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淺論高溫窯爐監控系統人機界面的設計與實(shí)現論文
1 系統簡(jiǎn)介和工作原理
高溫工業(yè)爐監控系統主要由防護探頭、現場(chǎng)水電氣控制柜、傳動(dòng)裝置、符疊加模塊、監視器、工控機、打印機組成�？刂乒駜纫砸黄珹tmega128 單片機作為核心控制部分，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，控制防護探頭電機的正反轉，進(jìn)而實(shí)現對探頭在不同條件下的自動(dòng)退出保護控制。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，現場(chǎng)控制柜一方面直接通過(guò)視頻傳輸線(xiàn)將圖像信號傳到工控機，另一方面采集或轉換采集到的現場(chǎng)運行參數再通過(guò)串口傳給工控機顯示;如果需要打印圖片或數據直接利用和工控機相連的打印機即可。另外一路傳來(lái)的圖像經(jīng)過(guò)字符疊加模塊疊加運行參數等字幕信息后，再傳到大屏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件的基礎上利用組態(tài)軟件，以工控機為平臺，調用探頭送來(lái)的圖像監控爐內實(shí)況，依靠串口接收單片機傳來(lái)的數據了解設備實(shí)時(shí)運行環(huán)境，設計生動(dòng)形象的人機操作界面。
2 組態(tài)軟件總體設計構架
組態(tài)軟件通過(guò)實(shí)時(shí)數據庫、數據詞典和命令語(yǔ)言等來(lái)構造生動(dòng)形象的畫(huà)面模擬現場(chǎng)設備工作情況，對現場(chǎng)設備進(jìn)行監視和控制。畫(huà)面、數據、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)架構高溫工業(yè)爐監控系統。
(1)畫(huà)面
從功能需求考慮，建立實(shí)現各功能的畫(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(chēng)和商標，并從后面功能考慮“頁(yè)眉”上還設計切換到其他畫(huà)面或功能的系統管理、設置查詢(xún)、監控圖像、報表管理、幫助文檔菜單。建立“主畫(huà)面”動(dòng)態(tài)顯示1#爐和2#爐的設備運行條件參數和控制探頭伸進(jìn)退出，其中用自畫(huà)圖形或控件模擬控制箱和工作環(huán)境惡化報警燈告警及探頭伸進(jìn)退出、爐火燃燒等。建立“參數設置”畫(huà)面，設置退出參數的上、下限，當運行參數超出設定范圍時(shí)，提供報警輸出信號，同時(shí)控制探頭及時(shí)自動(dòng)退出爐膛。另外再設置工作環(huán)境許可的范圍內，如果運行參數過(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“數據報表”和“工作報表”畫(huà)面，實(shí)現系統運行參數和工作情況的存儲保護和打印功能，設置權限用戶(hù)或雙密碼確認以保護研發(fā)版權。
(2)數據
在數據詞典定義工程需要的數據變量。由于是監控兩個(gè)窯爐，所以定義的變量打包成結構變量(溫度、水壓、氣壓、氣流量、伸進(jìn)、退出、伸進(jìn)次數、溫度上限、氣壓下限)，為保存報表等的命名而定義內存字符串型變量“文件名”，為數據庫查詢(xún)報警信息而定義內存字符串型變量“變量查詢(xún)”，內存整型變量“水平動(dòng)畫(huà)”和“垂直動(dòng)畫(huà)”實(shí)現探頭伸進(jìn)退出及水流風(fēng)流的動(dòng)畫(huà)模擬。為了方便查看、記錄和區別，要將變量產(chǎn)生的報警信息歸到不同的組中，即使變量的報警信息屬于某個(gè)規定的報警組。在報警組里定義“高溫工業(yè)爐監控系統”報警組，并增加“溫度”、“水壓”、“氣壓”、“氣流量”四個(gè)報警組節點(diǎn)以實(shí)現報警和保護功能。
組態(tài)軟件SQL 訪(fǎng)問(wèn)功能能夠和其他外部數據庫實(shí)現數據傳輸，支持ODBC(Open DatabaseConnectivity)訪(fǎng)問(wèn)接口，所以建立組態(tài)軟件和數據庫連接后就可以進(jìn)行數據通訊。在工程所在文件夾里新建“高溫工業(yè)爐監控系統.mdb”(利用組態(tài)軟件安裝盤(pán)里的mdb 模板，編輯成自己需要的數據庫)，再在系統ODBC 數據源中定義“高溫工業(yè)爐監控系統”數據源，然后選擇前面定義好的“高溫工業(yè)爐監控系統.mdb”數據庫和組態(tài)王連接。這樣數據庫就能存儲和保存監控系統的報警和操作信息，用以組態(tài)軟件的KVDB 控件表格的查詢(xún)。
(3)動(dòng)畫(huà)
為了實(shí)現探頭伸進(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 對應，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)。在報警燈圖標動(dòng)畫(huà)鏈接屬性中設置閃爍條件和閃爍速度，其中閃爍條件設置和報警條件同，那么只要檢測到報警信號，報警燈就會(huì )閃爍指示。
3 組態(tài)軟件畫(huà)面設計
由硬件部分單片機(下位機)進(jìn)行數據采集、轉換，并且按照通用單片機HEX 通信協(xié)議和組態(tài)軟件數據共享。當組態(tài)軟件要讀取單片機的數據時(shí)，將會(huì )向單片機發(fā)送基于該協(xié)議的讀命令包，單片機接收并處理數據，然后再把相關(guān)的響應或數據發(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運行數據，訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)設備寄存器來(lái)獲得各設備的運行情況，并通過(guò)動(dòng)畫(huà)連接、數據報表等顯示出來(lái)。依據上面的框架思想，整個(gè)監控系統設計具有如下功能的界面。
1)總體監控：顯示運行參數的實(shí)時(shí)值和視頻圖像。設計“主畫(huà)面”——控制箱液晶顯示四個(gè)傳感器運行參數(溫度、水壓、風(fēng)壓、風(fēng)流量);設計“監控界面”按鈕進(jìn)入視頻卡的監控界面，可以監控和保存1#爐、2#爐實(shí)況圖像。
2)控制功能：在工控機上可對控制箱進(jìn)行遠程控制�！爸鳟�(huà)面”的控制箱上配置伸進(jìn)退出按鈕，可執行伸進(jìn)退出功能，并且利用畫(huà)面語(yǔ)言實(shí)現危險狀況時(shí)的自動(dòng)退出。
3)數據存儲：每隔一分鐘將數據保存到數據報表中，方便以后的查看，所保存的數據還可以通過(guò)ReportSetHistData2(6,1)進(jìn)行查詢(xún)，這通過(guò)設計“數據報表查詢(xún)”畫(huà)面加上前面設計的“數據報表”畫(huà)面實(shí)現。設計“操作報表”畫(huà)面實(shí)現——每操作一次探頭，就通過(guò)自定義函數(run_work_report(運行參數,row , col , count))和if 伸進(jìn)或退出事件命令語(yǔ)言保存在操作報表中，同時(shí)設計“操作報表查詢(xún)”畫(huà)面實(shí)現操作查詢(xún)。
4)報警功能：通過(guò)新報警事件命令語(yǔ)言，只要檢測到報警信號，就顯示報警窗口并發(fā)出語(yǔ)音報警。在“參數設置”畫(huà)面設置四個(gè)運行參數的報警上限和下限及探頭自動(dòng)退出參數值，當超過(guò)了設置的范圍時(shí)，就會(huì )報警并且把報警信息保存在高溫工業(yè)爐監控系統數據庫的Alarm 表中，同時(shí)自動(dòng)退出探頭，保證了系統的安全運行，這通過(guò)設計“系統信息”畫(huà)面實(shí)現。
5)打印功能：打印工作報表、操作信息、報警數據等。前面設計的“數據報表”和“工作報表”畫(huà)面，工控機和針式打印機連接好后再通過(guò)打印按鈕語(yǔ)言：Report Print 2(″觹觹報表″)，或報表控件名.Print()實(shí)現打印報表功能。設計“報警信息查詢(xún)”和“操作信息查詢(xún)”畫(huà)面，利用數據庫的查詢(xún)功能，實(shí)現報警和操作信息查詢(xún)，同時(shí)配置同樣的打印功能。
6)權限保護：通過(guò)配置用戶(hù)優(yōu)先級和可操作的安全區及設置打印操作權限優(yōu)先級，只有達到此優(yōu)先級的用戶(hù)才具備打印權限。為防止誤操作，進(jìn)行雙重認證——在身份認證對話(huà)框中，既要輸入操作者的名稱(chēng)和密碼，又要輸入監控者的姓名和密碼，兩者驗證無(wú)誤時(shí)方可操作：Operator Name=″自定義用戶(hù)″;string Monitor Name=″版權所屬公司的用戶(hù)名″;bool ret=Power Check User(Operator Name , Monitor Name)。
4 結束語(yǔ)
本文就高溫工業(yè)爐監控系統的人機界面在組態(tài)軟件中進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。在介紹了高溫工業(yè)爐監控系統的基本組成和工作原理后，從組態(tài)軟件畫(huà)面、數據、動(dòng)畫(huà)三個(gè)主要方面進(jìn)行了系統架構，然后設計了實(shí)現功能需求的主畫(huà)面、數據報表、參數設置等畫(huà)面。
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