王鵬，秦珩

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HMI在船舶角度指示器中的應用

王鵬，秦珩

（海軍青島地區(qū)裝備修理監(jiān)修室，山東青島 266002）

本文分析了船舶角度指示器的功能特點，工作原理。重點介紹了威綸HMI在該項目中的應用，譬如HMI的界面設計，EB8000軟件的使用方法，如何實現(xiàn)HMI的自由通訊協(xié)議，如何編寫宏指令等。正是因為HMI的強大功能，才使得該項目方案的硬件結(jié)構(gòu)十分簡單，用戶只需花很少的精力去處理HMI以外的工作。而圖控軟件EB8000不僅可以編輯圖形界面，還可以運用宏指令編寫一些功能特殊的函數(shù)，為HMI的開發(fā)提供了極大的便利。

角度指示器 HMI 宏指令

0 引言

在船舶工程應用中，很多地方都會用到角度指示器，例如艙門的開啟和閉合、吊橋的開啟和閉合、艏舵、艉舵等。測量準確、圖形顯示直觀的角度指示器，給船舶操控者帶來很大的幫助。

我們研制的HG-A-001型角度指示器采用精密的角度傳感器采集角度信號，精度可達0.1°；顯示部分采用帶觸摸功能彩色液晶屏，配以精美的顯示圖片和宏指令，具有操控方便，界面顯示形象直觀，工作穩(wěn)定可靠的特點。

HMI是Human Machine Interface的縮寫，“人機接口”，也叫人機界面。是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與用戶可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。高度智能化的HMI能夠自動完成畫面切換和輸入法等功能。

1 系統(tǒng)設計

1.1 工作原理

HG-A-001型角度指示器主要由三部分組成，角度傳感器、信號采集部分、角度顯示部分。其功能框圖如下圖所示。

圖1 系統(tǒng)方框圖

工作過程如下：信號采集模塊采集角度傳感器的4~20 mA信號，經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過RS232送到HMI進行顯示。HMI除了顯示角度數(shù)據(jù)，還要完成報警功能和設置功能。

1.2 設計方案

1) 角度傳感器：輸出4~20 mA電流，密封防水設計，外觀精美，安裝在被測物體的轉(zhuǎn)軸上，被測物體轉(zhuǎn)動時帶動角度傳感器一起轉(zhuǎn)動。其主要特性如下：

電氣行程：0-360°

機械行程：0-360°

供電電壓：15-24VDC

輸出電壓：4-20 mA

分辨率：0.088°

圖2 角度傳感器

2) 信號采集模塊：以MCS-51單片機為主控制芯片，具有成本低，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定的特點。其工作原理為：接收角度傳感器的4~20 mA電流信號，經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字信號，送入單片機。單片機再將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過串口送HMI顯示。

該模塊可同時采集四路角度信號，設計上采用電子開關分時切換，共用一個ADC的方法來實現(xiàn)。

3）顯示部分：使用的威綸HMI，型號MT6070iH，軟件EB8000V465.02。其主要特性如下：

顯示器：7”、Widescreen

處理器：32 Bit RISC 400MHz

COM1 (RS-232/RS-485 2W/4W)

COM2 (RS232); COM3(RS232/RS-485 2W)

USB host: USB 1.1x1

USB Client: USB 2.0x1

電源輸入：24±20%VDC,250Ma@24VDC

內(nèi)存（DRAM）：64MB DDR2 on board

閃存：128MB flash memory on board

通訊口：3組異步式串行通訊端口

由以上信息可以看出，威綸HMI不僅僅是顯示器，其自帶的高性能處理器，可以進行各種邏輯運算和復雜的數(shù)據(jù)運算。另外還帶有記憶保持單元，失電后能保持數(shù)據(jù)不被修改。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)工作過程中需要處理的判斷和操作很多，歸納如下：

1) 四路角度信號輸入；

2) 測量精度0.5°，顯示精度1°；

3) 角度顯示要平穩(wěn)，不可以跳動；

4) 可以設置報警角度；

5) 報警狀態(tài)具有自動清除和手動清除功能；

6) 具有設置校零功能；

7) 具有設置角度正反向功能。

2.2 信號采集模塊程序

使用KEIL2進行開發(fā)，主要包括系統(tǒng)初始化函數(shù)、ADC轉(zhuǎn)換函數(shù)、定時器處理函數(shù)、串口處理函數(shù)等。

由于電路采用的是12位的ADC芯片，當角度為0時，輸出4 mA電流，AD值為819；當角度為360時，輸出20 mA電流，AD值為4096；由此計算測量結(jié)果的分辨率為：

完全可以滿足系統(tǒng)要求。

為了達到平滑連貫的角度顯示效果，采集模塊需要進行多次采集，取平均值后，再將數(shù)據(jù)送HMI顯示，且必須至少0.5 s內(nèi)更新一次角度值。

該ADC為串行芯片，一次轉(zhuǎn)換大約需要800 μs的時間，為此計算掃描一次的時間為

=1××= 800×64×4

=204800 μs

式中，1為單次ADC轉(zhuǎn)換時間，為一個通道重復采集的次數(shù)，為要采集的通道數(shù)。計算得出掃描周期為20.48 ms，低于系統(tǒng)要求的50 ms。

2.3 HMI圖形界面的實現(xiàn)

該項目使用EB8000圖控軟件編輯圖形界面，EB8000是一款人機界面領域的經(jīng)典軟件，也是目前市場上最流行的軟件之一。

EB8000擁有豐富的元件庫。這里使用了多狀態(tài)指示燈、表針元件、數(shù)值顯示元件、數(shù)值輸入元件等構(gòu)成主工作界面。

另外，該項目還設計了一個密碼輸入界面和一個參數(shù)設置界面。

2.4 HMI自由通訊協(xié)議的實現(xiàn)

威綸HMI支持開放的自由通訊協(xié)議，可通過宏指令編寫通訊程序，實現(xiàn)與非標準通訊協(xié)議設備的連接。由于該項目中HMI連接的是單片機，而不是PLC，所以必須使用HMI的自由通訊協(xié)議功能。

圖3 主工作界面

利用自由通信協(xié)議時必須進行以下設置：

1）PLC類型要設置為Free Protocol

2）雙方通信參數(shù)設置要完全一致。EB8000在【編輯】->【系統(tǒng)參數(shù)設置】中做如下設置：

COM: COM1；

波特率: 9600；

數(shù)據(jù)位: 8Bits；

校驗: None；

停止位: 1Bit。

3）在收發(fā)宏指令收到一組數(shù)據(jù)時要及時清除串口緩沖寄存器的內(nèi)容,如PURGE(1)就是清除串口1緩沖寄存器內(nèi)容

4）自由通信協(xié)議需要用到收發(fā)宏指令(OUTPORT為觸摸屏發(fā)送數(shù)據(jù)到下位機,INPORT為下位機發(fā)送數(shù)據(jù)到觸摸屏)。

2.5 宏指令設計

威綸HMI的宏指令是由各種語句組成的。這些語句包含常數(shù)、變量和各種運算符。宏指令提供了應用程序之外附加的你所需要的功能。它可以擔負執(zhí)行譬如復雜的運算、字符串處理，和使用者與工程之間的交流等功能。

一個宏指令必須有一個且只有一個主函數(shù)，用來開始宏指令的執(zhí)行。格式為：

macro_command 函數(shù)名稱()

程序語句

end macro_command

本項目的多個地方需要用到宏指令。下面就以登錄界面的輸入密碼功能為例進行說明。

在EB8000界面中點擊“工具/宏指令”，在彈出的窗口中點擊“新增”，打開宏指令編輯窗口，編寫程序如下。

macro_command main()

int password_1

char char1 = 0

GetData(password_1, "Local HMI", LW, 8, 1)

if password_1 == 600949 then

char1 = 12

SetData(char1, "Local HMI", LW, 5, 1)

end if

char1 = 0

SetData(char1, "Local HMI", LW, 8, 1)

end macro_command

給這個宏指令取名為“micro_password”,其實現(xiàn)功能就是當輸入密碼后，點擊確認鍵，判斷輸入的密碼是否正確。如果密碼正確，則打開設置界面。

關閉宏指令窗口后，返回到輸入密碼畫面，選取“確認鍵”，右擊“確認鍵”，選取“屬性”，打開屬性窗口。

在“一般屬性里”，選取“觸發(fā)宏指令”，并在宏指令選擇框里，選擇“micro_password”。這樣，用戶在點擊“確認鍵”后，就可以觸發(fā)“micro_password”里的程序了。我們可以使用EB8000的“在線模擬”和“離線模擬”功能進行驗證。

該系統(tǒng)還需建立以下幾個宏指令：

接收單片機串口數(shù)據(jù)的宏指令；

消音鍵處理宏指令；

校零鍵處理宏指令；

反向鍵處理宏指令；

等待。

3 結(jié)論

本文介紹了一個船舶上使用的角度指示器的設計和實現(xiàn)的要點。該設備與現(xiàn)有的數(shù)碼管顯示的產(chǎn)品相比，具有精度高，測量準確，畫面生動直觀的特點；與現(xiàn)有的工控機產(chǎn)品相比，具有體積小，價格低廉的特點。

該產(chǎn)品在某艦艇上成功投入使用一年多時間，實踐證明，該產(chǎn)品可靠性好，抗干擾能力強，硬件接線簡單，易于維護。HMI現(xiàn)場操作簡單方便，穩(wěn)定可靠，這些優(yōu)點使得該產(chǎn)品在船舶自動化控制中有很大的應用前景。

本文的創(chuàng)新點在于將HMI監(jiān)控技術(shù)引入船舶角度指示器領域，增強了產(chǎn)品功能，拓展了船舶角度指示器的應用范圍，降低了產(chǎn)品成本，具有較好的經(jīng)濟效益。

[1] 譚一川，陳曾漢. HMI在煙草行業(yè)能源管理系統(tǒng)中的應用.計算機信息. 管控一體化, 2009, 25(3) : 31-32.

[2] EB8000人機界面使用說明書和軟件使用手冊. 臺灣威綸科技公司, 2009.

[3] 陳光東. 單片微型計算機原理及其C語言程序設計. 武漢：華中理工大學出版社, 2004: 184-185.

The Applications of HMI to Ship Angle Indicator

Wang Peng, Qin Hen

（Repairing and Supervising Room of Naval Equipment in Qindao Area, Qindao 266002, Shandong, China）

This paper analyzes the features and working principle of an angle indicator for ship. It highlights the applications of Wei Lun highlights HMI to a project, such as HMI interface design, the use of EB8000 software, how to achieve freedom HMI communication protocol, and how to program macros. It is precise because the HMI powerful, which makes the hardware structure of the project plan simple. For this, users only need to pay less attention to the out of HMI. Not only the control software EB8000 can edit the graphical interface, but also you can use macros to write some features special functions for the development of HMI provides a great convenience.

angle indicator; HMI; Macro

TP391

A

1003-4862（2014）12-0039-03

2014-08-12

王鵬（1979-），男，工程師。研究方向：艦船動力系統(tǒng)。