基于MCGS組態(tài)軟件的人機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，在工廠自動化中占有舉足輕重的地位，因此對其控制功能、控制水平的要求也越來越高，尤其對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、報警記錄和打印等功能已成為整個控制系統(tǒng)中重要的內(nèi)容。而新一代工業(yè)人機界面的出現(xiàn)，對于在構(gòu)建高壓變頻器監(jiān)控系統(tǒng)時，實現(xiàn)上述功能，提供了一種簡便可行的途徑。

　　工業(yè)人機界面（human machineinterface），簡稱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)人機界面由特殊設(shè)計的計算機系統(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，觸動屏幕時，電阻網(wǎng)絡(luò)上的電阻和電壓發(fā)生變化并由軟件計算出觸摸位置。新一代工業(yè)人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進行處理、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、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實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)動構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件，用戶可隨時方便地擴充系統(tǒng)的功能。

　　mcgs的主要特性如下：

　?。?）概念簡單，易于理解和使用

　　普通工程人員經(jīng)過短時間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成大多數(shù)簡單的工程項目，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算機系統(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)。

　?。?）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)化了計算機資源，打印任務(wù)作為一個獨立工作而運行于后臺，實現(xiàn)多任務(wù)的并行處理。

　?。?）提供豐富的設(shè)備驅(qū)動程序

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

　　（4）提供強大的網(wǎng)絡(luò)功能

　　mcgs強大的網(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級安全保密機制。

　　（5）提供開放的ole接口

　　mcgs是以ole自動化技術(shù)為基礎(chǔ)的開放式擴充接口，允許用戶使用vb來快速編制各種設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件、動畫構(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)備被實現(xiàn)成獨立的構(gòu)件形式，不同的設(shè)備對應(yīng)于不同的構(gòu)件。設(shè)備構(gòu)件不僅僅包括設(shè)備驅(qū)動程序，還有不同的方法和屬性供系統(tǒng)調(diào)用，每個設(shè)備構(gòu)件都由一個獨立的線程來管理。對不同的外部硬件設(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。

　?。?）豐富和方便的動畫組態(tài)

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

　?。?）運行策略

　　用運行策略來完成和實現(xiàn)對系統(tǒng)運行流程的自由控制，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件來操作實時數(shù)據(jù)庫、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)，從而做到對對象工作過程的精確控制。圖形化的構(gòu)造方法和功能強大的策略構(gòu)件使運行策略的組態(tài)更加快捷方便。

　　（9） 充分利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)

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

　?。?0）出于保護企業(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系統(tǒng)進行操作，允許或禁止對數(shù)據(jù)進行訪問。mcgs在確保安全的情況下可以對多個系統(tǒng)模塊進行安全授權(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)境中進行的，用戶組態(tài)后可生成一個“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫”的文件。mcgs的運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它能按照“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫”中的組態(tài)方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(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、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，在人機界面上進行實時顯示；hmi也可下達指令來控制變頻器的啟動、停止、復(fù)位等。這樣就完成了對所有數(shù)據(jù)的采集傳輸及命令傳送，同時，也可完成管理級功能，如局域網(wǎng)的管理任務(wù)、形成管理部門所需數(shù)據(jù)的記錄報表、統(tǒng)計報表等。

　　各部分說明如下。

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

　　（2）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，可實現(xiàn)對plc設(shè)備的實時控制與指示。

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

　　（4） 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、抗干擾能力強和多站能力的優(yōu)點。

　　4 人機界面的特點功能與畫面設(shè)計

　　4.1 人機界面的特點

　　人機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，可代替普通工控計算機。其主要特點有：

　?。?）畫面容量大，畫面規(guī)劃簡單；

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

　　（3）交互性好，抗干擾能力強，通信可靠性高；

　?。?）自動化程度高，操作簡單方便、故障率低、壽命長、維修量少。

　　4.2 人機界面的主要功能

　　（1） 設(shè)計者可根據(jù)需要編輯出各種畫面，實時顯示設(shè)備狀態(tài)或系統(tǒng)的操作指示信息；

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

　　（3） 可多幅畫面重疊或切換顯示，顯示文字、數(shù)字、圖形、字符串、警報信息、動作流程、統(tǒng)計資料、歷史記錄、趨勢圖、簡易報表等；

　?。?） 支持密碼和用戶程序保護功能。

　　4.3 人機界面的畫面設(shè)計

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