應用HMI實現多通道溫場計量的數據采集

談太良

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 鐘祥 431910）

JJF1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》中詳細闡述了環境試驗設備的測量過程及要求。應用工業觸摸屏HMI 與前端溫度RTD 傳感器和濕度HC2 傳感器采集模塊，通過RS485（自定義協議）進行連接，可以穩定高效地實現多通道溫場的溫度和濕度數據采集，用戶可以根據現場測試要求，靈活地配置傳感器通道，并實時進行記錄、曲線監控及數據存儲，滿足了JJF1101 校準規范的測試技術要求[1]。

1 功能描述

1.1 首頁

主界面包括顯示窗口和設置按鈕，以6 通道溫濕度計量系統為例，通道可以根據系統的設置針對性地顯示通道溫度（℃）值或相對濕度（%RH）值。系統的RTC 時鐘由HMI 的鋰電池供電以保證斷電后仍能正確計時，如顯示2021-02-02（TUE）08:34:39。計量系統可以針對實時通道數據進行USB 截圖（擴展可實現截圖熱敏打印），U 盤scr＊.bmp 是截圖文件的完整路徑。整體HMI 的圖像分辨率為長800×寬400，外觀尺寸4.3 寸的顯示屏可以用較高的清晰度顯示內容[2]。

1.2 曲線

HMI 調用趨勢圖元件對6 通道的溫濕度數據進行實時曲線顯示，各個通道的寄存器上限分別對應RW1、RW5、RW9、RW13、RW17 和RW21。調用LB501 位寄存器可以實現曲線的數據清屏，以滿足調試的數據查看。如果想針對性地顯示曲線數據，可以點擊“CH1”～“CH6”按鈕（分別對應LB101.0～LB101.5），針對性地隱藏和顯示通道曲線。6 個通道的實時數值保存在寄存器LW301、LW303、LW305、LW307、LW309 和LW311 中。

1.3 報表

調用歷史數據顯示元件可以實現6 通道溫濕度數據的報表記錄功能，曲線和報表周期（秒）可以通過RW200 寄存器設置。用戶應用歷史數據顯示元件配置LW301 開始的6 個單精度浮點數數據寄存器，通過LB500 位進行暫停清除，歷史數據以CSV 表格的形式保存至USB DISK1 外部存儲設備的table 子目錄中，為了便于用于查看，將標題欄名稱分別設置為：日期、時間、CH1、CH2、CH3、CH4、CH5 和CH6。

1.4 設置

用戶可以對HMI 觸摸屏的硬件參數進行設置，RTC 年（LW10005 寄存器）、RTC 月（LW10004 寄存器）、RTC 日（LW10003 寄存器）、RTC 時（LW10002 寄存器）、RTC 分（LW10001 寄存器）、RTC 秒（LW10000 寄存器）。HMI 背光休眠時間（LW10011 寄存器），背光亮度調節（LW9140寄存器），HMI 蜂鳴器啟停（LW10012 寄存器）。由于溫場的曲線縱軸數值范圍不同，溫度RTD 范圍-200℃～850℃，濕度HC2 范圍0%RH～100%RH，縱軸標尺過大或過小都不能合適地呈現出通道數據的變化情況。因此，將CH1～CH6 通道的縱軸標尺分別設置，如：CH1 通道使用RW1 寄存器（下限值）、RW3 寄存器（上限值）。針對外置U 盤數據存儲和導出，詳細路徑如下[3]：

U 盤export able＊.csv 是存CSV 的導出文件。

U 盤 rendHistory Trend＊.csv 是曲線數據。

U 盤 rendHistory Data＊.csv 是報表數據。

U 盤scr＊.bmp 是截圖文件。

圖1 首頁界面Fig.1 Home page interface

圖2 曲線界面Fig.2 Curve interface

圖3 報表界面Fig.3 Report interface

2 自定義協議

2.1 底層驅動

觸摸屏HMI 自定義協議的串口驅動，目前可以支持3 個串口同時定制非標自由口協議，分別為：Customized UART protocol-1，Customized UART protocol-2，Customized UART protocol-3，可對應3 個串口。組態編輯的使用方式同其他的PLC 組態方式一樣，直接連接屏即可，通過LW 和LB 寄存器進行數據的交換[4,5]。Cusomized UART Protocolx 目錄中的COMx.c 由用戶編寫，應用C 語言編寫代碼至void ProcessComx（int fd）函數中，編寫好程序后，只需運行“build.bat”批處理文件即可生成驅動文件，生成的驅動文件位于目錄下安裝目錄libplc 中，名稱為“Customized UART protocolx.so”和“Customized UART protocolx.ge”。目前，串口支持的波特率為4800，9600，19200，38400，57600 和115200，HMI 的3 個串口模式為COM0：232/485/422，COM1：232/485/422，COM2：232。

2.2 調試

HMI 通過自定義協議的寄存器LW10、LW20、LW30、LW40、LW50、LW60 讀取RTD 的原始電阻（Ω）值。由于前段硬件采集模塊的低溫漂采樣電阻自身存在偏差，需要逐個將通道接入標準電阻箱的固定阻值，RTD 為Pt100時，選用100Ω。此時調整各個通道的修正值，依次存入寄存器R19、R29、R39、R49、R59 和R69，以實現各個RTD 采集通道的準確度要求。此外，由于前端多功能采集模塊的傳感器類型需要人工設置，如RTD 時采集電阻值，HC2 時采集電壓值，在HMI 界面上逐個通道都添加了設置按鈕，如1 通道使用LB1（設置RTD 類型）、LB2（設置HC2 類型），其它通道類似。JJF1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》中既有溫度通道，又有濕度通道。設置RB 寄存器中的位標識，來決定通道內的數值類型，如：RB.1 是1 通道，RB.2 是2 通道，以此類推。為了實現HMI 的數據聯調和擴展，在網絡設備配置處，設置IP 地址192.168.0.7，端口號502，通訊協議Modbus TCP Slave，站號1。這樣遠端PC 或者PLC 可以通過modbus tcp 協議對HMI 溫場數據采集設備進行實時數據交互，以實現設備的靈活應用。

2.3 自定義函數

用全功能版的cygwin 覆蓋EV5000 中文件，在cygwin 所在目錄新建一個名為customized_driver 文件夾，在custmoized_driver 目錄下是3 個文件夾，分別代表可自定義的3 種自由協議，Cusomized UART Protocolx 目錄中COMx.c 由用戶編寫。COMx.c 編寫好后，運行build.bat 批處理文件，即可在libplc目錄生成Customized UART protocolx.so 驅動，Customized UART protocolx.ge 是與該驅動配套的文件，固定不變。串口自定義協議的驅動，目前可以支持3 個串口同時定制自由協議，分別為Customized UART protocol1，Customized UART protocol2，Customized UART protocol3，可對應3 個串口。組態的使用方式同其他的PLC 組態方式一樣，直接連接屏即可，通過LW 和LB 寄存器進行數據的交換。需要用戶實現的函數void ProcessComx(int fd)調用方式：周期執行，間隔可調用Delay 函數來加大循環周期，fd 為串口句柄功能：用戶程序的“main 函數”。13 個自定義調用的API 函數包括：

圖4 設置界面Fig.4 Setting interface

圖5 調試界面Fig.5 Debug interface

1）void Delay（int ms）功 能：用于延 遲ProcessComx 的運行周期，防止頻繁讀寫，減輕控制器的壓力。

2）int ReadData（int fd,unsigned char＊read_buff,int count,int m）功能：從串口讀取count 個數據，存放在red_buff 中，ms 是讀數據超時時間。

3）int WriteData（int fd,unsigned char＊read_buff,int count）功能：從串口發送count個數據，發送數據存放在read_buff 中。

4）unsigned short Read_LW（unsigned int n）功能：讀取LWn 的寄存器的值。

5）void Write_LW（unsigned int n,unsigned short val）功能：將val 寫入LWn 的寄存器。

6）void CopyToLW（unsigned int offset,const void ＊src,int n）功能：由src 所指的內存區域復制n 個字節到Lw_offset 所在的內存區域。

7）void CopyFromLW（unsigned int offset,const void ＊src,int n）功能：由Lw_offset 所在的內存區域到src 所指的內存區域復制n 個字節。

8）void SetLBON（unsigned int n）功能：設置LBn 寄存器為1。

9）void SetLBOFF（unsigned int n）功能：設置LBn 寄存器為0。

10）int GetLB（unsigned int n）功能：讀取LBn 寄存器的狀態。

11）int SetLWBON（unsigned int n,unsigned int offset）功能：設置LW.b 寄存器為1，如設置LW5.4，則n=5，offset=4。

12）int SetLWBOFF（unsigned int n,unsigned int offset）功能：設置LW.b 寄存器為0，如設置LW5.4，則n=5，offset=4。

13）int GetLWB（unsigned int n，unsigned int offset）功能：讀取LW.b 寄存器的狀態，如設置LW5.4，則n=5，offset=4。

3 系統參數

在拓撲結構窗口雙擊HMI 圖標或在HMI 圖標上右擊，選擇右鍵中的“屬性”，均可打開【HMI 屬性】，以配置HMI 相關的系統參數以及部分元件的輔助參數設置。當未觸控HMI 屏幕的持續時間等于此設置值時，HMI 自動關閉屏幕背光燈進入節能狀態；當HMI 屏幕再次有觸控操作時，可結束節能狀態點亮屏幕背光燈。設定時間的單位為分鐘，初始默認值為10min。報警/事件發生時自動打開背光燈，HMI 進入節能狀態后，如有用戶報警或事件觸發，則自動將HMI 屏幕背光點亮。當未觸控HMI 屏幕的持續時間等于此設置值時，屏幕畫面可切換至設定的【屏保使用窗口】；HMI 進入屏保狀態后，當HMI 屏幕再次有觸控操作時，可結束屏保狀態。設定時間的單位為分鐘，初始默認值為10min。屏保使用窗口指定HMI 進入屏保狀態后要切換的目的窗口，屏保結束時返回原窗口是設置HMI 結束屏保狀態后是否將畫面切換至進入屏保狀態前的窗口畫面；如未勾選，則當HMI 結束屏保狀態時會繼續停留在屏保窗口。設置是否允許將HMI 中的組態工程上傳至PC 機或外部存儲器指定位置，初始默認密碼為：888888。注意：上傳密碼不能為空或0。設置是否允許將從HMI 中上傳上來的組態工程文件即pkg 文件反編譯成Kinco HMIware 可編輯的wpj 文件，初始默認密碼為：888888。HMI 的系統參數多采用默認設置。

圖6 HMI Manager設置界面Fig.6 HMI Manager setting interface

4 版本升級

KHManager 包含7 個處理模塊：【下載處理】【上傳處理】【系統處理】【獲取版本】【反編譯處理】【串口穿透通訊】【虛擬串口穿透通訊】。【通訊參數設置】：顯示當前KHManager 使用的下載方式。點擊【設置】可修改當前下載方式。【上頁】/【下頁】：點擊【上/下頁】在7 個處理模塊之間跳轉。【退出】：退出KHManager 界面。打開KHManager 的方法有很多種，包括：從PC 的【開始】菜單打開，雙擊桌面KHManager 快捷方式打開，從Kinco HMIware 軟件【工具】菜單打開，單擊【工具】菜單—單擊【系統處理】/【HMI 版本信息】/【上傳配方】/【下載配方】/【上傳啟動畫面】/【下載啟動畫面】/【上傳工程】/【反編譯】均可打開【KHManager】界面。在Kinco HMIware 安裝目錄下雙擊【KHManager.exe】打開。

5 結論

本文闡述了工業觸摸屏HMI 通過自定義協議與硬件采集模塊連接，實現多通道溫場計量數據采集的實現過程。以6 通道采集為例，依據JJF1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》，通過HMI 組態軟件配置溫場計量的首頁、曲線頁、報表頁、設置頁、采集頁和調試頁界面。應用C 語言在COMx.c 文件的循環進程中編寫協議棧完成串口驅動，實現工業HMI 與前端硬件采集模塊的連接。經應用測試，所研發的觸摸屏HMI 溫場計量設備可以穩定可靠地實現溫濕度數據采集，實現多通道溫場計量的自動化，減少了現場計量的勞動強度，同時保證了測試的準確性。