浅论高温窑炉监控系统人机界面的设计与实现论文
时间：2021-08-31浅论高温窑炉监控系统人机界面的设计与实现论文
1 系统简介和工作原理
高温工业炉监控系统主要由防护探头、现场水电气控制柜、传动装置、符叠加模块、监视器、工控机、打印机组成。控制柜内以一片Atmega128 单片机作为核心控制部分，辅之以继电器、字符叠加模块、传感器、点阵液晶、压力开关及传动装置的限位开关等，控制防护探头电机的正反转，进而实现对探头在不同条件下的自动退出保护控制。探头伸进高温工业炉把炉中的实况图像传回控制柜，现场控制柜一方面直接通过视频传输线将图像信号传到工控机，另一方面采集或转换采集到的现场运行参数再通过串口传给工控机显示;如果需要打印图片或数据直接利用和工控机相连的打印机即可。另外一路传来的图像经过字符叠加模块叠加运行参数等字幕信息后，再传到大屏幕的监视器供监视需要。本文所做工作就是在上述下位机硬件的基础上利用组态软件，以工控机为平台，调用探头送来的图像监控炉内实况，依靠串口接收单片机传来的数据了解设备实时运行环境，设计生动形象的人机操作界面。
2 组态软件总体设计构架
组态软件通过实时数据库、数据词典和命令语言等来构造生动形象的画面模拟现场设备工作情况，对现场设备进行监视和控制。画面、数据、动画是组态王的基本部分，下面就从这三个方面综合考虑来架构高温工业炉监控系统。
(1)画面
从功能需求考虑，建立实现各功能的画面。建立“页眉”画面，在界面的最上面始终显示研发公司名称和商标，并从后面功能考虑“页眉”上还设计切换到其他画面或功能的系统管理、设置查询、监控图像、报表管理、帮助文档菜单。建立“主画面”动态显示1#炉和2#炉的设备运行条件参数和控制探头伸进退出，其中用自画图形或控件模拟控制箱和工作环境恶化报警灯告警及探头伸进退出、炉火燃烧等。建立“参数设置”画面，设置退出参数的上、下限，当运行参数超出设定范围时，提供报警输出信号，同时控制探头及时自动退出炉膛。另外再设置工作环境许可的范围内，如果运行参数过高或过低，提示警告信息的高低限值用于提醒工作人员。建立“数据报表”和“工作报表”画面，实现系统运行参数和工作情况的存储保护和打印功能，设置权限用户或双密码确认以保护研发版权。
(2)数据
在数据词典定义工程需要的数据变量。由于是监控两个窑炉，所以定义的变量打包成结构变量(温度、水压、气压、气流量、伸进、退出、伸进次数、温度上限、气压下限)，为保存报表等的命名而定义内存字符串型变量“文件名”，为数据库查询报警信息而定义内存字符串型变量“变量查询”，内存整型变量“水平动画”和“垂直动画”实现探头伸进退出及水流风流的动画模拟。为了方便查看、记录和区别，要将变量产生的报警信息归到不同的组中，即使变量的报警信息属于某个规定的报警组。在报警组里定义“高温工业炉监控系统”报警组，并增加“温度”、“水压”、“气压”、“气流量”四个报警组节点以实现报警和保护功能。
组态软件SQL 访问功能能够和其他外部数据库实现数据传输，支持ODBC(Open DatabaseConnectivity)访问接口，所以建立组态软件和数据库连接后就可以进行数据通讯。在工程所在文件夹里新建“高温工业炉监控系统.mdb”(利用组态软件安装盘里的mdb 模板，编辑成自己需要的数据库)，再在系统ODBC 数据源中定义“高温工业炉监控系统”数据源，然后选择前面定义好的“高温工业炉监控系统.mdb”数据库和组态王连接。这样数据库就能存储和保存监控系统的报警和操作信息，用以组态软件的KVDB 控件表格的查询。
(3)动画
为了实现探头伸进退出动画模拟，利用定义的“水平动画”变量，然后和探头连接起来，最左最右分别和水平动画0 和150 对应，再在画面语言中嵌入：if 探头伸进条件水平动画=水平动画+5??同时利用此模拟水流和风流水平流动。同理利用定义的“垂直动画”变量，模拟水流和风流垂直流动。伸进后，要看到探头右边炉内动态炉火，让连拍的五幅炉火图画循环交替显示来模拟炉火动起来的动画：if(本站点$时间%5==N)显示第N 幅图画(N=0，1，2，3，4)。在报警灯图标动画链接属性中设置闪烁条件和闪烁速度，其中闪烁条件设置和报警条件同，那么只要检测到报警信号，报警灯就会闪烁指示。
3 组态软件画面设计
由硬件部分单片机(下位机)进行数据采集、转换，并且按照通用单片机HEX 通信协议和组态软件数据共享。当组态软件要读取单片机的数据时，将会向单片机发送基于该协议的读命令包，单片机接收并处理数据，然后再把相关的响应或数据发送给组态软件。组态软件通过串行通信RS485 的方式读取控制箱中单片机运行数据，访问相关设备寄存器来获得各设备的运行情况，并通过动画连接、数据报表等显示出来。依据上面的框架思想，整个监控系统设计具有如下功能的界面。
1)总体监控：显示运行参数的实时值和视频图像。设计“主画面”——控制箱液晶显示四个传感器运行参数(温度、水压、风压、风流量);设计“监控界面”按钮进入视频卡的监控界面，可以监控和保存1#炉、2#炉实况图像。
2)控制功能：在工控机上可对控制箱进行远程控制。“主画面”的控制箱上配置伸进退出按钮，可执行伸进退出功能，并且利用画面语言实现危险状况时的自动退出。
3)数据存储：每隔一分钟将数据保存到数据报表中，方便以后的查看，所保存的数据还可以通过ReportSetHistData2(6,1)进行查询，这通过设计“数据报表查询”画面加上前面设计的'“数据报表”画面实现。设计“操作报表”画面实现——每操作一次探头，就通过自定义函数(run_work_report(运行参数,row , col , count))和if 伸进或退出事件命令语言保存在操作报表中，同时设计“操作报表查询”画面实现操作查询。
4)报警功能：通过新报警事件命令语言，只要检测到报警信号，就显示报警窗口并发出语音报警。在“参数设置”画面设置四个运行参数的报警上限和下限及探头自动退出参数值，当超过了设置的范围时，就会报警并且把报警信息保存在高温工业炉监控系统数据库的Alarm 表中，同时自动退出探头，保证了系统的安全运行，这通过设计“系统信息”画面实现。
5)打印功能：打印工作报表、操作信息、报警数据等。前面设计的“数据报表”和“工作报表”画面，工控机和针式打印机连接好后再通过打印按钮语言：Report Print 2(″觹觹报表″)，或报表控件名.Print()实现打印报表功能。设计“报警信息查询”和“操作信息查询”画面，利用数据库的查询功能，实现报警和操作信息查询，同时配置同样的打印功能。
6)权限保护：通过配置用户优先级和可操作的安全区及设置打印操作权限优先级，只有达到此优先级的用户才具备打印权限。为防止误操作，进行双重认证——在身份认证对话框中，既要输入操作者的名称和密码，又要输入监控者的姓名和密码，两者验证无误时方可操作：Operator Name=″自定义用户″;string Monitor Name=″版权所属公司的用户名″;bool ret=Power Check User(Operator Name , Monitor Name)。
4 结束语
本文就高温工业炉监控系统的人机界面在组态软件中进行了开发。在介绍了高温工业炉监控系统的基本组成和工作原理后，从组态软件画面、数据、动画三个主要方面进行了系统架构，然后设计了实现功能需求的主画面、数据报表、参数设置等画面。
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