淺論高溫窯爐監控系統人機界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、現場水電氣控制柜、傳動裝置、符疊加模塊、監視器、工控機、打印機組成。控制柜內以一片Atmega128 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圖像傳回控制柜，現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，另一方面采集或轉換采集到的現場運行參數再通過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。另外一路傳來的圖像經過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軟件，以工控機為平臺，調用探頭送來的圖像監控爐內實況，依靠串口接收單片機傳來的數據了解設備實時運行環境，設計生動形象的人機操作界面。

　　2 組態軟件總體設計構架

　　組態軟件通過實時數據庫、數據詞典和命令語言等來構造生動形象的畫面模擬現場設備工作情況，對現場設備進行監視和控制。畫面、數據、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“頁眉”畫面，在界面的最上面始終顯示研發公司名稱和商標，并從后面功能考慮“頁眉”上還設計切換到其他畫面或功能的系統管理、設置查詢、監控圖像、報表管理、幫助文檔菜單。建立“主畫面”動態顯示1#爐和2#爐的設備運行條件參數和控制探頭伸進退出，其中用自畫圖形或控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“參數設置”畫面，設置退出參數的上、下限，當運行參數超出設定范圍時，提供報警輸出信號，同時控制探頭及時自動退出爐膛。另外再設置工作環境許可的范圍內，如果運行參數過高或過低，提示警告信息的高低限值用于提醒工作人員。建立“數據報表”和“工作報表”畫面，實現系統運行參數和工作情況的存儲保護和打印功能，設置權限用戶或雙密碼確認以保護研發版權。

　　(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、退出、伸進次數、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”，為數據庫查詢報警信息而定義內存字符串型變量“變量查詢”，內存整型變量“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。為了方便查看、記錄和區別，要將變量產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定的報警組。在報警組里定義“高溫工業爐監控系統”報警組，并增加“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。

　　組態軟件SQL 訪問功能能夠和其他外部數據庫實現數據傳輸，支持ODBC(Open DatabaseConnectivity)訪問接口，所以建立組態軟件和數據庫連接后就可以進行數據通訊。在工程所在文件夾里新建“高溫工業爐監控系統.mdb”(利用組態軟件安裝盤里的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“高溫工業爐監控系統”數據源，然后選擇前面定義好的“高溫工業爐監控系統.mdb”數據庫和組態王連接。這樣數據庫就能存儲和保存監控系統的報警和操作信息，用以組態軟件的KVDB 控件表格的查詢。

　　(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，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”變量，模擬水流和風流垂直流動。伸進后，要看到探頭右邊爐內動態爐火，讓連拍的五幅爐火圖畫循環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)。在報警燈圖標動畫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，報警燈就會閃爍指示。

　　3 組態軟件畫面設計

　　由硬件部分單片機(下位機)進行數據采集、轉換，并且按照通用單片機HEX 通信協議和組態軟件數據共享。當組態軟件要讀取單片機的數據時，將會向單片機發送基于該協議的讀命令包，單片機接收并處理數據，然后再把相關的響應或數據發送給組態軟件。組態軟件通過串行通信RS485 的方式讀取控制箱中單片機運行數據，訪問相關設備寄存器來獲得各設備的運行情況，并通過動畫連接、數據報表等顯示出來。依據上面的框架思想，整個監控系統設計具有如下功能的界面。

　　1)總體監控：顯示運行參數的實時值和視頻圖像。設計“主畫面”——控制箱液晶顯示四個傳感器運行參數(溫度、水壓、風壓、風流量);設計“監控界面”按鈕進入視頻卡的監控界面，可以監控和保存1#爐、2#爐實況圖像。

　　2)控制功能：在工控機上可對控制箱進行遠程控制。“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，并且利用畫面語言實現危險狀況時的自動退出。

　　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ReportSetHistData2(6,1)進行查詢，這通過設計“數據報表查詢”畫面加上前面設計的'“數據報表”畫面實現。設計“操作報表”畫面實現——每操作一次探頭，就通過自定義函數(run_work_report(運行參數,row , col , count))和if 伸進或退出事件命令語言保存在操作報表中，同時設計“操作報表查詢”畫面實現操作查詢。

　　4)報警功能：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出語音報警。在“參數設置”畫面設置四個運行參數的報警上限和下限及探頭自動退出參數值，當超過了設置的范圍時，就會報警并且把報警信息保存在高溫工業爐監控系統數據庫的Alarm 表中，同時自動退出探頭，保證了系統的安全運行，這通過設計“系統信息”畫面實現。

　　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”畫面，工控機和針式打印機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()實現打印報表功能。設計“報警信息查詢”和“操作信息查詢”畫面，利用數據庫的查詢功能，實現報警和操作信息查詢，同時配置同樣的打印功能。

　　6)權限保護：通過配置用戶優先級和可操作的安全區及設置打印操作權限優先級，只有達到此優先級的用戶才具備打印權限。為防止誤操作，進行雙重認證——在身份認證對話框中，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=″自定義用戶″;string Monitor Name=″版權所屬公司的用戶名″;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界面在組態軟件中進行了開發。在介紹了高溫工業爐監控系統的基本組成和工作原理后，從組態軟件畫面、數據、動畫三個主要方面進行了系統架構，然后設計了實現功能需求的主畫面、數據報表、參數設置等畫面。

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