客運索道可視化控制臺研制

劉旭升 徐 偉 陳 虎 賈睿璽 孫安國

1北京起重運輸機械設計研究院有限公司 北京 100007 2國家客運架空索道安全監督檢驗中心 北京 100007

0 引言

在客運索道發展初期，機械系統一直占據主要位置。隨著電氣化的發展，索道電氣控制系統的重要性也在穩步提升。尤其在電子技術得到快速發展和廣泛應用后，客運索道大部分的功能均由電子和電氣邏輯架構實現。電動機啟動、制動、轉向控制、上下站信息傳遞、索道操控便利性功能，以及用戶體驗均與電氣和電子系統密不可分。

20世紀90年代中期，國產索道開發了以PLC為核心的電控系統，經過20多年的持續開發與升級，系統底層硬件資源基本實現了數字化、標準化，使得設計人員得以聚焦系統控制軟件開發，軟件控制在電控系統中逐步占據主導地位，電控系統設計進入以軟件定義索道的時代。

在索道監控系統研發過程中，數字顯示器成為索道人機界面的重中之重，其應用徹底改變了索道監控系統的用戶體驗。在此前提下，可視化控制臺的研制顯得尤為重要。

1 傳統控制臺

傳統控制臺是由控制按鈕加指示燈、模擬表等單一方式實現，監控數據傳輸由模擬信號輸入給模擬裝置，以模擬量方式呈現，如圖1所示。其特點為：數據顯示內容、操控范圍固定，數據信息存儲與設備升級空間受限。其硬件與軟件之間是深度耦合關系。

圖1 傳統控制臺

2 可視化監控系統網絡結構

可視化監控系統基于以太網通訊方式，由PLC和人機界面共同組成，PLC控制中心進行數據采集和數據運算，處理后的數據以總線方式與人機界面交互通訊，實現監控數據顯示和操控功能全部數字化，可視化監控系統網絡結構如圖2所示。

圖2 可視化監控系統網絡結構圖

3 可視化控制臺總體框架設計

3.1 硬件設計

可視化控制臺主要由控制臺桌面按鈕以及雙人機界面組成。部分操控功能由控制臺桌面執行，數據監控、設備操控與檢測功能全部由雙人機界面完成。

控制臺雙人機界面均選用Eview MT8150IE觸摸屏，其內置128 MB內存且支持SD卡擴展儲存容量；支持USB主從設備；通訊端口內置隔離器，信號傳輸穩定；前面板到達NEMA4/IP65防護等級。

圖3為已投入使用的可視化控制臺現場外觀圖。該控制臺兼顧臺面雙屏工藝的同時，在設計上還突破了傳統方式數據顯示及傳輸方面的局限性，最終實現數據傳輸全部數字化，數據監控全面可視化。

圖3 可視化控制臺現場外觀圖

3.2 軟件設計

軟件設計基于人機界面開發軟件EasyBuilder Pro，該軟件是一個綜合管理器，既可進行人機界面的設計、分析測試HMI與PLC的狀態、數據傳輸及轉換、云端維護、離線模擬等，又可自由布置界面元件、設計圖標，完成各種工程設計。

基于EasyBuilder Pro軟件平臺，針對用戶需求及設備監控要求，為可視化控制臺升級并開發了客運索道監控系統軟件V3.0版本（V1.0及V2.0版本已在客運索道投入使用），該系統軟件的優點為：1）優化了客運索道人機交互界面。2）對有效數據信息進行整合處理及分類展示，最大限度為用戶提供設備信息。3）軟件設計增加設備自檢及精確操控功能，彌補了傳統控制臺在此的局限性，并為索道檢測部門提供設備檢測快速入口。在經過已投產設備應用體驗后，獲得了較好的人機交互用戶體驗。

4 可視化控制臺監控系統軟件V3.0功能介紹

在監控軟件V2.0基礎上研制的V3.0版本，基于Windows 10菜單式極簡設計風格，對數據監控功能進行優化設計。在完整展示客運索道設備海量數據信息的同時，對數據進行了篩選及分類處理，縮短了用戶從獲取設備數據信息到做出判斷的時間。

其菜單設計如圖4所示，從主頁進入所需功能頁面需按觸1次，從其他頁面進入最多按觸2次。其中，故障記錄查找功能為置頂設計，即從任意頁面進入故障記錄頁面，僅需按觸1次即可實現。

圖4 監控系統軟件菜單設計

4.1 多種類型數據監測功能

考慮到客運索道設備信息內容龐大、類型各異，設計將多種類型索道設備監控數據，以多種形式顯示，例如：位狀態、棒圖、數值等，如圖5所示。支架脫索位狀態正常亮綠條，有故障時指示條變紅；張緊壓力值既有棒狀顯示也有數值顯示；主電動機啟動時峰值電流用數值記錄。設備狀態信息實時顯示且直觀，便于用戶快速掌握當前索道運轉情況。

圖5 多種類型數據監測功能設計

在此基礎上，根據設備操作流程，將某一流程有效數據作篩選處理，簡化操作流程。例如，圖6為設備開機準備功能設計，將相關信息集中展示在一個畫面中，操作人員即能為最近一次開機做好充分準備。頁面中相關狀態條變為綠色，表示該條件已具備，全部狀態條變為綠色，表示設備運轉前準備就緒。

圖6 開機準備功能設計

4.2 設備操控功能

在可視化控制臺基礎操作功能基礎上，軟件設計擴展了設備操控功能，例如：啟停、屏蔽功能，如圖7所示。需要主潤滑加熱時按下對應的ON按鈕即可，此時對應的指示燈變綠，當達到一定溫度按下OFF加熱便停止，此時對應的指示燈恢復為白色；當張緊傳感器需要屏蔽時，按下對應的ON按鈕，同時指示燈變紅，表示屏蔽了對應的張緊傳感器。此設計便于用戶靈活運用對局部設備的手控功能，并快速處理設備故障。特別是屏蔽功能設計，其針對當執行機構發生故障，且故障在人為可控情況下，為用戶提供短時設備故障檢出的屏蔽功能，以保證游客安全，并為設備維護贏得寶貴時間。

圖7 設備操控功能設計

4.3 設備自檢測功能

軟件設計拓展了設備自檢測功能，部分測試功能包括張緊測試、速度測試、計數脈沖測試。使用張緊測試功能可測試張緊壓力超限，用戶可在不改變張緊系統當前壓力的情況下，模擬故障的發生并導致停車；速度測試功能針對超速故障進行測試；計數脈沖測試針對編碼器的計數誤差測試，可選擇不同誤差的測試，不同的測試選擇分別完成相應的功能。

該功能入口設計需識別用戶安全等級。用戶可在每天開機運營前使用，可及時發現并處理設備問題，提升設備運轉安全性。設計同時考慮為檢測部門提供直接、完善的檢測功能接口，配合索道設備檢測安全、高效進行。

4.4 監控畫面冗余與雙備份功能

可視化控制臺采用雙觸摸屏顯示，設計為冗余模式。用戶在使用過程中，在同一時刻可同時監控2個獨立畫面，且可任意切換。該功能設計擴展了監控數據可視化范圍，便于用戶全方位監控數據。此外，當一個觸摸屏出現硬件故障時，另一個可完全替代，實現監控畫面雙備份功能。

4.5 數據記錄與數據存儲功能

該功能實現了索道運行實時數據記錄并可在PC端保存，具體方法是通過EasyBuilder Pro軟件上傳，再用EasyConverter軟件打開，并以Excel格式文檔保存，較好地實現數據存儲功能。

故障記錄在所有數據記錄中占有較大比重，軟件設計該記錄最多可以顯示99條，記錄最上面一行為最近一次故障記錄。由圖8可知，根據時間及序列號可區分故障發生先后順序，針對不同顏色可分辨故障處理情況：對于索道設備運轉中剛發生的故障，記錄顯示為紅色；對于操作人員已翻查但尚未復位的故障，顯示為黑色；對于已復位的故障，用綠色顯示。該設計方便用戶在最短時間內查找并處理故障，極大提升了設備使用維護效率。

圖8 故障記錄可視化界面

故障記錄存儲功能可就地或遠程使用，有助于用戶全面了解索道設備以往發生故障信息，為設備使用維護提供數據支持。

5 結束語

本文設計的可視化控制臺實現了對數據監控的數字化，與傳統控制臺相比，較為全面地展示了客運索道設備海量數據信息，并對有效信息進行篩選及分類處理，極大提高了用戶使用維護效率。其數據備份及存儲功能，也為設備維保提供強大的數據庫支持。同時，其數據監控涵蓋的范圍，可根據控制系統及用戶要求隨時延展，特別是遇到設備硬件改造，以及檢測部門標準更新的情況，可視化控制臺具有較好兼容性和較大升級空間。

客運索道可視化控制臺研制，是索道制軟硬件的一次有意義的探索，其意義體現在3個方面：

1）采用先進屏顯硬件設備，達到國內主流技術水平，提升用戶人機交互體驗。

2）構建索道監控系統軟件平臺，實現對索道硬件資源進行統一管理、配置，解除應用軟件和底層硬件資源之間的緊耦合關系，使其可以各自獨立發展，為索道管理應用拓展提供更廣泛空間。

3）其軟件設計是實現未來客運索道自動化、智能化、網聯化等關鍵技術的核心推動要素。

截至2021年，該控制臺產品已在多個客運索道項目投入使用。在設備自檢與維護、操作使用與故障處理，驗收與年檢等方面，均體現出優良的性能。