基于MCGS組態(tài)軟件的人機(jī)界面在高壓變頻器監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1 引言

　　隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)化、智能化程度的不斷提高，高壓大功率變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，同時(shí)由于高壓變頻器幾乎都是工礦企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，在工廠自動(dòng)化中占有舉足輕重的地位，因此對(duì)其控制功能、控制水平的要求也越來越高，尤其對(duì)于那些工藝過程較復(fù)雜，控制參數(shù)較多的工控系統(tǒng)來說，具備交互式操作界面、數(shù)據(jù)列表、報(bào)警記錄和打印等功能已成為整個(gè)控制系統(tǒng)中重要的內(nèi)容。而新一代工業(yè)人機(jī)界面的出現(xiàn)，對(duì)于在構(gòu)建高壓變頻器監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述功能，提供了一種簡(jiǎn)便可行的途徑。

　　工業(yè)人機(jī)界面（human machineinterface），簡(jiǎn)稱hmi，又稱觸摸屏監(jiān)控器，是一種智能化操作控制顯示裝置。工業(yè)人機(jī)界面由特殊設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)32位risccpu芯片為核心，在stn、tft液晶顯示屏上罩蓋有透明的電阻網(wǎng)絡(luò)式觸摸屏，觸動(dòng)屏幕時(shí)，電阻網(wǎng)絡(luò)上的電阻和電壓發(fā)生變化并由軟件計(jì)算出觸摸位置。新一代工業(yè)人機(jī)界面還具有簡(jiǎn)單的編程、對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能。

　　下面就介紹了以工控組態(tài)軟件mcgs為開發(fā)平臺(tái)的hmi在高壓變頻器監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　2 mcgs組態(tài)軟件介紹

　　mcgs（monitor and control generatedsystem）是一套基于windows95/98/nt操作系統(tǒng)（或更高版本），可用來快速構(gòu)造和生成各種監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，它為用戶提供了從設(shè)備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出等解決實(shí)際工程問題的完整方案和操作工具。mcgs組態(tài)軟件具有多任務(wù)、多線程功能，其系統(tǒng)框架采用vc++語言編程，通過ole技術(shù)向用戶提供vb編程接口，提供豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件，用戶可隨時(shí)方便地?cái)U(kuò)充系統(tǒng)的功能。

　　mcgs的主要特性如下：

　?。?）概念簡(jiǎn)單，易于理解和使用

　　普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成大多數(shù)簡(jiǎn)單的工程項(xiàng)目，使其能集中精力解決工程本身的問題，而不需了解太多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜的軟硬件問題，就可組態(tài)出高性能、高可靠性、高度專業(yè)化的監(jiān)控系統(tǒng)。

　　（2）真正的32位多任務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)支持windows的多任務(wù)技術(shù)，有效地優(yōu)化了計(jì)算機(jī)資源，打印任務(wù)作為一個(gè)獨(dú)立工作而運(yùn)行于后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的并行處理。

　?。?）提供豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

　　提供足夠多的功能組件和豐富的常用圖形庫(kù)，真正做到只使用組態(tài)軟件就可快速組態(tài)完成工程項(xiàng)目的大多數(shù)工作，而對(duì)使用者沒有太苛刻的要求。通過activedll把設(shè)備驅(qū)動(dòng)掛接在系統(tǒng)中，配置簡(jiǎn)單、速度快、可靠性高。

　?。?）提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能

　　mcgs強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能可把tcp/ip網(wǎng)、485/422網(wǎng)、modem網(wǎng)結(jié)合在一起構(gòu)成大型的監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。提供4級(jí)安全保密機(jī)制。

　?。?）提供開放的ole接口

　　mcgs是以ole自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的開放式擴(kuò)充接口，允許用戶使用vb來快速編制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件和各種策略構(gòu)件，通過ole接口，用戶可以方便地定制自己特定的系統(tǒng)。

　?。?）組態(tài)軟件與設(shè)備無關(guān)

　　在mcgs組態(tài)軟件中，設(shè)備被實(shí)現(xiàn)成獨(dú)立的構(gòu)件形式，不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)于不同的構(gòu)件。設(shè)備構(gòu)件不僅僅包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，還有不同的方法和屬性供系統(tǒng)調(diào)用，每個(gè)設(shè)備構(gòu)件都由一個(gè)獨(dú)立的線程來管理。對(duì)不同的外部硬件設(shè)備，只需提供相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，而系統(tǒng)的其它部分和設(shè)備無關(guān)，不需作任何改動(dòng)。

　?。?）豐富和方便的動(dòng)畫組態(tài)

　　能快速構(gòu)造出各種復(fù)雜的動(dòng)畫畫面。圖元圖符對(duì)象可實(shí)現(xiàn)自由構(gòu)圖和定義動(dòng)畫，包括顏色、位置、大小、可見度、閃爍、輸入輸出、按鈕動(dòng)作等多種動(dòng)畫效果。動(dòng)畫構(gòu)件對(duì)象完成特定類型的動(dòng)畫功能，如：實(shí)時(shí)曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報(bào)警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等。

　?。?）運(yùn)行策略

　　用運(yùn)行策略來完成和實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程的自由控制，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件來操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、控制用戶窗口的顯示、關(guān)閉和設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)，從而做到對(duì)對(duì)象工作過程的精確控制。圖形化的構(gòu)造方法和功能強(qiáng)大的策略構(gòu)件使運(yùn)行策略的組態(tài)更加快捷方便。

　?。?） 充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

　　mcgs組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫(kù)來管理一切。組態(tài)時(shí)，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)；運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)對(duì)象、報(bào)警信息的存儲(chǔ)也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)來保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的存盤數(shù)據(jù)。

　?。?0）出于保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)的考慮，mcgs很好地解決了授權(quán)及安全性問題。依據(jù)系統(tǒng)的授權(quán)，用戶被允許或禁止對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，允許或禁止對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。mcgs在確保安全的情況下可以對(duì)多個(gè)系統(tǒng)模塊進(jìn)行安全授權(quán)。mcgs工控組態(tài)軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩大部分，用戶所有的組態(tài)配置過程都是在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行的，用戶組態(tài)后可生成一個(gè)“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)”的文件。mcgs的運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它能按照“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)”中的組態(tài)方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。mcgs軟件的組成如圖1所示。

　　3 變頻器監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成

　　變頻器監(jiān)控系統(tǒng)主要由hmi、打印機(jī)、變頻控制柜（主要包括模擬量輸入輸出模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、光纖觸發(fā)模塊、ups電源和一些通訊電纜等）、plc組成，其畫面如圖2

　　所示。hmi作為監(jiān)控中心，將變頻器所有的運(yùn)行數(shù)據(jù)和參數(shù)利用串行口通訊方式（rs-485），經(jīng)屏蔽雙絞線送到hmi中，在人機(jī)界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；hmi也可下達(dá)指令來控制變頻器的啟動(dòng)、停止、復(fù)位等。這樣就完成了對(duì)所有數(shù)據(jù)的采集傳輸及命令傳送，同時(shí)，也可完成管理級(jí)功能，如局域網(wǎng)的管理任務(wù)、形成管理部門所需數(shù)據(jù)的記錄報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。

　　各部分說明如下。

　?。?）變頻控制柜，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，具有高可靠性、低噪聲、高節(jié)能、保護(hù)功能完善，內(nèi)建rs-485串行通信接口，且rs-485串行通信協(xié)議對(duì)用戶公開等特點(diǎn)。

　?。?）plc作為輔助控制單元，也是比較重要的部分，選用西門子s7-200。利用其通信指令編寫程序，然后下載到plc，把它和hmi串行通信接口相連接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)plc設(shè)備的實(shí)時(shí)控制與指示。

　　（3） 人機(jī)界面采用北京昆侖通態(tài)的tpc1063e，彩色10.4in。

　?。?） rs-485串行通信方式，rs-485采用平衡發(fā)送接收方式，它具有傳輸距離長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)和多站能力的優(yōu)點(diǎn)。

　　4 人機(jī)界面的特點(diǎn)功能與畫面設(shè)計(jì)

　　4.1 人機(jī)界面的特點(diǎn)

　　人機(jī)界面是新一代高科技可編程終端，具備與各品牌plc連線監(jiān)控能力，適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，可代替普通工控計(jì)算機(jī)。其主要特點(diǎn)有：

　　（1）畫面容量大，畫面規(guī)劃簡(jiǎn)單；

　?。?）全中文操作軟件，適用于windows95/98/nt等環(huán)境，指令豐富，編程簡(jiǎn)單；

　　（3）交互性好，抗干擾能力強(qiáng)，通信可靠性高；

　?。?）自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單方便、故障率低、壽命長(zhǎng)、維修量少。

　　4.2 人機(jī)界面的主要功能

　?。?） 設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要編輯出各種畫面，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)或系統(tǒng)的操作指示信息；

　?。?） 人機(jī)界面上的觸摸按鍵可產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，或輸入數(shù)值、字符給plc等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，控制設(shè)備的運(yùn)行；

　?。?） 可多幅畫面重疊或切換顯示，顯示文字、數(shù)字、圖形、字符串、警報(bào)信息、動(dòng)作流程、統(tǒng)計(jì)資料、歷史記錄、趨勢(shì)圖、簡(jiǎn)易報(bào)表等；

　?。?） 支持密碼和用戶程序保護(hù)功能。

　　4.3 人機(jī)界面的畫面設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)人機(jī)界面所有畫面均由mcgs全中文組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，有主畫面、參數(shù)設(shè)定、曲線畫面、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄和幫助等畫面，經(jīng)mcgs軟件編譯無誤后，從個(gè)人電腦中下載到人機(jī)界面即可使用。人機(jī)界面與變頻控制柜之間通過rs-232方式進(jìn)行連接，與plc之間通過rs-485方式進(jìn)行連接。由控制柜對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行讀寫操作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻器的操作以及變頻