基于Honeywell PKS的語音報警軟件設(shè)計(jì)

【摘 要】隨著油氣田行業(yè)自動化水平的普及，美國Honeywell公司的PKS軟件得到了廣泛的應(yīng)用。但它是一套成熟的軟件，有時無法滿足用戶特殊的功能需求。語音報警軟件作為PKS軟件的輔助軟件，可協(xié)助PKS軟件實(shí)現(xiàn)更多的功能，包括數(shù)據(jù)異常分析判斷、自定義語音及文字報警、報警點(diǎn)信息維護(hù)記錄日志、定時語音播報、報警信息的查詢和統(tǒng)計(jì)等等。

【關(guān)鍵詞】Honeywell PKS；語音報警；VB編程

1.引言

隨著油氣田行業(yè)自動化水平的普及，越來越多的油氣田場站采用了SCADA系統(tǒng)來保證現(xiàn)場安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的縮寫，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。它是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項(xiàng)功能。目前美國Honeywell公司的PKS軟件作為業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的SCADA系統(tǒng)上位機(jī)軟件被廣泛的應(yīng)用于油氣田場站、長輸管線、閥室，并取得了巨大的成果。但是由于PKS軟件是一套成熟的軟件，因此有時無法滿足用戶特殊的功能需求。語音報警軟件作為PKS軟件的輔助軟件，可以從PKS軟件中實(shí)時讀取生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析判斷，若數(shù)據(jù)異常則產(chǎn)生報警，并根據(jù)報警級別及事前設(shè)定的聲音或文字要求進(jìn)行語音播報報警；完成報點(diǎn)信息的維護(hù)，對報警點(diǎn)信息維護(hù)記錄實(shí)現(xiàn)日志；完成定時語音播報的設(shè)置、播報；實(shí)現(xiàn)報警信息的查詢、統(tǒng)計(jì)。

2.軟件的總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件架構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將所實(shí)現(xiàn)的各種功能分模塊研發(fā)，最后匯總至統(tǒng)一程序中。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，語音報警軟件包含主要功能如下：讀取PKS軟件數(shù)據(jù)；語音報警；參數(shù)配置；系統(tǒng)/報警日志歷史；用戶權(quán)限。由于軟件主要通過人機(jī)界面和用戶交流，故采用Microsoft Visio Basic作為程序設(shè)計(jì)語言。窗體結(jié)構(gòu)采用MDI窗體嵌套技術(shù)，分為如下窗體：

2.1 MDI父窗體

MDI父窗體負(fù)責(zé)軟件整體框架、菜單欄顯示、工具欄顯示，以及部分通用代碼的執(zhí)行。主界面、狀態(tài)欄、系統(tǒng)/報警日志歷史畫面等均嵌入到MDI父窗體內(nèi)，而系統(tǒng)配置、登錄等窗體均采用彈出的形式實(shí)現(xiàn)。

2.2 主畫面

主畫面主要用于顯示報警點(diǎn)信息、報警狀態(tài)信息、系統(tǒng)日志及報警日志，主要包含如下內(nèi)容：

報警點(diǎn)顯示。這里的位號、參數(shù)要匹配PKS軟件，采集上來的數(shù)據(jù)放在采樣值一欄中，描述、低低報警、低報警、高報警、高高報警欄由用戶自由組態(tài)，即軟件可設(shè)置四條報警限。當(dāng)軟件運(yùn)行后會根據(jù)組態(tài)數(shù)值判斷是否產(chǎn)生報警，若產(chǎn)生報警，則會通過語音朗讀在報警內(nèi)容一欄中的內(nèi)容，同時報警狀態(tài)會顯示出現(xiàn)新的報警信息，報警日志中會記錄報警信息。若已達(dá)到報警狀態(tài)，之后再采集到的數(shù)據(jù)仍然的該報警狀態(tài)內(nèi)，則不會產(chǎn)生新的報警，舊的報警也不會被清除。當(dāng)現(xiàn)場條件恢復(fù)，采樣值回到報警限以下時，報警清除，體現(xiàn)在報警狀態(tài)欄中對應(yīng)的報警信息將自動清除，并且下次再升到報警限上時重新產(chǎn)生報警。

報警狀態(tài)顯示。顯示當(dāng)前有哪些數(shù)據(jù)已觸發(fā)了報警，以及它們的觸發(fā)時間、報警狀態(tài)和觸發(fā)報警值。啟動報警后，若產(chǎn)生報警，則該欄會有相應(yīng)的信息出現(xiàn)，停止報警時表格將會被清空，再次啟動報警后若產(chǎn)生報警則該欄會繼續(xù)出現(xiàn)相應(yīng)的信息。

系統(tǒng)日志欄中顯示系統(tǒng)的運(yùn)行情況，如系統(tǒng)啟動、報警開啟、進(jìn)入配置界面等等，用戶可根據(jù)系統(tǒng)日志中顯示的內(nèi)容判斷目前系統(tǒng)的運(yùn)行情況。報警日志欄中顯示被觸發(fā)的報警信息。與報警狀態(tài)表格不同的是，這里的報警信息并不會因?yàn)閳缶那宄磺宄?，用戶可以在這里看到相應(yīng)的報警情況。當(dāng)然，這里的系統(tǒng)日志及報警日志顯示的均為本次系統(tǒng)運(yùn)行后所產(chǎn)生的日志，若用戶需要查詢之前的日志，可通過系統(tǒng)/報警日志歷史界面查詢。

2.3 報警點(diǎn)配置畫面

在報警點(diǎn)配置畫面中，用戶可針對報警點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)。這里主要實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)修改的功能，比如增加行按鈕可增加一新行，刪除行按鈕可刪除當(dāng)前行；數(shù)據(jù)源IP地址可修改PKS服務(wù)器的IP地址；語音測試功能可點(diǎn)擊“朗讀”按鈕測試當(dāng)前行的報警內(nèi)容，可幫助用戶檢驗(yàn)組態(tài)結(jié)果；報警次數(shù)下拉菜單中可選擇報警產(chǎn)生后的播報次數(shù)等等。

2.4 狀態(tài)欄

狀態(tài)欄主要顯示公司標(biāo)識、系統(tǒng)時間、系統(tǒng)狀態(tài)、目標(biāo)PKS服務(wù)器計(jì)算機(jī)名稱、用戶權(quán)限等信息，它與主界面同時顯示。

2.5 系統(tǒng)/報警日志歷史畫面

系統(tǒng)日志歷史和報警日志歷史的畫面非常類似，區(qū)別僅在于各自儲存的數(shù)據(jù)不同，用戶在此可以看到全部的日志歷史，但不包括已經(jīng)歸檔的數(shù)據(jù)。這里主要實(shí)現(xiàn)的功能還包括：

自動保存歷史記錄周期選項(xiàng)用于設(shè)置系統(tǒng)多長時間將收集的記錄保存到日志中，自動歸檔周期用來實(shí)現(xiàn)將日志中的內(nèi)容歸檔到txt文件中，文件路徑由下面的歸檔路徑指定。當(dāng)運(yùn)行歸檔后，日志里面的內(nèi)容將被清空，同時生成相應(yīng)的txt文件，之后日志將重新記錄新信息。用戶也可以通過點(diǎn)擊“手動歸檔”按鈕直接歸檔。

2.6 其他畫面

除了以上主要的嵌入窗體外，另有部分彈出頁面，如參數(shù)配置畫面等，在此不做過多的敘述。

3.讀取PKS軟件數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

HONEYWELL PKS軟件提供了相應(yīng)的API函數(shù)[1]可以讀取PKS軟件中的數(shù)據(jù)，可采用調(diào)用該API函數(shù)的方法將數(shù)據(jù)讀取過來，并做成全局變量交由其他模塊使用。當(dāng)用戶點(diǎn)擊“啟動報警”按鈕后，數(shù)據(jù)采集程序在后臺運(yùn)行，在軟件初始化的時候報警點(diǎn)組態(tài)表格中的參數(shù)已經(jīng)被賦給了相應(yīng)的變量，這里將這些變量作為參數(shù)，并使用API函數(shù)讀取PKS實(shí)時數(shù)據(jù)并填入報警點(diǎn)組態(tài)表格中，具體邏輯如下：

（1）若沒有報警點(diǎn)組態(tài)，采集程序直接停止；

（2）初始化數(shù)據(jù)，并利用rgetpnt函數(shù)查詢是否報警點(diǎn)數(shù)據(jù)在PKS中存在；

（3）若查詢數(shù)據(jù)成功，則開啟數(shù)據(jù)掃描定時器（Timer）和報警掃描定時器（Timer），可設(shè)定數(shù)據(jù)掃描間隔（并可通過人機(jī)界面配置）、報警掃描間隔（并可通過人機(jī)界面配置），若查詢數(shù)據(jù)不成功，則采集程序停止，并報具體錯誤提示用戶檢查報警點(diǎn)組態(tài)；

（4）開啟數(shù)據(jù)掃描定時器（Timer）后，Timer內(nèi)的程序?qū)⒁怨潭〞r間循環(huán)運(yùn)行，采用rGetval_Numb函數(shù)采集PKS的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)放入至采樣值一欄中，之后由報警掃描定時器（Timer）對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，若數(shù)據(jù)超過報警線則產(chǎn)生相應(yīng)報警。

4.語音報警的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

讀取PKS軟件數(shù)據(jù)成功后，程序開啟報警掃描定時器（Timer）。Timer內(nèi)的程序?qū)⒁怨潭〞r間循環(huán)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)每隔一段時間挨個對讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，與設(shè)置的報警限比對，如果超過報警限則發(fā)出一條設(shè)置好的語音報警并在報警狀態(tài)欄中產(chǎn)生一條報警狀態(tài)，同時將該條報警信息記錄到報警日志中。語音報警采用TTS技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音朗讀[2]。對于報警狀態(tài)，采取的策略是當(dāng)報警產(chǎn)生，在報警狀態(tài)欄中會產(chǎn)生該條報警狀態(tài)，用戶只可查看不可消除。程序會繼續(xù)循環(huán)判斷，若產(chǎn)生報警的條件依然滿足，則該條報警狀態(tài)持續(xù)存在，若產(chǎn)生報警的條件不再滿足，則刪除該條報警狀態(tài)。這樣，我們就可以通過報警狀態(tài)欄從而看到目前有多少報警點(diǎn)處于超限狀態(tài)。而在報警日志中，由于只會記錄不會清除，故我們可以通過查看日志的方式來了解到曾經(jīng)發(fā)生的報警情況。同時，產(chǎn)生的日志會在可設(shè)置的周期內(nèi)保存到日志歷史中。

5.參數(shù)配置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

整個軟件需要設(shè)置與保存的參數(shù)，包括：（1）通訊參數(shù)，如PKS服務(wù)器名，連接周期等等；（2）報警點(diǎn)參數(shù)，如位號，描述，采樣值，報警限，報警內(nèi)容，報警次數(shù)等等；（3）日志參數(shù)，如日志歸檔路徑、歸檔周期等等；（4）其他參數(shù)，如系統(tǒng)配置參數(shù)等等。

語音報警系統(tǒng)采用最簡單的txt文件來保存這些參數(shù)，程序啟動時采用Open FileName For Input As #1語句讀取txt文件，將各個參數(shù)讀出來并賦予相應(yīng)的全局變量，從而實(shí)現(xiàn)在程序中應(yīng)用這些變量。若需要實(shí)現(xiàn)參數(shù)修改及保存，可先做相應(yīng)的窗體和TextBox用于填寫可修改的參數(shù)，然后設(shè)置一個保存按鈕，當(dāng)用戶點(diǎn)擊按鈕時，產(chǎn)生一個事件，將修改后的參數(shù)利用Open FileName For Output As #1語句寫入到相應(yīng)txt文件中。這樣，我們就可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置了。

6.系統(tǒng)/報警日志歷史的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作為一套成熟的軟件，日志功能是必不可少的，用戶可以通過查看日志的方式來了解到之前究竟發(fā)生了什么。語音報警軟件設(shè)計(jì)了兩套日志，分別為系統(tǒng)日志和報警日志。其中，系統(tǒng)日志中記錄了有關(guān)于系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)容，比如何時系統(tǒng)啟動，是否成功與PKS連接，如不成功錯誤代碼是什么等等，報警日志中記錄了有關(guān)報警的內(nèi)容，比如何時何數(shù)據(jù)產(chǎn)生了什么級別的報警等等。在主界面中我們可以看到報警日志和歷史日志，但是如果關(guān)閉了軟件，那些日志就沒有了。那么，我們就需要將當(dāng)前的日志保存至日志歷史中，這樣才能在任何時候都可以查看到。我們依然采用了將當(dāng)前日志寫入txt文件的方式用來保存日志歷史。為此，我們設(shè)置了一個自動保存歷史記錄周期的參數(shù)，該參數(shù)用于產(chǎn)生一個Timer，當(dāng)Timer觸發(fā)時將該周期收集到的最新日志加入到之前txt文件的末尾，這樣，就實(shí)現(xiàn)了日志歷史記錄的保存。同時，為了防止txt文件過于龐大，設(shè)置了一個自動歸檔周期的參數(shù)，該參數(shù)同樣的產(chǎn)生一個Timer，當(dāng)Timer觸發(fā)時將當(dāng)前的txt文件復(fù)制保存至指定的路徑中，同時清空當(dāng)前的txt文件，這樣用戶可以通過在windows系統(tǒng)中查看歸檔文件的方式來查看之前的日志。

為了便于用戶查看系統(tǒng)/報警日志歷史，語音報警系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)了一個頁面用于查看當(dāng)前txt文件中的日志記錄。頁面內(nèi)放置TextBox用于顯示日志歷史記錄，讀入txt文件的函數(shù)如下：

Public Function openfile（ByVal FileName As String）As String

Dim a As String

Dim b

Open FileName For Input As #1

While Not EOF（1）

Line Input #1，b

If a=\"\"Then

a=b

Else

a=a vbCrLf b

End If

Wend

Close #1

openfile=a

End Function

7.用戶權(quán)限的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為了保證用戶使用起來更加安全可靠，需要對用戶權(quán)限進(jìn)行設(shè)置。語音報警軟件采用了兩級權(quán)限的方式，分別設(shè)置了oper和admin兩個權(quán)限。其中oper用戶僅僅可以進(jìn)行瀏覽，查找日志等一般性操作，而admin權(quán)限則可以進(jìn)行對組態(tài)的修改，包括報警點(diǎn)的添加和刪除、報警限的修改、通訊參數(shù)的修改、歸檔的周期或者歸檔路徑的修改等等。這個功能實(shí)現(xiàn)起來也非常容易，可以設(shè)置全局變量UserPermission。軟件啟動時默認(rèn)為oper權(quán)限，用戶可以通過登錄窗口將oper權(quán)限改為admin權(quán)限，此時UserPermission賦值為admin。用戶所有涉及到權(quán)限的操作，在執(zhí)行前均會查看一下UserPermission的值，若該值為admin則操作繼續(xù)執(zhí)行，若該值為oper則當(dāng)前操作停止執(zhí)行，同時提示用戶權(quán)限不足。同時，還需要提供修改密碼窗口，可供用戶修改admin密碼，修改密碼可以當(dāng)時生效。

參考文獻(xiàn)：

[1]Honeywell PKS knowledge builder CD.

[2]趙文東，寇海洲.在VB中使用TTS技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音的編輯和播放[J].洛陽工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報，2003，02.

作者簡介：張世君（1982—），男，工程師，主要從事石油、天然氣行業(yè)自動化控制系統(tǒng)的研究工作。