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        城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成人機界面的實現(xiàn)與分析

        2017-03-23 13:42:14陳寶軍湯旻安
        科技創(chuàng)新與應用 2017年6期
        關鍵詞:人機界面監(jiān)控系統(tǒng)城市軌道交通

        陳寶軍++湯旻安

        摘 要:城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個高度集成的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng),主要是利用統(tǒng)一的監(jiān)控層硬件平臺和軟件平臺實現(xiàn)對各監(jiān)控對象集中監(jiān)控和管理,系統(tǒng)主要集成電力監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA)、火災報警系統(tǒng)(FAS)、機電設備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、門禁系統(tǒng)(ACS)等子系統(tǒng)。人機界面(HMI)是運營維護人員與綜合監(jiān)控系統(tǒng)交流的窗口,文章就人機界面(HMI)的合理布局、菜單項設計、按鈕操作等方面進行了探討與分析。

        關鍵詞:綜合監(jiān)控;人機界面;城市軌道交通;監(jiān)控系統(tǒng)

        1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作原理介紹

        主要城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡通信、信號、供電、機電設備系統(tǒng),建立統(tǒng)一的操作平臺和集中監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了統(tǒng)一的基本數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享,從而實現(xiàn)信息的交換;在地鐵集中監(jiān)控管理功能的主要電氣設備,實施鐵路客運統(tǒng)計監(jiān)測,最終實現(xiàn)相關系統(tǒng)之間的信息共享和協(xié)調(diào)。通過統(tǒng)一的用戶界面綜合監(jiān)控系統(tǒng),操作管理人員可以更方便、更有效的監(jiān)控和管理整個生產(chǎn)線,實現(xiàn)高效率的地鐵或輕軌運營。

        城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用兩級管理,三級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的控制。兩個層次的管理是中央和站級,三級控制是中央級,站級和現(xiàn)場級?;谡w結(jié)構(gòu),綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式控制結(jié)構(gòu),由三層組成:中央級監(jiān)控網(wǎng)絡層、站級監(jiān)控網(wǎng)絡層和底層設備級分散控制網(wǎng)絡層。中央級和站級通過通信骨干網(wǎng)連接。電站綜合深度監(jiān)測系統(tǒng)綜合監(jiān)測系統(tǒng)(PSCADA)、設備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)和訪問控制系統(tǒng),網(wǎng)絡收音機界面集成(PA)、閉路電視(CCTV)、抑郁(PSD)、乘客信息(PIS),亞足聯(lián)(AFC)、火災報警(FAS),時鐘(CLK)分散體系。車站級綜合監(jiān)控將集成與互聯(lián)系統(tǒng)的現(xiàn)場級信息采集到車站級ISCS,再通過通信主干網(wǎng)將車站級數(shù)據(jù)信息上傳到中央級控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

        狀態(tài)和性能數(shù)據(jù)的收集和處理監(jiān)測對象集中在線監(jiān)控系統(tǒng)車站級上,調(diào)度員工作站等各種終端,大屏幕顯示的派遣員工,圖形,圖像,表格和文字形式為調(diào)度運行人員監(jiān)視和控制的工作人員和為。并根據(jù)命令自動分配的傳輸模式或系統(tǒng)中的某一邏輯監(jiān)控各現(xiàn)場控制,控制和其他控制點,或由調(diào)度控制命令,從而完成集中監(jiān)控、乘客信息所有的設備和環(huán)境。本文主要是在綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的基礎上,對人機界面(HMI)平臺上的按鈕、菜單布局、報警等進行設計與分析。

        2 人機界面(HMI)研發(fā)設計

        2.1 軟件界面介紹

        城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)應能向運營維護人員提供一種簡潔、直觀的交互式的圖形化界面工具,通過該工具可以向操作員直觀地顯示設備狀態(tài)信息、運行信息、故障信息、報警信息、統(tǒng)計報表信息等,同時,操作員可通過該人機界面工具,在操作員工作站上對遠程的設備進行監(jiān)視、設置、控制等等。

        本次人機界面的開發(fā)是以綜合監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)軟件平臺為依托,基于CORBA通信中間件,該中間件采用了軟件業(yè)流行的分布式對象結(jié)構(gòu),使各個軟件模塊“即插即用”。

        人機界面(HMI)圖形軟件包是為實時系統(tǒng)設計的,運用簡單而強大的圖形格式編輯器,使得畫面開發(fā)快速完成??梢愿鶕?jù)不同用戶的喜好和要求,創(chuàng)建圖形化的交互畫面,而且,所創(chuàng)建畫面中的對象可以根據(jù)所接收到的實時數(shù)據(jù)動態(tài)地變化。

        通常而言,用戶界面代碼都嵌入在應用程序的代碼中,如果開發(fā)人員需要調(diào)整用戶界面,就必須對所有的應用程序代碼進行重新編譯。而本次開發(fā)的人機界面將用戶界面代碼部分與應用程序代碼部分完全地分離,從而使得用戶界面和應用程序的開發(fā)可以同時進行,進而縮短了系統(tǒng)的開發(fā)進程。

        系統(tǒng)所支持的特性主要包括:

        強大的網(wǎng)絡能力和跨平臺性。該特性使得用戶可以輕松地集成分布在網(wǎng)絡上的、多個不同操作系統(tǒng)上的應用,其支持的操作系統(tǒng)有Linux、Unix、Windows XP/2000/NT等;

        圖層的可選擇性。該特性使得圖形組件能分置在不同的圖層上,其中,每個圖層能夠根據(jù)操作員命令、縮放程度以及數(shù)據(jù)庫的改變而隱藏或顯示。這種方式也使得操作員在使用或操作圖形界面時,可以盡可能少地點擊用戶界面;

        圖符庫的自定義性。允許用兼容且經(jīng)檢驗的圖形對象來進行圖元的開發(fā);

        畫面縮放、漫游、逐層消隱和多窗口等功能特性;

        系統(tǒng)工具包是由多個組件組成的,主要的組件有圖形編輯器、運行環(huán)境、應用編程接口(API)等。

        2.2 圖形界面建模

        模型是一種對事物進行理解的抽象概念,是對事物的理解,是對真實系統(tǒng)的簡化。建模是適當?shù)倪^濾的真正的系統(tǒng),開發(fā)人員使用適當?shù)谋磉_規(guī)則來描述一個簡單的模型。通過該模型,人們可以了解學習的本質(zhì),人們很容易分析和處理它。UML(統(tǒng)一建模語言)是一種通用的建模語言,它得到了廣泛的支持,在學術(shù)界和工業(yè)界,并成為標準建模語言。

        為了提高軟件開發(fā)人員在實踐中的軟件維護和可重用性的穩(wěn)定性,逐步創(chuàng)建了一種新的軟件建模方法(建模技術(shù),面向?qū)ο蠼7椒?,面向?qū)ο蠓椒ǎ?。OMT是一種面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)和設計方法。該方法用于模擬實際應用。該模型用于構(gòu)建獨立于編程語言的設計。面向?qū)ο蟮慕<夹g(shù)的分析和設計,以及一套面向?qū)ο蟮膱D形符號概念,編程語言無關,統(tǒng)一軟件開發(fā)人員在軟件開發(fā)過程中的分析,設計和實現(xiàn)。這樣,軟件開發(fā)人員不需要使用其他方法,需要在每個階段的階段將開發(fā)階段的符號轉(zhuǎn)換為另一個符號。OTM三個模型描述一個系統(tǒng),三個模型:對象模型,動態(tài)模型和功能模型。這三個模型分別從不同的,但與模擬系統(tǒng)密切相關,分別從不同方面對系統(tǒng)內(nèi)容進行了全面反映目標系統(tǒng)的要求。對于任何復雜的系統(tǒng),這三個模型是必要的。無論如何,對象模型是最重要的,最基本的,核心。

        2.3 圖形界面設計

        圖形界面用于設置圖片、圖表、變量、腳本、數(shù)據(jù)源對象的各種參數(shù)設置下的目標用戶和系統(tǒng)級的參數(shù),包括添加、刪除、修改、插入等操作基本的圖形編輯部分,包括移動、縮放、旋轉(zhuǎn)和圖形的組合。在類中的窗口、圖元、數(shù)據(jù)源和用戶對象作為記錄類型,并根據(jù)指定的格式對內(nèi)存中的配置文件有一些消息。圖形界面設計是通過每個子系統(tǒng)的圖形顯示屏幕來顯示各子系統(tǒng)的控制畫面。這幅畫主要是由三個簡單的物體組成的:線(直線,曲線,直線,圓弧,封閉圖形圓、橢圓、多邊形、扇形、矩形)和文本。每個基本圖形都充滿了顏色、高度、寬度和位置的線條和數(shù)據(jù)包的傳輸特性,封閉的圖形自己。這些屬性分為靜態(tài)和動態(tài)屬性是基于價值的表達變化和實時變化是根據(jù)狀態(tài)配置畫工業(yè)場人臉動畫圖像。

        此外,人機界面還應當報告通知和響應功能,配置報告打印,歷史數(shù)據(jù)查詢,趨勢顯示等功能。報警報告和趨勢顯示,變量是動畫對象,其數(shù)據(jù)源由配置指定。這樣,每個子系統(tǒng)的圖片可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活配置。為了擴展HMI配置功能,還提供了各種腳本語言來實現(xiàn)靈活配置,腳本語言可以通過事件驅(qū)動方法進行編程,對象密切相關。例如,當您按下按鈕時,可以執(zhí)行特定的程序來執(zhí)行特定的控制任務。

        控制模塊是基于邏輯控制單元,它是監(jiān)控軟件的重要組成部分,雖然腳本語言程序可以完成控制功能,但它不是很直觀,編程語言自動化學工程師使用梯子或其他標準的習慣,非常方便,可以實現(xiàn)現(xiàn)場參考軟件組件的配置和組態(tài)軟件的監(jiān)控功能,目前提供策略編輯器/基于IEC的標準生成組件,它是面向?qū)ο蟮模粌H造成的,可循環(huán)的執(zhí)行順序是在PLC階梯一樣??刂乒δ苣K在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中有著輝煌的未來,可以大大降低成本。

        (1)圖元數(shù)據(jù)

        數(shù)據(jù)集成監(jiān)控系統(tǒng)的城市軌道交通量主要包括四種類型:遠程控制體積(DO)、遙調(diào)量(AO),遙測(AI),遠程信號(DI),使用四個數(shù)據(jù),可以反映設備子系統(tǒng)的狀態(tài),報警,溫度,濕度,流量,壓力等信息。遠程控制和遠程控制現(xiàn)場設備,有必要設計一些防止誤用的保護措施。這些保護措施包括:控制鎖設計條件,設置保持時間控制,確定控制失效時間。

        為了便于操作和維修人員查看、記錄和子系統(tǒng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成之間的差異,對報警子系統(tǒng)生成一組不同數(shù)據(jù)量的四,數(shù)據(jù)報警信息屬于特定組的報警量。根據(jù)不同的子系統(tǒng)定義不同的報警組,如“環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)”,“平臺門報警組”,“火災報警系統(tǒng)”,“中國中央電視臺”等。同時,還可以增加重要設備的數(shù)量,如“事故風扇報警組”,“冷卻器報警組”等,以方便報警過濾器查找。通過使用預警系統(tǒng),我們可以建立整個報警和保護系統(tǒng)。

        (2)圖形畫面

        圖形屏幕是人機界面的基礎和核心,每個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)可以直接通過圖形界面進行監(jiān)控。要建立功能的屏幕,操作和維護人員通過圖形圖像可以非常直觀的操作,在固定區(qū)域的界面上顯示軌道交通控制和標志圖標。

        在圖形圖像中,建立了人機界面導航結(jié)構(gòu),使得操作者可以容易地瀏覽集成和互連子系統(tǒng)的圖像。導航結(jié)構(gòu)可以使用反向樹結(jié)構(gòu),如導航樹所示,以兩個步驟訪問監(jiān)視器屏幕。第一步,選擇需要查看的子系統(tǒng),如“火災報警”;第二步,選擇子系統(tǒng)屏幕的具體功能,如“車站層”等。

        在屏幕上的圖形中,您應該創(chuàng)建“首選項”,“趨勢”和“報告”和“報警”事件。瀏覽“瀏覽”和“密碼”,如圖片條目,可以使用下拉菜單或按鈕。在圖形設計完成后,還需要人機界面(如報警屏幕,事件屏幕,趨勢曲線和報告)的特殊功能和子系統(tǒng)(大屏幕系統(tǒng),小系統(tǒng),如環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng))。人機界面系統(tǒng)是用C++和Qt界面庫開發(fā)的,它可以運行在Unix,Linux和Windows操作系統(tǒng)。眾所周知,Unix平臺的高效和穩(wěn)定,這對計算機病毒的影響小,安全系數(shù)高,成本高,使用方便,成本低,安全性低,但是PC使用方便。

        使用Qt創(chuàng)建用戶界面包含了基本的用戶界面元素可以分為動態(tài)和靜態(tài)顯示對象。動態(tài)顯示對象包含了輸入輸出域(部分)域(writekey)、數(shù)據(jù)表(dobjs),數(shù)據(jù)質(zhì)量,數(shù)據(jù)表和圖形表達域,從動畫、靜態(tài)顯示對象和用戶終端交互中完成對報警和事件數(shù)據(jù)傳輸和處理命令的處理。如框、行、文本、位圖等都是靜態(tài)的顯示對象,創(chuàng)建這些對象時,這些對象不影響用戶的輸入、命令和事件,只是固定在一個位置上,顯示圖形。這些靜態(tài)對象只能被一個特定的事件激活,并可以顯示動畫效果,如:圖形顏色的變化和閃爍,圖形的變化和位移的外觀等。

        3 結(jié)束語

        本文對綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面的設計進行了分析,從綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運行原理,人機界面的畫面顯示、人機界面的軟件模型建立、圖元、圖形畫面等多個方面對人機界面軟件設計進行了分析。運營維護人員通過綜合監(jiān)控人機界面可以對集成和互聯(lián)的各個系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制,進一步的提高了軌道交通的自動化運行水平,為乘客提供一個更加舒適的乘車環(huán)境。

        參考文獻

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