段 琰 郑 泓 牛 东 冯显宗 赵振邦
北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007
摘 要：脱挂式客运索道人机界面是索道控制系统的重要组成部分，是索道运营中操作人员和索道设备对话交流的窗口，基于嵌入式FactoryTalk 系统的人机界面的设计包括硬件设计和软件应用，为索道的使用、维护，以及设计者与使用者之间的良好沟通建立了平台，在国产脱挂索道项目中得到广泛应用。
关键词：索道；控制系统；模块化设计；FactoryTalk; 人机交互
中图分类号：TH235 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）10-0021-05
0 引言
国产脱挂索道自问世以来经历了长久发展，截止到2019 年4 月，国产脱挂索道投运数量已达到55 条，如何从设备角度保障索道安全运营，成为重中之重。控制系统作为索道运转的核心，可通过对索道设备进行精确控制及反馈，为索道设备运行安全提供保障保。人机界面在控制系统中扮演着桥梁角色，为操作人员提供完整的索道设备运行数据记录，建立人机交互使用建立平台，保证设备良好运转。在满足现有索道安全运营的同时，对索道设备的使用及保养提供数据支持，亦为未来国产脱挂索道的设计升级提供可靠的依据。
1 控制系统结构设计
脱挂式客运索道控制系统以Allen-Bradley 的大型控制器ControlLogix 系列为控制核心，整个结构采用模块化设计，所有模块支持热插拔(RIUP)，方便用户快速维护。控制系统结构如图1 所示。
各机架之间以EtherNet/IP 开放式工业以太网进行网络，能够处理离散、安全、运动、过程和驱动控制应用。控制系统网络包括设备层网络、控制层网络和信息层网络，ControlNet 位于控制层网络，可实现实时控制数据交换，用户可从多个ControlNet 节点上采集I/O 数据，并共享某个数据输入，即从一个设备输入的数据，可以被多个设备读取，便于用户在控制、组态、数据采集等方面对控制系统进行精确控制；为人机界面显示HMI、趋势分析、配方管理、系统维护及排查故障方面提供硬件保障。
图1 控制系统结构
图 2 PanelView ™ Plus6 硬件配置
2 人机界面系统的硬件设计
2.1 人机界面硬件配置
如图2 所示，人机界面采用PanelView ™ Plus6 （以下简称PVP6）系列终端。
机器级人机界面硬件配置为：基本配置带有显示和逻辑模块（Logic Module），逻辑模块内存RAM 容量512Mb；FLASH 容量512Mb；处理器为VIA1.0GHz；DRAM 带宽为DDR2@533MHz；支持通过 Web 浏览器对终端进行实时监视；防护等级IP67。
PVP6 是一整套可视化解决方案中，功能最全面的操作员界面选件之一，其具备的机器性能，适合需要以动态方式监控和显示信息的应用，可为设计人员带来更广阔的OEM 空间。内存的扩充增强了应用灵活性，而处理器速度的提升则加快了终端响应并优化了可控性，为操作人员带来了更好的体验。这两方面改进都有助于提升数据的可视化，为更好、更快地进行决策提供了平台。
2.2 人机界面应用特征
1）EtherNet/IP 适合任意用户的标准化网络。
2）如果因为一个意外事件，例如加载文件时发生停电，造成数据损坏，PVP6 可以恢复至以前的数据，可恢复到出厂缺省设置。
3）该系列人机界面内存增至512 MB，从而支持图形增强以及更大的应用运行时文件，显著提高了终端处理高要求、内存消耗高的图形密集型应用的能力。
4）处理器主频升至1GHz，可以使操作员更快速地访问所需的屏幕及数据，避免出错，提升了操作员的响应能力。
5）PVP6 硬件已经包含一个客户端许可，FactoryTalk ViewPoint 软件为远程用户提供访问权限，远程远程用户只需要Web 浏览器和Internet 连接就可以查看人机界面画面，而不会影响就地用户的操作。
6）PVP6 内置了用于远程访问数据的FTP 文件服务器，使用Date Store Plus 以通用的CSV 文件格式记录数据，可转换为标准的xls 文件，并将数据写到网络服务器或者保存到SD 卡上，可供其他应用程序使用。
7）通过读取和写入配方到CSV 文件，在控制器中通过标签来远程修改配方功能，以实现在终端之间负责配方的功能。
8）使用克隆功能复制输出，即直接从SD 卡加载运行时文件来创建镜像终端，为维护人员可以尽快更换HMI 终端提供了坚固耐用的固态存储介质。
3 人机界面系统的软件应用
3.1 软件构成
软件应用以嵌入式FactoryTalk 系统为基础， 即对于使用了FactoryTalk 服务， 集成了FactoryTalk 产品和组件的自动化控制系统。其基础架构FactoryTalkServices Platform（服务平台），包含一组构建 RockwellAutomation 软件产品所用的服务，它可以提供常规服务（如诊断信息，工作状态监控服务和实时数据访问）并在自动化系统中共享现场资源（如标记和图形显示），允许一次定义现场资源，同时穿越产品边界访问资源。
应用软件使用FactoryTalk Edition，该软件是用于开发机器级应用项目的组态软件，支持一些特定功能的FactoryTalk 服务， 运行在MicrosoftWindowsCE6 系统中，用于监控自动化生产过程和设备。该软件主要组成部分包含FactoryTalk Studio 和FactoryTalk ME Station两个软件。其中，FactoryTalk View Studio 是用于开发或测试信息层人机交互界面（HMI）应用项目的组态软件。FactoryTalk ME Station 则用于机器级应用项目的单机版运行环境，可以在PanelView Plus6 终端以及安装了Microsoft Windows CE6 操作系统中运行机器级应用项目。另外该软件还包括多个相关附加软件，例如，RSLinx Enterprise，它使用了FactoryTalk 技术的通讯服务器，用于开发FactoryTalk Machine Edition 应用项目，对于与ControlLogix 处理器进行的通讯，FactoryTalk
Studio 通过RSLinx Enterprise 提供了内置的支持；或再例如FactoryTalk Administration Console，该软件允许用户设置RSAssetSecurity，即用来为多个Rockwell 软件产品设置用户和计算机安全的方法，应用软件结构如表1 所示。
3.2 软件应用特征
1）采用Microsoft CE6 操作系统，可在封闭系统中实现更高的安全性并减少损坏， 而不需要执行关机程序。内置了 FactoryTalk View Machine Edition，ViewStudio 应用程序开发软件，可增强机器级操作员界面的性能和功能，同时保留了通用开发环境和集成架构。
2）FactoryTalk View 组态软件包含了SymbolFactory图像，如电机和设备（见图3），仅用复制/ 粘帖功能，并通过颜色和阴影来反映状态的变化。
3）使用标签浏览器功能（见图4），可大大降低出错率，避免重复工作，减少与之相关的差错工作，提高开发人工效率。
图 3 SymbolFactory 图像
图 4 标签浏览器功能
4 人机界面功能设计
4.1 建立通讯
组态应用项目使用RSLinx Enterprise 建立通讯。在RSLinx Enterprise 中创建一个设备的快捷方式，然后在FactoryTalk View Studio 中创建一个指向运行着RSLinxEnterprise 计算机的RSLinx Enterprise 数据服务器。步骤为：
1）新建一个或打开一个项目。
2）在通讯建立管理器右边窗口的Local 表中，右键点击右侧的Ethernet, 选择Add device，添加相应以太网模块并设置好IP 地址，如图5 所示，便于能通过以太网连接控制器。
3）打开FactoryTalk View Studio 选择Machine Edition , 在FactoryTalk View Studio 中建立RSLinx
Enterprise 数据服务器。
4）在FactoryTalk View Studio 中为每一个要通讯的设备创建设备快捷方式。当浏览设备标签时，设备快捷方式就会出现在Tag Browser（标签浏览器）中，每一个快捷方式代表一个设备。
5）打开根目录RSlinx Enterprise 的communicationsetup，使用Communication Setup（通讯设置）编辑器来添加驱动程序，添加设备，设置驱动程序和设备的属性，以及设置设备快捷方式。
图 5 添加设备
4.2 软件编程举例
1）设置瞬时型按钮 首先双击瞬时型按钮，然后在按钮 Properties 对话框中，完成各个选项卡中的选项，具体操作为：在 General 选项卡中，指定运行时按钮的外观，以及按钮更改状态的方式；在 States 选项卡中，指定按下和松开时按钮的动作；在 Common 选项卡中，指定按钮的空间属性、名称和可见性；在 Connections选项卡中，指定按钮交换数据所用的标签或表达式。
2）创建图形对象动画 在创建动画时使用标签名、标签占位符、表达式和命令，可以赋予给图形对象的各种动画类型，为对象和显示键创建动画。为创建动画，可使用Animation（动画）对话框（见图6）。
图 6 Animation（动画）对话框
图 7 AlarmSsetup（报警设置）编辑器
3）设置可见性动画 设置可见性动画对象可以根据标签值或逻辑表达式的结果变成可见或者不可见。具体步骤为 ：点击对象，在Animation 对话框中，点击Visibility（可见性）选项卡。然后创建一个表达式。该表达式可以为一个标签名或更复杂的表达式。如果使用标签名，该标签的数值会决定可见性。非0 的任何值都会认为是true。若想要在标签或表达式值为true 时（当其值不等于零时）—对象不可见，则点击Invisible（不可见）。若想要在标签或表达式值为true 时（当其值不等于零时）—对象可见，则点击Invisible（可见）。
4）创建报警 在编辑器中，指定要监视的标签或表达式，触发报警、报警设置等条件以及当报警发生时要执行的操作。具体步骤为 ：在浏览器窗口打开Alarms（创建报警）文件夹，双击Alarm Setup（报警设置）打开编辑器。然后在Message（触发器）打开编辑器，并最终单击确定保存变更。AlarmSsetup（报警设置）编辑器页面如图7 所示。
5 结语
基于FactoryTalk 系统的人机界面在国产脱挂索道电控系统中扮演着非常重要的角色，该设计为索道设备的精确控制奠定了坚实基础。目前，人机界面设计成果正应用于全部国产脱挂索道。针对索道硬件设备的逐步升级，人机界面设计将进入功能完善和优化设计阶段。
参考文献
[1] Rockwell Automation. ControlNet 系统概述[M].Publication CNET-SO001A-ZH Rockwell Automation，2003.
[2] Allen-Bradley Rockwell. PanelView Plus 6 Visualization Product [M]. 2010.
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