水聽器測試裝置人機交互系統設計

溫寧

摘 要：在對水聽器測試裝置的機構進行描述的基礎上，提出了人機交互系統的設計框架，采用面向對象，可視化設計的快速應用開發軟件來實現觸摸屏及計算機端（PC機端）軟件模塊的設計，并對觸摸屏及PC機端組態軟件的設計，編制和調試作了詳盡的說明，該文給出了部分完成的軟件界面。

關鍵詞：觸摸屏 PLC 組態軟件

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0091-02

隨著現代控制系統和電子設備日益復雜化， 自動測試系統已經成為設備生產，測試和檢測過程中不可或缺的重要設備。本裝置就是用于對水聽器進行測試。水聽器俗稱聲納，是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，完成水下探測和通訊任務的電子設備，它是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備，是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置。由于軍事或民用過程中對水聽器準確性，復雜性和安全性的高要求，使得研制對水聽器設備進行檢測的智能化自動測試系統具有重要的意義。本裝置就是用于進行水聽器測試的伺服控制系統。本文的主要內容是關于該裝置的人機交互系統的設計。

1 水聽器測試裝置控制系統基本構架概述

該伺服控制系統的基本構架如圖1所示，該系統的動作指令主要由計算機端發出，另有通過RS232連接觸摸屏端及通過GPIB/RS485等現場總線與其他控制機構的連接實現人機交互的控制冗余。通過組態界面的交互實現操作人員對PLC控制單元發送指令，進而根據要求驅動各路電機控制機械結構的運動，由編碼器得到位置信息傳遞給PLC，再由人機界面采集反饋至操作人員以實施相應的控制策略等。

2 人機交互軟件設計框架

該系統人機交互部分設計成三種方式，即工控機端、觸摸屏端及通過GPIB/RS485等現場總線連接其他控制設備，通過對由PC機端采集來的被控對象的實時數據建立而成的數據庫的訪問可實現實時監控，通過組態軟件提供的ODBC對組態軟件實時數據庫的轉儲即可下達對被控對象的遠程監控操作。

人機交互軟件設計的原則是操作簡單、方便，界面友好、美觀；涉及的基本操作模塊有系統管理（可進行登錄、注銷、帳戶管理、系統保護等操作）、控制界面（對執行機構的運動進行實時監控并提供報警輔助信息，輔以軟件說明及技術支持等）。此外還需注意觸摸屏與工控機界面設計及控制操作保持基本一致，并根據具體器件的屬性有針對性地設定相應的功能鍵，如觸摸屏的亮度調節、按鍵聲音設定等。

2.1 觸摸屏端軟件設計

本伺服控制系統采用的觸摸屏采用臺灣維綸公司生產的觸摸屏。它通過RS232接口與PC端相連將編輯好的圖形控制界面下載至觸摸屏端，通過RS232或RS485接口與PLC控制單元相連，可由在線/下載執行兩種模式對PLC單元實現實時控制。

該觸摸屏人機交互界面的開發環境采用該公司軟件編輯環境EasyBuilder，在該環境下可實現程序的開發、調用、下載、調試，以及觸摸屏內部程序的上傳操作等，實現對PLC控制器的友好支持；多窗口種類、元器件類型以供選擇及設置可進行靈活、準確的調用關系從而實現切合系統要求的設置；此外開發人員可自行開發向量庫、位圖庫，從而更能實現系統界面的美觀化、個性化、實用化。

該觸摸屏端軟件分為2個子軟件，即一個包括用戶管理、運動對象操作的完備版，以及一個設定密碼頁面。

系統的用戶分作三個級別，即游客、普通用戶及系統管理員。其中，游客無權進入系統，僅可瀏覽退回至歡迎界面；普通用戶可對PLC實施相應控制指令，可以瀏覽各界面；系統管理員除普通用戶可進行的對被控對象的操作之外，還可以進行密碼設定及更改操作進而從身份確認、密碼管理的角度維護系統的安全。

2.2 PC端組態軟件設計

該伺服控制系統采用的工控機是研華主機，配有RS232、RS485、GPIB等多拓展接口與其它設備相連。本系統開發過程中，工控機的RS232（COM1）與PLC編程口相連接進行編程、下載以及在線監視、控制、調試等操作；用RS232（COM2）與觸摸屏的RS232口相連接下載控制程序，可進行在線、離線調試操作；用GPIB連接其他機構對該運動系統進行監視、控制操作等。在實際控制系統中，工控機通過RS232與PLC相連接、通過GPIB與其他控制系統相連接，并留有RS485口作為擴展可連接其他控制機構等。

該PC端人機交互界面的開發環境是力控公司自主開發的力控組態軟件，該軟件主要由組態軟件開發環境、I/O Server、數據服務、擴展組件及加密狗驅動五個部分組成。在力控環境下可進行程序的開發、測試、發布、打包等操作；I/O Server提供了PLC、OPC、FCS、微軟DDE、OPC、力控仿真驅動等眾多組件及設備的驅動可供連接組態軟件和現場設備；數據服務即保證開發應用在運行狀態下調用實施數據庫DB可用于監視數據變量，并為其他WinAPI提供DDE的會話服務及主題（DB|DB）；擴展組件包括控制策略、日志系統、OPC Server、Port Server、ODBC Router等拓展服務，可用于監視組態軟件的組件及設備的運行狀態、構建工作站、提供實時數據庫的轉儲及控制操作等。

本系統主要用到的是力控開發環境編輯組態軟件控制界面，I/O Server監視界面與PLC的數據通訊，實時數據庫DB監控組態軟件實時數據庫運行信息、日志系統記錄系統運行信息及ODBC Router轉儲實時數據庫DB至ODBC，生成相應的Excel數據文件甚至Access應用程序以得到符合用戶需求的變量或反之由ODBC轉儲至DB即可實現其他設備或API與組態軟件的通訊從而控制PLC執行單元的操作。

PC端控制軟件開發工程中綜合運用了三維力控組態軟件、3dsMAX、Flash、VB、Access等應用軟件。PC端組態軟件監控系統的分辨率為1024×768像素，為保證伺服控制系統的安全運行，該軟件設計過程中將頁面設為SPLASH窗口屬性且保持窗口焦點。只有在退出該系統后，才能進行其他軟件的操作。組態軟件主要由歡迎界面、系統管理界面、用戶帳戶管理、控制界面、操作指南、技術支持機軟件版本信息等幾個部分組成。各界面的基本操作方法及屬性與觸摸屏端組態軟件類似。

PC端組態軟件歡迎界面，主菜單有“系統管理”、“用戶帳戶”、“控制界面”、“操作指南”、“技術支持”及“關于軟件”等六個操作選項。其中用戶帳戶管理菜單、控制界面進入選項均需用戶登錄后方能查看。而“操作指南”、“技術支持”、“關于軟件”信息則游客亦可瀏覽。其中點擊“用戶帳戶”及“控制界面”按鍵后亦可彈出登錄窗口，若用戶登錄不成功，則不能進行此二部分的設定及操作。

伺服控制操作界面主要分為平臺控制、主機控制、運動反饋、數據轉儲、動畫監視等幾個主要部分組成。如圖2所示。

該文通過編制基于觸摸屏的PLC控制系統操作軟件及基于PC端的PLC控制系統組態軟件，在EasyBuilder、三維力控等組態軟件環境下，實現了觸摸屏及PC機端軟件的功能，滿足了本系統按照測試要求完成對水聽器進行檢測的目的，實現了本上位機端軟件與實際系統聯調及測試。

參考文獻

[1] 龔仲華，史建成，孫毅.三菱FX/Q系列PLC應用技術[M].人民郵電出版社，2006：1-31.

[2] 呂品.PLC和觸摸屏組合控制系統的應用[J].自動化儀表，2010，31（8）：45-51.

[3] 王立乾.觸摸屏、PLC在空壓機檢測試驗臺中的應用[J].機械與電子，2008（8）：50-51.

[4] 蔣曉峰，施偉鋒，劉以建，等.基于觸摸屏和PLC的船舶電站監控系統設計[J].電力自動化設備，2011，31（1）：122-125.endprint