，進而實現對探頭在不同條件下的自動退出保護控制。探頭伸進高溫工業爐把爐中的實況影象傳回控制櫃，現場控制櫃一方面直接透過影片傳輸線將影象訊號傳到工控機，另一方面採集或轉換採集到的現場執行引數再透過串列埠傳給工控機顯示;如果需要列印圖片或資料直接利用和工控機相連的印表機即可。另外一路傳來的影象經過字元疊加模組疊加執行引數等字幕資訊後，再傳到大螢幕的監視器供監視需要。本文所做工作就是在上述下位機硬體的基礎上利用組態軟體，以工控機為平臺，呼叫探頭送來的影象監控爐內實況，依靠串列埠接收微控制器傳來的資料瞭解裝置實時執行環境，設計生動形象的人機操作介面。
2 組態軟體總體設計構架
組態軟體透過實時資料庫、資料詞典和命令語言等來構造生動形象的畫面模擬現場裝置工作情況，對現場裝置進行監視和控制。畫面、資料、動畫是組態王的基本部分，下面就從這三個方面綜合考慮來架構高溫工業爐監控系統。
(1)畫面
從功能需求考慮，建立實現各功能的畫面。建立“頁首”畫面，在介面的最上面始終顯示研發公司名稱和商標，並從後面功能考慮“頁首”上還設計切換到其他畫面或功能的系統管理、設定查詢、監控影象、報表管理、幫助文件選單。建立“主畫面”動態顯示1#爐和2#爐的裝置執行條件引數和控制探頭伸進退出，其中用自畫圖形或控制元件模擬控制箱和工作環境惡化報警燈告警及探頭伸進退出、爐火燃燒等。建立“引數設定”畫面，設定退出引數的上、下限，當執行引數超出設定範圍時，提供報警輸出訊號，同時控制探頭及時自動退出爐膛。另外再設定工作環境許可的範圍內，如果執行引數過高或過低，提示警告資訊的高低限值用於提醒工作人員。建立“資料報表”和“工作報表”畫面，實現系統執行引數和工作情況的儲存保護和列印功能，設定許可權使用者或雙密碼確認以保護研發版權。
(2)資料
在資料詞典定義工程需要的資料變數。由於是監控兩個窯爐，所以定義的變數打包成結構變數(溫度、水壓、氣壓、氣流量、伸進、退出、伸進次數、溫度上限、氣壓下限)，為儲存報表等的命名而定義記憶體字串型變數“檔名”，為資料庫查詢報警資訊而定義記憶體字串型變數“變數查詢”，記憶體整型變數“水平動畫”和“垂直動畫”實現探頭伸進退出及水流風流的動畫模擬。為了方便檢視、記錄和區別，要將變數產生的報警資訊歸到不同的組中，即使變數的報警資訊屬於某個規定的報警組。在報警組裡定義“高溫工業爐監控系統”報警組，並增加“溫度”、“水壓”、“氣壓”、“氣流量”四個報警組節點以實現報警和保護功能。
組態軟體SQL 訪問功能能夠和其他外部資料庫實現資料傳輸，支援ODBC(Open DatabaseConnectivity)訪問介面，所以建立組態軟體和資料庫連線後就可以進行資料通訊。在工程所在資料夾裡新建“高溫工業爐監控系統.mdb”(利用組態軟體安裝盤裡的mdb 模板，編輯成自己需要的資料庫)，再在系統ODBC 資料來源中定義“高溫工業爐監控系統”資料來源，然後選擇前面定義好的“高溫工業爐監控系統.mdb”資料庫和組態王連線。這樣資料庫就能儲存和儲存監控系統的報警和操作資訊，用以組態軟體的KVDB 控制元件表格的查詢。
(3)動畫
為了實現探頭伸進退出動畫模擬，利用定義的“水平動畫”變數，然後和探頭連線起來，最左最右分別和水平動畫0 和150 對應，再在畫面語言中嵌入：if 探頭伸進條件水平動畫=水平動畫+5??同時利用此模擬水流和風流水平流動。同理利用定義的“垂直動畫”變數，模擬水流和風流垂直流動。伸進後，要看到探頭右邊爐內動態爐火，讓連拍的五幅爐火圖畫迴圈交替顯示來模擬爐火動起來的動畫：if(本站點$時間%5==N)顯示第N 幅圖畫(N=0，1，2，3，4)。在報警燈圖示動畫連結屬性中設定閃爍條件和閃爍速度，其中閃爍條件設定和報警條件同，那麼只要檢測到報警訊號，報警燈就會閃爍指示。
3 組態軟體畫面設計
由硬體部分微控制器(下位機)進行資料採集、轉換，並且按照通用微控制器HEX 通訊協議和組態軟體資料共享。當組態軟體要讀取微控制器的資料時，將會向單片機發送基於該協議的讀命令包，微控制器接收並處理資料，然後再把相關的響應或資料傳送給組態軟體。組態軟體透過序列通訊RS485 的方式讀取控制箱中微控制器執行資料，訪問相關裝置暫存器來獲得各裝置的執行情況，並透過動畫連線、資料報表等顯示出來。依據上面的框架思想，整個監控系統設計具有如下功能的介面。
1)總體監控：顯示執行引數的實時值和影片影象。設計“主畫面”——控制箱液晶顯示四個感測器執行引數(溫度、水壓、風壓、風流量);設計“監控介面”按鈕進入影片卡的監控介面，可以監控和儲存1#爐、2#爐實況影象。
2)控制功能：在工控機上可對控制箱進行遠端控制。“主畫面”的控制箱上配置伸進退出按鈕，可執行伸進退出功能，並且利用畫面語言實現危險狀況時的自動退出。
3)資料儲存：每隔一分鐘將資料儲存到資料報表中，方便以後的檢視，所儲存的資料還可以透過ReportSetHistData2(6,1)進行查詢，這透過設計“資料報表查詢”畫面加上前面設計的`“資料報表”畫面實現。設計“操作報表”畫面實現——每操作一次探頭，就透過自定義函式(run_work_report(執行引數,row , col , count))和if 伸進或退出事件命令語言儲存在操作報表中，同時設計“操作報表查詢”畫面實現操作查詢。
4)報警功能：透過新報警事件命令語言，只要檢測到報警訊號，就顯示報警視窗併發出語音報警。在“引數設定”畫面設定四個執行引數的報警上限和下限及探頭自動退出引數值，當超過了設定的範圍時，就會報警並且把報警資訊儲存在高溫工業爐監控系統資料庫的Alarm 表中，同時自動退出探頭，保證了系統的安全執行，這透過設計“系統資訊”畫面實現。
5)列印功能：列印工作報表、操作資訊、報警資料等。前面設計的“資料報表”和“工作報表”畫面，工控機和針式印表機連線好後再透過列印按鈕語言：Report Print 2(″觹觹報表″)，或報表控制元件名.Print()實現列印報表功能。設計“報警資訊查詢”和“操作資訊查詢”畫面，利用資料庫的查詢功能，實現報警和操作資訊查詢，同時配置同樣的列印功能。
6)許可權保護：透過配置使用者優先順序和可操作的安全區及設定列印操作許可權優先順序，只有達到此優先順序的使用者才具備列印許可權。為防止誤操作，進行雙重認證——在身份認證對話方塊中，既要輸入操作者的名稱和密碼，又要輸入監控者的姓名和密碼，兩者驗證無誤時方可操作：Operator Name=″自定義使用者″;string Monitor Name=″版權所屬公司的使用者名稱″;bool ret=Power Check User(Operator Name , Monitor Name)。
4 結束語
本文就高溫工業爐監控系統的人機介面在組態軟體中進行了開發。在介紹了高溫工業爐監控系統的基本組成和工作原理後，從組態軟體畫面、資料、動畫三個主要方面進行了系統架構，然後設計了實現功能需求的主畫面、資料報表、引數設定等畫面。