水聽器測試裝置人機交互系統(tǒng)設(shè)計

溫寧

摘 要：在對水聽器測試裝置的機構(gòu)進(jìn)行描述的基礎(chǔ)上，提出了人機交互系統(tǒng)的設(shè)計框架，采用面向?qū)ο螅梢暬O(shè)計的快速應(yīng)用開發(fā)軟件來實現(xiàn)觸摸屏及計算機端（PC機端）軟件模塊的設(shè)計，并對觸摸屏及PC機端組態(tài)軟件的設(shè)計，編制和調(diào)試作了詳盡的說明，該文給出了部分完成的軟件界面。

關(guān)鍵詞：觸摸屏 PLC 組態(tài)軟件

中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0091-02

隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)和電子設(shè)備日益復(fù)雜化， 自動測試系統(tǒng)已經(jīng)成為設(shè)備生產(chǎn)，測試和檢測過程中不可或缺的重要設(shè)備。本裝置就是用于對水聽器進(jìn)行測試。水聽器俗稱聲納，是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測和通訊任務(wù)的電子設(shè)備，它是利用水中聲波對水下目標(biāo)進(jìn)行探測、定位和通信的電子設(shè)備，是水聲學(xué)中應(yīng)用最廣泛、最重要的一種裝置。由于軍事或民用過程中對水聽器準(zhǔn)確性，復(fù)雜性和安全性的高要求，使得研制對水聽器設(shè)備進(jìn)行檢測的智能化自動測試系統(tǒng)具有重要的意義。本裝置就是用于進(jìn)行水聽器測試的伺服控制系統(tǒng)。本文的主要內(nèi)容是關(guān)于該裝置的人機交互系統(tǒng)的設(shè)計。

1 水聽器測試裝置控制系統(tǒng)基本構(gòu)架概述

該伺服控制系統(tǒng)的基本構(gòu)架如圖1所示，該系統(tǒng)的動作指令主要由計算機端發(fā)出，另有通過RS232連接觸摸屏端及通過GPIB/RS485等現(xiàn)場總線與其他控制機構(gòu)的連接實現(xiàn)人機交互的控制冗余。通過組態(tài)界面的交互實現(xiàn)操作人員對PLC控制單元發(fā)送指令，進(jìn)而根據(jù)要求驅(qū)動各路電機控制機械結(jié)構(gòu)的運動，由編碼器得到位置信息傳遞給PLC，再由人機界面采集反饋至操作人員以實施相應(yīng)的控制策略等。

2 人機交互軟件設(shè)計框架

該系統(tǒng)人機交互部分設(shè)計成三種方式，即工控機端、觸摸屏端及通過GPIB/RS485等現(xiàn)場總線連接其他控制設(shè)備，通過對由PC機端采集來的被控對象的實時數(shù)據(jù)建立而成的數(shù)據(jù)庫的訪問可實現(xiàn)實時監(jiān)控，通過組態(tài)軟件提供的ODBC對組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲即可下達(dá)對被控對象的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。

人機交互軟件設(shè)計的原則是操作簡單、方便，界面友好、美觀；涉及的基本操作模塊有系統(tǒng)管理（可進(jìn)行登錄、注銷、帳戶管理、系統(tǒng)保護等操作）、控制界面（對執(zhí)行機構(gòu)的運動進(jìn)行實時監(jiān)控并提供報警輔助信息，輔以軟件說明及技術(shù)支持等）。此外還需注意觸摸屏與工控機界面設(shè)計及控制操作保持基本一致，并根據(jù)具體器件的屬性有針對性地設(shè)定相應(yīng)的功能鍵，如觸摸屏的亮度調(diào)節(jié)、按鍵聲音設(shè)定等。

2.1 觸摸屏端軟件設(shè)計

本伺服控制系統(tǒng)采用的觸摸屏采用臺灣維綸公司生產(chǎn)的觸摸屏。它通過RS232接口與PC端相連將編輯好的圖形控制界面下載至觸摸屏端，通過RS232或RS485接口與PLC控制單元相連，可由在線/下載執(zhí)行兩種模式對PLC單元實現(xiàn)實時控制。

該觸摸屏人機交互界面的開發(fā)環(huán)境采用該公司軟件編輯環(huán)境EasyBuilder，在該環(huán)境下可實現(xiàn)程序的開發(fā)、調(diào)用、下載、調(diào)試，以及觸摸屏內(nèi)部程序的上傳操作等，實現(xiàn)對PLC控制器的友好支持；多窗口種類、元器件類型以供選擇及設(shè)置可進(jìn)行靈活、準(zhǔn)確的調(diào)用關(guān)系從而實現(xiàn)切合系統(tǒng)要求的設(shè)置；此外開發(fā)人員可自行開發(fā)向量庫、位圖庫，從而更能實現(xiàn)系統(tǒng)界面的美觀化、個性化、實用化。

該觸摸屏端軟件分為2個子軟件，即一個包括用戶管理、運動對象操作的完備版，以及一個設(shè)定密碼頁面。

系統(tǒng)的用戶分作三個級別，即游客、普通用戶及系統(tǒng)管理員。其中，游客無權(quán)進(jìn)入系統(tǒng)，僅可瀏覽退回至歡迎界面；普通用戶可對PLC實施相應(yīng)控制指令，可以瀏覽各界面；系統(tǒng)管理員除普通用戶可進(jìn)行的對被控對象的操作之外，還可以進(jìn)行密碼設(shè)定及更改操作進(jìn)而從身份確認(rèn)、密碼管理的角度維護系統(tǒng)的安全。

2.2 PC端組態(tài)軟件設(shè)計

該伺服控制系統(tǒng)采用的工控機是研華主機，配有RS232、RS485、GPIB等多拓展接口與其它設(shè)備相連。本系統(tǒng)開發(fā)過程中，工控機的RS232（COM1）與PLC編程口相連接進(jìn)行編程、下載以及在線監(jiān)視、控制、調(diào)試等操作；用RS232（COM2）與觸摸屏的RS232口相連接下載控制程序，可進(jìn)行在線、離線調(diào)試操作；用GPIB連接其他機構(gòu)對該運動系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制操作等。在實際控制系統(tǒng)中，工控機通過RS232與PLC相連接、通過GPIB與其他控制系統(tǒng)相連接，并留有RS485口作為擴展可連接其他控制機構(gòu)等。

該PC端人機交互界面的開發(fā)環(huán)境是力控公司自主開發(fā)的力控組態(tài)軟件，該軟件主要由組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境、I/O Server、數(shù)據(jù)服務(wù)、擴展組件及加密狗驅(qū)動五個部分組成。在力控環(huán)境下可進(jìn)行程序的開發(fā)、測試、發(fā)布、打包等操作；I/O Server提供了PLC、OPC、FCS、微軟DDE、OPC、力控仿真驅(qū)動等眾多組件及設(shè)備的驅(qū)動可供連接組態(tài)軟件和現(xiàn)場設(shè)備；數(shù)據(jù)服務(wù)即保證開發(fā)應(yīng)用在運行狀態(tài)下調(diào)用實施數(shù)據(jù)庫DB可用于監(jiān)視數(shù)據(jù)變量，并為其他WinAPI提供DDE的會話服務(wù)及主題（DB|DB）；擴展組件包括控制策略、日志系統(tǒng)、OPC Server、Port Server、ODBC Router等拓展服務(wù)，可用于監(jiān)視組態(tài)軟件的組件及設(shè)備的運行狀態(tài)、構(gòu)建工作站、提供實時數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲及控制操作等。

本系統(tǒng)主要用到的是力控開發(fā)環(huán)境編輯組態(tài)軟件控制界面，I/O Server監(jiān)視界面與PLC的數(shù)據(jù)通訊，實時數(shù)據(jù)庫DB監(jiān)控組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)庫運行信息、日志系統(tǒng)記錄系統(tǒng)運行信息及ODBC Router轉(zhuǎn)儲實時數(shù)據(jù)庫DB至ODBC，生成相應(yīng)的Excel數(shù)據(jù)文件甚至Access應(yīng)用程序以得到符合用戶需求的變量或反之由ODBC轉(zhuǎn)儲至DB即可實現(xiàn)其他設(shè)備或API與組態(tài)軟件的通訊從而控制PLC執(zhí)行單元的操作。

PC端控制軟件開發(fā)工程中綜合運用了三維力控組態(tài)軟件、3dsMAX、Flash、VB、Access等應(yīng)用軟件。PC端組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)的分辨率為1024×768像素，為保證伺服控制系統(tǒng)的安全運行，該軟件設(shè)計過程中將頁面設(shè)為SPLASH窗口屬性且保持窗口焦點。只有在退出該系統(tǒng)后，才能進(jìn)行其他軟件的操作。組態(tài)軟件主要由歡迎界面、系統(tǒng)管理界面、用戶帳戶管理、控制界面、操作指南、技術(shù)支持機軟件版本信息等幾個部分組成。各界面的基本操作方法及屬性與觸摸屏端組態(tài)軟件類似。

PC端組態(tài)軟件歡迎界面，主菜單有“系統(tǒng)管理”、“用戶帳戶”、“控制界面”、“操作指南”、“技術(shù)支持”及“關(guān)于軟件”等六個操作選項。其中用戶帳戶管理菜單、控制界面進(jìn)入選項均需用戶登錄后方能查看。而“操作指南”、“技術(shù)支持”、“關(guān)于軟件”信息則游客亦可瀏覽。其中點擊“用戶帳戶”及“控制界面”按鍵后亦可彈出登錄窗口，若用戶登錄不成功，則不能進(jìn)行此二部分的設(shè)定及操作。

伺服控制操作界面主要分為平臺控制、主機控制、運動反饋、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲、動畫監(jiān)視等幾個主要部分組成。如圖2所示。

該文通過編制基于觸摸屏的PLC控制系統(tǒng)操作軟件及基于PC端的PLC控制系統(tǒng)組態(tài)軟件，在EasyBuilder、三維力控等組態(tài)軟件環(huán)境下，實現(xiàn)了觸摸屏及PC機端軟件的功能，滿足了本系統(tǒng)按照測試要求完成對水聽器進(jìn)行檢測的目的，實現(xiàn)了本上位機端軟件與實際系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及測試。

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