吳光宇

（哈電發(fā)電設(shè)備國家工程研究中心有限公司，哈爾濱 150040）

1 引言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的人機(jī)界面是工作人員與機(jī)組之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。人機(jī)界面因其界面友好、直觀、操作簡單和符合專業(yè)習(xí)慣等優(yōu)點(diǎn)受到了風(fēng)電企業(yè)的廣泛歡迎。具備可視化的功能是風(fēng)電系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)的趨勢。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微軟公司于2003年發(fā)布Visual Basic 2003.net，其支持托管代碼機(jī)制的開發(fā)環(huán)境，徹底支持面向?qū)ο蟮木幊虣C(jī)制，為開發(fā)人員提供了更為便捷，高效的編程工具，同時(shí)對嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，提供了更有力的支持[1]。本文中開發(fā)的軟件就是充分利用VB.net的強(qiáng)大功能，僅利用很短的開發(fā)周期，投入很小的成本就可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組人機(jī)界面的開發(fā)，并且軟件后期維護(hù)和升級(jí)非常便捷。

2 利用VB.net開發(fā)人機(jī)界面的窗體

2.1 窗體的設(shè)計(jì)

窗體的主要功能是提供交換式的界面，通過窗體可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、設(shè)置、顯示、修改等功能。窗體是一個(gè)集合對象，在VB編程界面中，在工具箱里提供了用戶需要的各種功能控件，通過拖拽可以在窗體中增加或減少控件，并且可以設(shè)置窗體和控件的屬性，例如窗體的顏色、尺寸、文本等參數(shù)。

如圖1為風(fēng)電機(jī)組人機(jī)界面的窗體編程界面，其中左邊為工具箱，中間為窗體區(qū)，右邊為屬性欄。首先，新建windows窗體，在右邊屬性欄中對窗體的名稱、尺寸、顏色、文本字體等屬性進(jìn)行設(shè)置。然后從工具欄中拖拽各種控件到窗體中，再對各控件基本屬性進(jìn)行設(shè)置，最后保存該窗體。通過上述工作，完成了一個(gè)操作簡單，直觀的風(fēng)電機(jī)組人機(jī)界面窗體編程界面。

圖1 可視化的用戶界面

2.2 控件的設(shè)計(jì)

在VB.NET編程環(huán)境中，控件是窗體中的各個(gè)執(zhí)行元件，這些控件放在工具箱中。使用控件時(shí)，首先用鼠標(biāo)把控件拖拽到窗體區(qū)，用戶可以在右邊屬性欄中，對其尺寸、位置、顏色、文本內(nèi)容等屬性進(jìn)行設(shè)置。然后對控件事件進(jìn)行編程，可以實(shí)現(xiàn)用戶要求的各種功能。

如圖1，其中包含Button、Picturebox 、Label、Timer等控件，各控件文本名稱對應(yīng)風(fēng)機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，各傳感器讀數(shù)，以及機(jī)組的控制按鈕。為了使控件能實(shí)現(xiàn)輸入、設(shè)置、修改、顯示等功能，還需要對控件賦以事件。在VB編程環(huán)境中，需要對每個(gè)控件編寫后臺(tái)代碼，通過定義變量、為變量賦值、數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯判斷等代碼來實(shí)現(xiàn)控件的相應(yīng)功能，如圖2所示。

圖2 對控件賦以事件

3 人機(jī)界面與PLC控制器的通信

3.1 PLC控制器

本文介紹的系統(tǒng)是以倍福PLC控制器為下位機(jī)，工業(yè)平板電腦為上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。在此系統(tǒng)中，PLC控制器通過以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行通信連接，控制器中的IO端口和以太網(wǎng)、Perfibus、CAN等工業(yè)總線連接各種傳感器和機(jī)組的各部件，如風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀、編碼器、溫度傳感器、變頻器、變槳機(jī)構(gòu)、偏航機(jī)構(gòu)、機(jī)械剎車等。人機(jī)界面程序通過與控制器中的PLC程序進(jìn)行實(shí)時(shí)通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，由PLC控制器通過IO端口輸入輸出模擬量、數(shù)字量，和總線通信方式以實(shí)現(xiàn)對機(jī)組各個(gè)部件及相關(guān)傳感器的監(jiān)控。

圖3 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 人機(jī)界面與PCL程序的通信連接

在窗體和控件設(shè)計(jì)完成后，需要在VB.NET代碼編譯界面中添加引用倍福ADS通信協(xié)議，來建立人機(jī)界面與PLC控制器之間的通信連接，通過給各控件賦以觸發(fā)事件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，如圖4所示，在VB代碼語句中，通過尋找PLC控制器的NET.ID與端口號(hào)建立連接，實(shí)現(xiàn)對PLC程序中的變量進(jìn)行寫入和讀取，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信連接。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，人機(jī)界面程序與PLC實(shí)時(shí)通信，從而保證界面上顯示的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)的一致性，操作人員在上位機(jī)上發(fā)出操作命令和設(shè)定參數(shù)都可以實(shí)時(shí)送到PLC，PLC采集的風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)及傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)返回到上位機(jī)顯示，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的監(jiān)控。

圖4 VB程序與PLC程序的通信連接

4 應(yīng)用程序的生成與使用

在窗體與控件設(shè)計(jì)完成，通信連接建立完成后，需要生成Windows可執(zhí)行程序，首先將設(shè)計(jì)完成的窗體和后臺(tái)代碼保存，再生成可執(zhí)行文件到指定路徑，最后到該路徑中找到可執(zhí)行文件，雙擊打開。圖5即為風(fēng)電機(jī)組人機(jī)界面程序，在該程序中，用戶可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到風(fēng)速、風(fēng)向、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、定子電壓電流、電機(jī)輸出功率、功率因數(shù)、三相繞組溫度、電機(jī)軸承溫度等參數(shù)，用戶可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)點(diǎn)擊按鈕控件對機(jī)組進(jìn)行手動(dòng)變槳、偏航、電磁制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)等控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖5 風(fēng)電機(jī)組人機(jī)界面在Windows下運(yùn)行

5 結(jié)論

本文提出并研究了基于Visual Basic.net進(jìn)行開發(fā)風(fēng)電機(jī)組人機(jī)界面軟件的新方法，充分利用了Visual Basic.net強(qiáng)大的可視化功能，使開發(fā)人員更專注于控制策略和邏輯算法的研究與實(shí)現(xiàn)，避免了可視化模塊的開發(fā)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，利用Visual Basic.net 發(fā)開風(fēng)電機(jī)組人機(jī)界面，具有功能完備、可靠性高、開發(fā)周期短、效率高等優(yōu)點(diǎn)，為風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)提供了一種有效的新途徑。

[1] 李萬紅,梁亮.Visual Basic.NET程序設(shè)計(jì)入門[M].北京：清華大學(xué)出版社,2003.