基于組態(tài)開發(fā)的控制面板人機界面設計

謝麗芬

（廈門ABB 低壓電器設備有限公司 福建省廈門市 361100）

ABB 低壓電器設備廣泛應用于國內外各行業(yè)，例如地鐵，醫(yī)院，銀行，數據中心，電廠等的電氣控制系統。對于客戶的應用現場，會有多臺斷路器，開關和表計等安裝于不同的電氣柜上，如果有一臺控制面板能同時集中監(jiān)視多臺設備，實時監(jiān)視設備端的電氣測量和故障監(jiān)測，同時能夠實現遠程控制，例如分合閘斷路器，將給客戶帶來極大的便捷。

針對客戶的需求，市場的反饋，ABB Lite panel 作為一款輕量級的控制面板應運而生。該產品選用的硬件是一款7 寸（分辨率800*480）的觸摸屏控制面板，包含兩個串口和一個以太網口。應用的拓撲圖如圖1。現場物理設備如果支持RS485 通訊，則連接于串口1 或者串口2，兩個串口獨立工作，互不干擾；如果設備支持Modbus TCP 通訊，則與控制面板連接于同一個局域網。

1 Lite panel基本功能

該控制面板的基本功能是支持Modbus RTU 和Modbus TCP 通訊方式，能夠自動識別掃描客戶現場的ABB 低壓電器設備，目前所集成能夠識別的設備類型有10 種，如空氣斷路器Emax2,塑殼開關Tmax,表計IM300，CMS700，M4M 等。一臺Lite panel 最多同時監(jiān)視28 臺設備，對于所監(jiān)視的設備，能夠實時監(jiān)視其電氣測量，例如電流，電壓，功率，電能等；能夠監(jiān)視設備的基本信息,如設備序列號，固件版本，操作次數等；診斷設備的警報信息；監(jiān)視設備歷史事件，脫扣記錄等。對于登錄控制面板的用戶有權限管理，例如僅高級權限的用戶支持遠程遠程分合閘斷路器，僅管理員有權限修改其他用戶密碼等。

如何實現這些軟件功能，則需要對HMI 界面進行設計以及軟件代碼開發(fā)。既定了硬件平臺，則軟件的開發(fā)和HMI 設計都是基于組態(tài)環(huán)境而進行。本產品運用C 語言在組態(tài)中進行宏開發(fā)，從而實現將原先靜態(tài)的頁面與實際設備建立起通訊。

2 HMI設計

HMI 要求具備運行可靠，穩(wěn)定，界面友好，信息顯示直觀清楚等特點[1]。考慮Lite panel 的軟件功能要求，設計了主頁，系統設置頁，設備管理頁和設備詳情等頁面。

2.1 “主頁”設計

考慮客戶用戶體驗，在主頁設計以列表形式顯示所監(jiān)視的設備基本信息，設計風格如圖 2所示。

區(qū)域1：設計三個主要切換菜單，分別是“主頁”，“系統設置”，“設備管理”，點擊對應菜單則跳轉到對應頁面（下文介紹）。

區(qū)域2：統計總的被監(jiān)視設備數，連接狀態(tài)好的設備數，當前有警報的設備數。

區(qū)域4：設計切換上下頁，查看更多設備列表。

區(qū)域5：設計本產品名稱Lite panel，系統時間，公司Logo。

圖1：應用拓撲圖

圖2：“主頁”設計

區(qū)域6：展示設備基本信息，主頁以列表形式一次最多展示4個監(jiān)視設備，如要查看等多設備，請點擊區(qū)域4 切換列表頁面。主頁上設備基本信息包括設備名，連接狀態(tài)，設備地址（被監(jiān)視設備的從站地址或IP 地址），設備類型，警報狀態(tài)。對于設備連接狀態(tài)，串口1，串口2,以太網口連接正常和故障分別設計不同的圖標，便于用戶直觀查看。對于警報燈的狀態(tài)，紅色表示有報警；橙色表示有錯誤或預告警；綠色表示正常，無任何故障。

2.2 設備詳情頁面設計

從“主頁”點擊對應的設備詳情可以查看對應設備的詳細信息，例如選擇圖2“CB TagName”這臺Emax2 空氣斷路器設備，點擊詳情按鈕，首先進入該設備的“通用視圖”頁面，如圖3所示。設備詳情也是設計以菜單欄的形式為客戶展示他們最關心的數據。例如：

（1）“通用視圖”頁面，設計直觀展示該設備類型的圖片，遠程控制按鈕以及一部分主要測量；

圖3：Emax2 通用視圖頁面

圖4：系統設置頁面

圖5：設備管理頁面

（2）“信息”頁面設計展示該設備的主要參數和狀態(tài)等；

（3）“測量”頁面設計二級菜單供用戶切換到該設備的電壓，電流，功率，電能等；

（4）“警報”頁面顯示該設備當前警報；

（5）“事件”頁面設計查看歷史事件，例如脫扣事件，分合閘事件等；

（6）“網絡分析”頁面供用戶查看電網諧波，電壓驟降，電壓驟升等電網數據。

用戶只要點擊對應菜單，即可快速切換頁面并直觀查看對應信息。同時每個頁面左下角都設計有“主頁”按鈕，任意時刻點擊該按鈕即可迅速跳轉回主頁設備列表。

圖3 僅展示Emax2 設備類型通用視圖頁面，對于其他兼容的設備，如雙電源轉換開關，塑殼開關，表計等設備，也是按類似切換菜單欄的方式，切換到對應的頁面。只是因為每種設備功能不同，需要展示的內容不同，同時又是基于組態(tài)環(huán)境開發(fā)，所以所有設備類型的人機頁面都會單獨設計，不過UI 總體風格保持一致。

2.3 “系統設置”頁面設計

針對控制面板，用戶有時候需要做一些基本設置，比如設置控制面板的IP 地址，用戶管理和密碼修改，中英文切換等。針對需要設置的項目設計以九宮格的方式直觀羅列，如圖4所示。用戶只需要點擊對應的條目即可彈出詳細設置窗口，進行具體設置，非常方便。

2.4 “設備管理”頁面設計

本控制面板支持通過以太網口（Modbus TCP 協議）或者串口（Modbus RTU 協議）掃描識別安裝有ABB 低壓電器設備的客戶電氣現場。針對不同的通訊方式，設計RTU 掃描和TCP 掃描。

針對RTU 掃描需要設計串口選擇，波特率，校驗方式，從站地址掃描范圍。針對TCP 掃描需要設計輸入IP 地址掃描范圍。輸入掃描參數，點擊圖標則進入掃描過程。掃描完成后，要設計頁面顯示掃描出來的所有設備，同時有勾選按鈕供用戶選擇是否要監(jiān)視該設備。勾選完要監(jiān)視的設備，對應有“確認”圖標，此時會保存這些設備信息，并展示于主頁設備列表。設備管理頁面如圖5所示。

2.5 HMI設計總結

HMI 的設計，首先依據該軟件要實現的功能，進行總體規(guī)劃和布局，設計好菜單欄。其次針對不同類型的設備，需要給客戶展示該類型設備的什么信息，是設計設備詳情頁面時重點考慮的。所以在設計前期要研究所要集成的設備本身的功能，以及這種設備類型的原始Modbus 點表。設備的Modbus 點表定義了該設備每個測量，每個狀態(tài)，每個信息的數據類型和寄存器長度，這個在各個頁面上要對應匹配。另外Lite Panel 是輕量級的控制面板，基于組態(tài)開發(fā)，內存資源有限，我們會針對客戶更關心的數據和信息去展示。

整個UI 設計風格，例如菜單風格，按鈕風格，字體顏色和字號，設備圖片等等依據本公司的產品UI 要求進行設計。另外在界面設計過程也會綜合考慮用戶體驗，考慮直觀性，美觀性，簡潔性和便捷性。

3 結束語

隨著工業(yè)技術的發(fā)展，工業(yè)自動化強度越來越高，企業(yè)數字化轉型越來越廣，工業(yè)控制面板的應用在市場上的需求越來越多，同時客戶對于人機界面設計要求也越來越高。作為企業(yè)開發(fā)人員，應該重視產品人機界面的設計，只有經過精心設計，系統調試，才能研發(fā)出優(yōu)秀的產品。只有在市場上有競爭力的產品，才能幫助企業(yè)更快更好的發(fā)展。