HMI在船舶車令記錄儀中的應用

丁蓓蓓，秦　珩

（海軍92896部隊，大連116018）

HMI在船舶車令記錄儀中的應用

丁蓓蓓，秦珩

（海軍92896部隊，大連116018）

船舶車令記錄儀是重要的船舶航行設備。使用人機觸摸屏（HMI）設計的車令記錄儀不僅顯示界面豐富多彩，而且正確運用HMI自帶的打印功能，驅動微型打印機，可以減少指令代碼，取到事半功倍的效果。本文分析了船舶車令記錄儀的功能特點，工作原理。重點介紹了威綸HMI的界面設計，圖控軟件的使用方法，HMI自由通訊協議的實現，微型打印機的使用方法。本文的研究及其采用的技術，可以大幅度簡化系統結構，提高系統（設備）的性能和功能。

車令記錄儀HMI微型打印機宏指令

0　引言

在海上航行的船舶中，車令記錄儀是必不可少的裝備之一，它隨時記錄著船舶的主機操作指令和主機轉速等數據。

車令記錄儀通常記錄兩組數據，一組為車鐘指令，另一組為主機轉速。其中，車鐘指令指駕駛室和集控室操縱左右主機的指令，包括：進五、進四、進三、進二、進一、空車、退一、退二、退三。

車令記錄儀使用微型打印機作為輸出設備，在紙帶上打印車令發生的日期、時間、車令和轉速。一般的的車令記錄儀大多使用LED發光二極管和數碼管作為指示器和顯示器，信息顯示不全面，內容過于簡單，不直觀。

我們研制的HXG- 926型車令記錄儀采用單片機采集車令信號，使用微型打印機作為輸出設備，采用帶觸摸功能的彩色液晶屏HMI作為顯示器，具有顯示界面豐富，形象直觀，操控方便的特點。

1　系統設計

1.1工作原理

HXG- 926型車令記錄儀主要由五部分組成，車令傳感器、轉速傳感器、信號采集板、人機觸摸屏（HMI）和微型打印機。其功能框圖如下圖所示。工作過程如下：信號采集板采集車令傳感器（高精度電位器）的0 V～10 V信號，經過ADC轉換為數字信號；同時采集主機轉速傳感器的脈沖信號，經過計時器計算，轉換為轉速數據。信號采集板將采集到的數據通過RS485送到HMI進行顯示。HMI在顯示車令和轉速的同時，將數據按照一定的格式通過RS232送微型打印機進行打印。

圖1　系統方框圖

1.2設計方案

1） 車令傳感器：由安裝在車令操縱器（車鐘）轉軸上的角度電位器來完成，輸出0～10 V電壓，密封防水設計。其主要特性如下：

電氣行程：0～360°

機械行程：0～360°

供電電壓：10 VDC

輸出電壓：0～10V

分辨率：0.088°

車令信號分為四路，分別為駕駛室左車鐘、駕駛室右車鐘、集控室左車鐘、集控室右車鐘。

2） 轉速傳感器：由安裝在主機飛輪上的磁脈沖傳感器來完成，輸出與轉速成正比的頻率信號。轉速信號分為兩路，分別為：左主機轉速、右主機轉速。

3） 信號采集板：以MCS-51單片機為主控制芯片，具有成本低，結構簡單，性能穩定的特點。

其工作原理為：信號采集板模擬量通道接收車令傳感器的0 ～10 V電壓信號，經ADC轉換，形成數字信號，送入單片機。頻率量通道接收轉速傳感器的脈沖信號，經電平轉換電路轉換為TTL電平，送入單片機處理。

單片機將計算出來的車令數據和轉速數據通過RS485送HMI進行顯示。

4）顯示部分：使用的威綸人機觸摸屏（簡稱HMI），型號MT6050iH，軟件EB8000V465.13。其主要性能如下：

顯示器：4.3”、Widescreen

分辨率：480×272

處理器：32 Bit RISC 400 MHz

COM1 （RS-232/RS-485 2 W/4 W）

COM3 （RS-485 2 W）；

電源輸入：24±20%VDC，250 mA@24VDC

內存（DRAM）：64 MB DDR2 on board

閃存： 128 MB flash memory on board

歷史資料容量：48 MB

通訊口：2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據運算。另外還帶有記憶保持單元，失電后能保持數據不被修改。

2　系統功能實現

2.1系統需求分析

系統工作過程中需要處理的判斷和操作很多，歸納如下：

1）四路模擬信號輸入（0 V～10 V）；2）根據輸入的模擬信號判斷當前的車令；3）兩路脈沖信號輸入；4）根據輸入的脈沖信號計算當前轉速；5）顯示和保存當前車令、轉速；6）保存和顯示歷史數據；7）打印的處理。

2.2信號采集板程序

使用KEIL2進行開發，主要包括系統初始化函數、ADC轉換函數、定時器處理函數、串口處理函數等。

2.3HMI圖形界面的實現

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典軟件，也是目前市場上最流行的軟件之一。

HXG- 926型車令記錄儀主要有兩個界面：主工作界面和歷史數據界面。

主工作界面如圖2所示。主要使用了文字元件、數值輸入文件、多狀態指示燈、功能鍵元件等。

圖2　主工作界面

歷史數據界面如圖3所示。主要使用了文字元件、歷史數據顯示元件、功能鍵元件等。

2.4HMI自由通訊協議的實現

威綸HMI支持大多數主流PLC，可以與這些PLC很好的通訊，傳輸數據。同時，威綸HMI也支持開放的自由通訊協議，可通過宏指令編寫通訊程序，實現與非標準通訊協議設備的連接。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的自由通訊協議功能。

圖3　歷史數據界面

利用自由通信協議時必須進行以下設置操作：

1）PLC類型要設置為Free Protocol。

2）雙方通信參數設置要完全一致，單片機的串口通訊要設置波特率為9600 b ps，數據位8，停止位1。

3）EB8000在【編輯】-＞【系統參數設置】-＞【設備列表】中做如下設置。

COM： COM3（9600，N，8，1）；

接口類型： RS-485 2 W。

4）編寫宏指令。數據接收部分的宏指令如下：

從上面的程序可以看出，在正確設置通訊參數后，HMI接收數據非常簡單，一個INPORT（）語句就可以，完全不用理會繁瑣的中斷函數。

完成以上設置，當HMI下載成功后，點擊“打印”鍵，就能將屏幕上顯示的畫面按1：1的比例打印出來。

3　結論

本文介紹了一個船舶上使用的車令記錄儀的設計和實現的要點。該設備技術特點：1）車令模擬信號和主機轉速脈沖信號的采集由單片機及其外圍電路完成。2）充分應用了HMI的人機對話功能和打印功能。 3）該設備與現有的車令記錄儀產品相比，畫面顯示生動直觀，性能穩定可靠。本文的創新點在于成功的將HMI的操作顯示和打印功能引入船舶車令記錄儀的設計。

［1］ 臺灣威綸科技公司. EB8 000人機界面使用說明書和軟件使用手冊，2009.

［2］ 譚一川，陳曾漢. HM I在煙草行業能源管理系統中的應用.計算機信息，2009，25（3） ：23-25.

［3］ 郭會堂. 觸摸屏在人造板生產線控制系統中的應用. 林業機械與木工設備，2012，40（2）：12-14.

Applications of HMI to Ship’s Driving-Command Recorder

Ding Beibei，Qin Hang
（No.91370 Troops of PLA， Dalian 116018，Liaoning，China）

Ship’s driving-command recorder is an important navigational instrument. HMI design of the driving-command recorder has colorful display interface, print function, micro-printer driver, and reducing instruction code with the multiplier effect. This paper analyzes a ship’s driving-command recorder features, and working principle, and mainly focuses on using WEINVIEW HMI, control software, freedom HMI communication protocol, and micro printer. Research and technology used in this article, can greatly simplify the system structure ,and improve the equipment performance and functionality.

driving- command recorder; HMI; micro-printer; Macro

TM930

A

1003-4862（2015）09-0019-03

2015-06-09

丁蓓蓓（1985-），女，工程師。研究方向：艦船工程。