李躍峰

(洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南洛陽(yáng)471039)

1 冷軋機(jī)控制系統(tǒng)HMI的特點(diǎn)和功能需求

冷軋機(jī)控制系統(tǒng)是非常復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，操作維護(hù)人員少，因此對(duì)于控制系統(tǒng)的人機(jī)界面要求很高。

(1)要求控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種控制手段，除了操作臺(tái)上的按鈕、開關(guān)控制，還要求在HMI上實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。由于冷軋機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受控對(duì)象繁多，很難保證控制系統(tǒng)中的各個(gè)部件始終正常運(yùn)行，按鈕損壞的情況下，如果HMI上沒(méi)有備用的操作手段，將影響整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)。而且控制系統(tǒng)中有大量的自動(dòng)化流程，很難保證流程能夠始終正常運(yùn)行，如果流程中斷，又沒(méi)有有效的替代操作手段，也將影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行;

(2)要求控制系統(tǒng)HMI提供強(qiáng)大的信息顯示和診斷功能。冷軋機(jī)控制系統(tǒng)不但受控對(duì)象繁多，還有大量的檢測(cè)元件和保護(hù)元件。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，執(zhí)行元件、檢測(cè)元件和保護(hù)元件都會(huì)產(chǎn)生大量的信息，告知系統(tǒng)自身的運(yùn)行情況?？刂葡到y(tǒng)需要通過(guò)HMI以各種形式告知操作員系統(tǒng)各部件的運(yùn)行狀態(tài)。如通過(guò)報(bào)警警示操作員異常情況，通過(guò)聯(lián)鎖消息提示操作員正確的操作等。如果沒(méi)有完善的信息顯示和診斷功能，系統(tǒng)中的小故障可能會(huì)發(fā)展，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致停機(jī)甚至事故;

(3)要求控制系統(tǒng)HMI運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠?？煽啃允强刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵要求，對(duì)于控制系統(tǒng)的HMI也一樣。按鈕操作完成的動(dòng)作，用HMI操作也要可靠地完成。信息顯示和診斷信息也必須正確，不能出現(xiàn)信息顯示不正確和誤報(bào)警的情況。

2 冷軋機(jī)控制面板技術(shù)的特點(diǎn)

根據(jù)冷軋機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和對(duì)HMI的功能要求，我們?cè)谖鏖T子WinCC過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一系列HMI控制面板。這些面板能夠適用于冷軋機(jī)中多數(shù)受控對(duì)象(如開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥、普通電機(jī)、變頻器)，并為這些對(duì)象提供遠(yuǎn)程操作、信息顯示、故障診斷等功能。除了實(shí)際對(duì)象面板，我們還實(shí)現(xiàn)了一些虛擬對(duì)象的面板，如PID控制面板、聯(lián)鎖監(jiān)控面板，以滿足一些通用功能的控制要求。

通過(guò)這些面板的使用，使冷軋機(jī)HMI的功能大大增強(qiáng)，能夠滿足用戶對(duì)于軋機(jī)設(shè)備的操作、診斷等要求。由于這些面板應(yīng)用了面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，所有同類受控?duì)象應(yīng)用同一種控制面板，通過(guò)對(duì)幾類面板的不斷應(yīng)用和優(yōu)化，能夠確保這些面板的穩(wěn)定性和可靠性，從而使得HMI整體功能的完整性增強(qiáng)。

對(duì)于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)者來(lái)說(shuō)，使用這些面板能夠減輕以往繁重的畫面組態(tài)工作，大量的閥門、電機(jī)面板能夠?qū)崿F(xiàn)批量配置，使設(shè)計(jì)者將主要精力用于HMI的完善和優(yōu)化，不僅能夠減少畫面組態(tài)的時(shí)間，而且能夠提高HMI的完成質(zhì)量。

3 冷軋機(jī)HMI控制面板實(shí)現(xiàn)

3.1 HMI控制面板的結(jié)構(gòu)

面板包括圖標(biāo)和面板畫面兩部分，圖標(biāo)組態(tài)在過(guò)程畫面中，顯示相應(yīng)對(duì)象實(shí)例的簡(jiǎn)要信息和狀態(tài)，如對(duì)象的名字、實(shí)時(shí)狀態(tài)指示和所處模式等，并負(fù)責(zé)激活對(duì)象面板。

對(duì)象面板以彈出畫面的形式顯示，用于顯示對(duì)象實(shí)例的詳細(xì)信息，將信息分類后可分別放在不同的面板視圖中顯示，如基本視圖、維護(hù)視圖及其他試圖(圖1)。

圖1 面板圖標(biāo)、面板畫面以及對(duì)象關(guān)系圖Fig.1 Relations diagram of panel icon，panel graphic and object

3.2 HMI控制面板的圖標(biāo)

典型的圖標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖標(biāo)由四個(gè)組件構(gòu)成，其中，對(duì)象名稱組件用于標(biāo)識(shí)對(duì)象實(shí)例和存儲(chǔ)對(duì)象變量名;狀態(tài)顯示組件用于顯示對(duì)象的實(shí)時(shí)狀態(tài);消息顯示組件用于顯示對(duì)象的報(bào)警消息，采用WinCC自帶的Group Display組件，結(jié)合軋機(jī)標(biāo)準(zhǔn)畫面框架，可將對(duì)象消息上傳至總覽窗口中顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)象消息追溯功能;模式顯示組件可顯示對(duì)象所處的模式狀態(tài)，如手動(dòng)、自動(dòng)模式等。

圖2 圖標(biāo)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Layout of icons

3.3 HMI控制面板的主畫面

每個(gè)對(duì)象的面板畫面均由一組畫面構(gòu)成，以電機(jī)面板為例，該面板有以下六個(gè)畫面和組件:

面板畫面框架 @pg_motor.pdl(pdl為WinCC畫面文件的文件格式名);

面板標(biāo)準(zhǔn)視圖 @pg_motor_standard.pdl;

面板維護(hù)視圖 @pg_motor_maintenance.pdl;

面板視圖選擇控件 @pg_motor_viewlist.pdl;

面板總覽控件 @pg_motor_overview.pdl;

組視圖框架 @pl_motor.pdl。

其中@pg_motor.pdl為面板主畫面，其布局如圖3所示。

3.4 冷軋機(jī)控制面板的組視圖

不同視圖組合起來(lái)，即是面板組視圖@pl_motor.pdl(圖4)。

組視圖的上方面板總覽控件和@Faceplate組件，和面板主畫面相同，下方顯示3個(gè)不同的視圖窗口，即標(biāo)準(zhǔn)視圖、維護(hù)視圖和消息列表窗口。消息列表窗口只顯示當(dāng)前對(duì)象實(shí)例的消息，將系統(tǒng)消息、過(guò)程消息和其他對(duì)象消息過(guò)濾。組視圖可以全面顯示執(zhí)行對(duì)象的所有信息和進(jìn)行所有操作，還能以文字方式顯示對(duì)象的診斷信息，帶給操作人員和工程師良好的操作體驗(yàn)。通過(guò)面板畫面中右上角的小按鈕，就可以調(diào)出面板組視圖。

圖3 面板主畫面結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Layout of home screen on the panel

圖4 組視圖示意圖Fig.4 Schematic illustration of group view

3.5 面板庫(kù)的開發(fā)

不同類型面板的體系結(jié)構(gòu)和上述電機(jī)面板的體系結(jié)構(gòu)相同，變量鏈接和面板切換的原理也相同，用于區(qū)分不同類型面板的是上述面板畫面名稱中的關(guān)鍵字，電機(jī)面板的關(guān)鍵字是motor，閥門面板用關(guān)鍵字valve替換motor，再對(duì)各視圖畫面進(jìn)行相應(yīng)的修改，就形成了閥門面板。因此，應(yīng)用這種面板技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)增加新的面板，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，就可以形成一個(gè)一定規(guī)模的面板庫(kù)，滿足項(xiàng)目組態(tài)的各種需求。

開發(fā)視圖窗口畫面時(shí)，首先要將需要的信息和操作歸類，根據(jù)實(shí)際情況劃分到不同的視圖中，畫面元素要盡量精簡(jiǎn)，用消耗資源最小、刷新畫面最快的方式組態(tài)畫面;另外畫面大小與框架畫面的大小應(yīng)匹配，使面板結(jié)構(gòu)最合理，顯示效果最佳。

4 VBA批量配置面板技術(shù)

批量生成面板圖標(biāo)時(shí)，需要對(duì)WinCC畫面進(jìn)行設(shè)置動(dòng)態(tài)化、添加腳本等操作，要求組態(tài)軟件提供操作接口。WinCC在畫面編輯器中提供了強(qiáng)大的VBA接口，通過(guò)VBA接口，第三方開發(fā)者可以訪問(wèn)WinCC畫面系統(tǒng)的絕大部分區(qū)域，可以編輯畫面、畫面動(dòng)態(tài)、事件響應(yīng)，訪問(wèn)變量系統(tǒng)、文本庫(kù)、圖庫(kù)、報(bào)警系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)。VBA甚至可以改變圖形編輯器的界面，在圖形編輯器中添加菜單和工具欄等(圖5)。且VBA本身就是WINDOWS提供的開發(fā)工具，可以訪問(wèn)很多操作系統(tǒng)的資源，如數(shù)據(jù)庫(kù)、Office文檔等。

圖5 VBA自定義菜單操作界面Fig.5 Operation interface of VBA custom menu

我們利用VBA工具主要做了以下工作:生成自定義操作菜單;讀取對(duì)象配置文件，根據(jù)配置文件來(lái)決定添加哪些對(duì)象實(shí)例圖標(biāo)，以及為對(duì)象實(shí)例組態(tài)信息;將面板圖標(biāo)拷貝出來(lái)，粘貼到畫面文件中;為面板圖標(biāo)設(shè)置動(dòng)態(tài)，并添加事件響應(yīng)腳本;為聯(lián)鎖對(duì)象生成一些內(nèi)部變量，用于存儲(chǔ)聯(lián)鎖文本;訪問(wèn)文本庫(kù)，將對(duì)象實(shí)例名填入文本庫(kù)中，并將報(bào)警文本填入文本庫(kù);訪問(wèn)報(bào)警系統(tǒng)，為對(duì)象實(shí)例添加報(bào)警消息。

為了實(shí)現(xiàn)這些功能，我們編寫了一系列VBA腳本。VBA腳本在微軟提供的Visual Basic編輯器中編輯和管理，所有的腳本以模塊(Module)的形式存在Visual Basic編輯器中，根據(jù)腳本功能的不同生成多個(gè)不同的模塊，將相關(guān)功能的VBA腳本代碼放到相應(yīng)的模塊中，圖6是VBA腳本的組織結(jié)構(gòu)。

圖6 VBA腳本組織結(jié)構(gòu)Fig.6 VBA script structure

Visual Basic編輯器是一個(gè)開放的平臺(tái)，WinCC提供的接口以庫(kù)的方式集成到Visual Basic編輯器下，當(dāng)WinCC正確安裝完成，即可使用WinCC提供的庫(kù)對(duì)WinCC畫面進(jìn)行組態(tài)(VBA具體的使用方法在WinCC用戶手冊(cè)中可查到)。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于WinCC的控制面板技術(shù)為自動(dòng)化項(xiàng)目的畫面組態(tài)提供了一種新的選擇，使得工程人員可以擺脫以往繁復(fù)的畫面組態(tài)工作，將主要精力用于提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和提高項(xiàng)目水平上，經(jīng)我院數(shù)十臺(tái)冷軋、熱軋機(jī)組的實(shí)踐應(yīng)用，取得了良好的效果。這種技術(shù)本質(zhì)上是面向?qū)ο缶幊趟枷朐诳刂葡到y(tǒng)HMI上的應(yīng)用，隨著面向?qū)ο笏枷朐诟鞣N控制平臺(tái)上的深入發(fā)展，這種面板技術(shù)未來(lái)可以跨越平臺(tái)，應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。

［1］胡陸軍，李一帆，羅春雨.面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)在自動(dòng)化項(xiàng)目開發(fā)中的應(yīng)用研究［J］.冶金自動(dòng)化，2013，5:73 －75.