基于 Visual Basic.net開發 風電機組監控系統人機界面

吳光宇

（哈電發電設備國家工程研究中心有限公司，哈爾濱 150040）

1 引言

風力發電機組的人機界面是工作人員與機組之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是風電機組監控系統的重要組成部分。人機界面因其界面友好、直觀、操作簡單和符合專業習慣等優點受到了風電企業的廣泛歡迎。具備可視化的功能是風電系統應用軟件開發的趨勢。

隨著計算機技術的發展，微軟公司于2003年發布Visual Basic 2003.net，其支持托管代碼機制的開發環境，徹底支持面向對象的編程機制，為開發人員提供了更為便捷，高效的編程工具，同時對嵌入式系統的開發，提供了更有力的支持[1]。本文中開發的軟件就是充分利用VB.net的強大功能，僅利用很短的開發周期，投入很小的成本就可以實現風電機組人機界面的開發，并且軟件后期維護和升級非常便捷。

2 利用VB.net開發人機界面的窗體

2.1 窗體的設計

窗體的主要功能是提供交換式的界面，通過窗體可以進行數據的輸入、設置、顯示、修改等功能。窗體是一個集合對象，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，并且可以設置窗體和控件的屬性，例如窗體的顏色、尺寸、文本等參數。

如圖1為風電機組人機界面的窗體編程界面，其中左邊為工具箱，中間為窗體區，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、文本字體等屬性進行設置。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行設置，最后保存該窗體。通過上述工作，完成了一個操作簡單，直觀的風電機組人機界面窗體編程界面。

圖1 可視化的用戶界面

2.2 控件的設計

在VB.NET編程環境中，控件是窗體中的各個執行元件，這些控件放在工具箱中。使用控件時，首先用鼠標把控件拖拽到窗體區，用戶可以在右邊屬性欄中，對其尺寸、位置、顏色、文本內容等屬性進行設置。然后對控件事件進行編程，可以實現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風機各項運行參數，各傳感器讀數，以及機組的控制按鈕。為了使控件能實現輸入、設置、修改、顯示等功能，還需要對控件賦以事件。在VB編程環境中，需要對每個控件編寫后臺代碼，通過定義變量、為變量賦值、數學運算、邏輯判斷等代碼來實現控件的相應功能，如圖2所示。

圖2 對控件賦以事件

3 人機界面與PLC控制器的通信

3.1 PLC控制器

本文介紹的系統是以倍福PLC控制器為下位機，工業平板電腦為上位機的監控系統，系統結構如圖3所示。在此系統中，PLC控制器通過以太網與上位機進行通信連接，控制器中的IO端口和以太網、Perfibus、CAN等工業總線連接各種傳感器和機組的各部件，如風向標、風速儀、編碼器、溫度傳感器、變頻器、變槳機構、偏航機構、機械剎車等。人機界面程序通過與控制器中的PLC程序進行實時通信來實現數據的交換，由PLC控制器通過IO端口輸入輸出模擬量、數字量，和總線通信方式以實現對機組各個部件及相關傳感器的監控。

圖3 風機監控系統結構示意圖

3.2 人機界面與PCL程序的通信連接

在窗體和控件設計完成后，需要在VB.NET代碼編譯界面中添加引用倍福ADS通信協議，來建立人機界面與PLC控制器之間的通信連接，通過給各控件賦以觸發事件實現數據的交換，如圖4所示，在VB代碼語句中，通過尋找PLC控制器的NET.ID與端口號建立連接，實現對PLC程序中的變量進行寫入和讀取，實現上位機與下位機的通信連接。

在系統運行過程中，人機界面程序與PLC實時通信，從而保證界面上顯示的數據與現場實際數據的一致性，操作人員在上位機上發出操作命令和設定參數都可以實時送到PLC，PLC采集的風機運行參數及傳感器數據實時返回到上位機顯示，從而實現整個機組的監控。

圖4 VB程序與PLC程序的通信連接

4 應用程序的生成與使用

在窗體與控件設計完成，通信連接建立完成后，需要生成Windows可執行程序，首先將設計完成的窗體和后臺代碼保存，再生成可執行文件到指定路徑，最后到該路徑中找到可執行文件，雙擊打開。圖5即為風電機組人機界面程序，在該程序中，用戶可以實時監測到風速、風向、發電機轉子轉速、定子電壓電流、電機輸出功率、功率因數、三相繞組溫度、電機軸承溫度等參數，用戶可根據傳感器數據和風機運行參數點擊按鈕控件對機組進行手動變槳、偏航、電磁制動、機械制動等控制，從而實現整個風電機組的實時監控。

圖5 風電機組人機界面在Windows下運行

5 結論

本文提出并研究了基于Visual Basic.net進行開發風電機組人機界面軟件的新方法，充分利用了Visual Basic.net強大的可視化功能，使開發人員更專注于控制策略和邏輯算法的研究與實現，避免了可視化模塊的開發。經過實驗證明，利用Visual Basic.net 發開風電機組人機界面，具有功能完備、可靠性高、開發周期短、效率高等優點，為風電機組監控系統軟件的開發提供了一種有效的新途徑。

[1] 李萬紅,梁亮.Visual Basic.NET程序設計入門[M].北京：清華大學出版社,2003.