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淺論高溫窯爐監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計與實現(xiàn)論文
1 系統(tǒng)簡介和工作原理
高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)主要由防護(hù)探頭、現(xiàn)場水電氣控制柜、傳動裝置、符疊加模塊、監(jiān)視器、工控機(jī)、打印機(jī)組成。控制柜內(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、壓力開關(guān)及傳動裝置的限位開關(guān)等，控制防護(hù)探頭電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)對探頭在不同條件下的自動退出保護(hù)控制。探頭伸進(jìn)高溫工業(yè)爐把爐中的實況圖像傳回控制柜，現(xiàn)場控制柜一方面直接通過視頻傳輸線將圖像信號傳到工控機(jī)，另一方面采集或轉(zhuǎn)換采集到的現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)再通過串口傳給工控機(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。另外一路傳來的圖像經(jīng)過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，調(diào)用探頭送來的圖像監(jiān)控爐內(nèi)實況，依靠串口接收單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)了解設(shè)備實時運(yùn)行環(huán)境，設(shè)計生動形象的人機(jī)操作界面。
2 組態(tài)軟件總體設(shè)計構(gòu)架
組態(tài)軟件通過實時數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)詞典和命令語言等來構(gòu)造生動形象的畫面模擬現(xiàn)場設(shè)備工作情況，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。畫面、數(shù)據(jù)、動畫是組態(tài)王的基本部分，下面就從這三個方面綜合考慮來架構(gòu)高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)。
(1)畫面
從功能需求考慮，建立實現(xiàn)各功能的畫面。建立“頁眉”畫面，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“頁眉”上還設(shè)計切換到其他畫面或功能的系統(tǒng)管理、設(shè)置查詢、監(jiān)控圖像、報表管理、幫助文檔菜單。建立“主畫面”動態(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(shù)設(shè)置”畫面，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，提供報警輸出信號，同時控制探頭及時自動退出爐膛。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)過高或過低，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)報表”和“工作報表”畫面，實現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和工作情況的存儲保護(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)庫查詢報警信息而定義內(nèi)存字符串型變量“變量查詢”，內(nèi)存整型變量“水平動畫”和“垂直動畫”實現(xiàn)探頭伸進(jìn)退出及水流風(fēng)流的動畫模擬。為了方便查看、記錄和區(qū)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規(guī)定的報警組。在報警組里定義“高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)”報警組，并增加“溫度”、“水壓”、“氣壓”、“氣流量”四個報警組節(jié)點(diǎn)以實現(xiàn)報警和保護(hù)功能。
組態(tài)軟件SQL 訪問功能能夠和其他外部數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，支持ODBC(Open DatabaseConnectivity)訪問接口，所以建立組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)庫連接后就可以進(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)，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)庫和組態(tài)王連接。這樣數(shù)據(jù)庫就能存儲和保存監(jiān)控系統(tǒng)的報警和操作信息，用以組態(tài)軟件的KVDB 控件表格的查詢。
(3)動畫
為了實現(xiàn)探頭伸進(jìn)退出動畫模擬，利用定義的“水平動畫”變量，然后和探頭連接起來，最左最右分別和水平動畫0 和150 對應(yīng)，再在畫面語言中嵌入：if 探頭伸進(jìn)條件水平動畫=水平動畫+5??同時利用此模擬水流和風(fēng)流水平流動。同理利用定義的“垂直動畫”變量，模擬水流和風(fēng)流垂直流動。伸進(jìn)后，要看到探頭右邊爐內(nèi)動態(tài)爐火，讓連拍的五幅爐火圖畫循環(huán)交替顯示來模擬爐火動起來的動畫：if(本站點(diǎn)$時間%5==N)顯示第N 幅圖畫(N=0，1，2，3，4)。在報警燈圖標(biāo)動畫鏈接屬性中設(shè)置閃爍條件和閃爍速度，其中閃爍條件設(shè)置和報警條件同，那么只要檢測到報警信號，報警燈就會閃爍指示。
3 組態(tài)軟件畫面設(shè)計
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，將會向單片機(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)，訪問相關(guān)設(shè)備寄存器來獲得各設(shè)備的運(yùn)行情況，并通過動畫連接、數(shù)據(jù)報表等顯示出來。依據(jù)上面的框架思想，整個監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計具有如下功能的界面。
1)總體監(jiān)控：顯示運(yùn)行參數(shù)的實時值和視頻圖像。設(shè)計“主畫面”——控制箱液晶顯示四個傳感器運(yùn)行參數(shù)(溫度、水壓、風(fēng)壓、風(fēng)流量);設(shè)計“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#爐實況圖像。
2)控制功能：在工控機(jī)上可對控制箱進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。“主畫面”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，并且利用畫面語言實現(xiàn)危險狀況時的自動退出。
3)數(shù)據(jù)存儲：每隔一分鐘將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)報表中，方便以后的查看，所保存的數(shù)據(jù)還可以通過ReportSetHistData2(6,1)進(jìn)行查詢，這通過設(shè)計“數(shù)據(jù)報表查詢”畫面加上前面設(shè)計的“數(shù)據(jù)報表”畫面實現(xiàn)。設(shè)計“操作報表”畫面實現(xiàn)——每操作一次探頭，就通過自定義函數(shù)(run_work_report(運(yùn)行參數(shù),row , col , count))和if 伸進(jìn)或退出事件命令語言保存在操作報表中，同時設(shè)計“操作報表查詢”畫面實現(xiàn)操作查詢。
4)報警功能：通過新報警事件命令語言，只要檢測到報警信號，就顯示報警窗口并發(fā)出語音報警。在“參數(shù)設(shè)置”畫面設(shè)置四個運(yùn)行參數(shù)的報警上限和下限及探頭自動退出參數(shù)值，當(dāng)超過了設(shè)置的范圍時，就會報警并且把報警信息保存在高溫工業(yè)爐監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的Alarm 表中，同時自動退出探頭，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這通過設(shè)計“系統(tǒng)信息”畫面實現(xiàn)。
5)打印功能：打印工作報表、操作信息、報警數(shù)據(jù)等。前面設(shè)計的“數(shù)據(jù)報表”和“工作報表”畫面，工控機(jī)和針式打印機(jī)連接好后再通過打印按鈕語言：Report Print 2(″觹觹報表″)，或報表控件名.Print()實現(xiàn)打印報表功能。設(shè)計“報警信息查詢”和“操作信息查詢”畫面，利用數(shù)據(jù)庫的查詢功能，實現(xiàn)報警和操作信息查詢，同時配置同樣的打印功能。
6)權(quán)限保護(hù)：通過配置用戶優(yōu)先級和可操作的安全區(qū)及設(shè)置打印操作權(quán)限優(yōu)先級，只有達(dá)到此優(yōu)先級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，兩者驗證無誤時方可操作：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
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)軟件畫面、數(shù)據(jù)、動畫三個主要方面進(jìn)行了系統(tǒng)架構(gòu)，然后設(shè)計了實現(xiàn)功能需求的主畫面、數(shù)據(jù)報表、參數(shù)設(shè)置等畫面。
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