應(yīng)用HMI實(shí)現(xiàn)多通道溫場計(jì)量的數(shù)據(jù)采集

談太良

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北 鐘祥 431910）

JJF1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》中詳細(xì)闡述了環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的測量過程及要求。應(yīng)用工業(yè)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(xié)議）進(jìn)行連接，可以穩(wěn)定高效地實(shí)現(xiàn)多通道溫場的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場測試要求，靈活地配置傳感器通道，并實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄、曲線監(jiān)控及數(shù)據(jù)存儲，滿足了JJF1101 校準(zhǔn)規(guī)范的測試技術(shù)要求[1]。

1 功能描述

1.1 首頁

主界面包括顯示窗口和設(shè)置按鈕，以6 通道溫濕度計(jì)量系統(tǒng)為例，通道可以根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置針對性地顯示通道溫度（℃）值或相對濕度（%RH）值。系統(tǒng)的RTC 時(shí)鐘由HMI 的鋰電池供電以保證斷電后仍能正確計(jì)時(shí)，如顯示2021-02-02（TUE）08:34:39。計(jì)量系統(tǒng)可以針對實(shí)時(shí)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行USB 截圖（擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn)截圖熱敏打?。琔 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(nèi)容[2]。

1.2 曲線

HMI 調(diào)用趨勢圖元件對6 通道的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線顯示，各個(gè)通道的寄存器上限分別對應(yīng)RW1、RW5、RW9、RW13、RW17 和RW21。調(diào)用LB501 位寄存器可以實(shí)現(xiàn)曲線的數(shù)據(jù)清屏，以滿足調(diào)試的數(shù)據(jù)查看。如果想針對性地顯示曲線數(shù)據(jù)，可以點(diǎn)擊“CH1”～“CH6”按鈕（分別對應(yīng)LB101.0～LB101.5），針對性地隱藏和顯示通道曲線。6 個(gè)通道的實(shí)時(shí)數(shù)值保存在寄存器LW301、LW303、LW305、LW307、LW309 和LW311 中。

1.3 報(bào)表

調(diào)用歷史數(shù)據(jù)顯示元件可以實(shí)現(xiàn)6 通道溫濕度數(shù)據(jù)的報(bào)表記錄功能，曲線和報(bào)表周期（秒）可以通過RW200 寄存器設(shè)置。用戶應(yīng)用歷史數(shù)據(jù)顯示元件配置LW301 開始的6 個(gè)單精度浮點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)寄存器，通過LB500 位進(jìn)行暫停清除，歷史數(shù)據(jù)以CSV 表格的形式保存至USB DISK1 外部存儲設(shè)備的table 子目錄中，為了便于用于查看，將標(biāo)題欄名稱分別設(shè)置為：日期、時(shí)間、CH1、CH2、CH3、CH4、CH5 和CH6。

1.4 設(shè)置

用戶可以對HMI 觸摸屏的硬件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，RTC 年（LW10005 寄存器）、RTC 月（LW10004 寄存器）、RTC 日（LW10003 寄存器）、RTC 時(shí)（LW10002 寄存器）、RTC 分（LW10001 寄存器）、RTC 秒（LW10000 寄存器）。HMI 背光休眠時(shí)間（LW10011 寄存器），背光亮度調(diào)節(jié)（LW9140寄存器），HMI 蜂鳴器啟停（LW10012 寄存器）。由于溫場的曲線縱軸數(shù)值范圍不同，溫度RTD 范圍-200℃～850℃，濕度HC2 范圍0%RH～100%RH，縱軸標(biāo)尺過大或過小都不能合適地呈現(xiàn)出通道數(shù)據(jù)的變化情況。因此，將CH1～CH6 通道的縱軸標(biāo)尺分別設(shè)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(shù)據(jù)存儲和導(dǎo)出，詳細(xì)路徑如下[3]：

U 盤export able＊.csv 是存CSV 的導(dǎo)出文件。

U 盤 rendHistory Trend＊.csv 是曲線數(shù)據(jù)。

U 盤 rendHistory Data＊.csv 是報(bào)表數(shù)據(jù)。

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(bào)表界面Fig.3 Report interface

2 自定義協(xié)議

2.1 底層驅(qū)動

觸摸屏HMI 自定義協(xié)議的串口驅(qū)動，目前可以支持3 個(gè)串口同時(shí)定制非標(biāo)自由口協(xié)議，分別為：Customized UART protocol-1，Customized UART protocol-2，Customized UART protocol-3，可對應(yīng)3 個(gè)串口。組態(tài)編輯的使用方式同其他的PLC 組態(tài)方式一樣，直接連接屏即可，通過LW 和LB 寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換[4,5]。Cusomized UART Protocolx 目錄中的COMx.c 由用戶編寫，應(yīng)用C 語言編寫代碼至void ProcessComx（int fd）函數(shù)中，編寫好程序后，只需運(yùn)行“build.bat”批處理文件即可生成驅(qū)動文件，生成的驅(qū)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(gè)串口模式為COM0：232/485/422，COM1：232/485/422，COM2：232。

2.2 調(diào)試

HMI 通過自定義協(xié)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(gè)將通道接入標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的固定阻值，RTD 為Pt100時(shí)，選用100Ω。此時(shí)調(diào)整各個(gè)通道的修正值，依次存入寄存器R19、R29、R39、R49、R59 和R69，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)RTD 采集通道的準(zhǔn)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(shè)置，如RTD 時(shí)采集電阻值，HC2 時(shí)采集電壓值，在HMI 界面上逐個(gè)通道都添加了設(shè)置按鈕，如1 通道使用LB1（設(shè)置RTD 類型）、LB2（設(shè)置HC2 類型），其它通道類似。JJF1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》中既有溫度通道，又有濕度通道。設(shè)置RB 寄存器中的位標(biāo)識，來決定通道內(nèi)的數(shù)值類型，如：RB.1 是1 通道，RB.2 是2 通道，以此類推。為了實(shí)現(xiàn)HMI 的數(shù)據(jù)聯(lián)調(diào)和擴(kuò)展，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置處，設(shè)置IP 地址192.168.0.7，端口號502，通訊協(xié)議Modbus TCP Slave，站號1。這樣遠(yuǎn)端PC 或者PLC 可以通過modbus tcp 協(xié)議對HMI 溫場數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的靈活應(yīng)用。

2.3 自定義函數(shù)

用全功能版的cygwin 覆蓋EV5000 中文件，在cygwin 所在目錄新建一個(gè)名為customized_driver 文件夾，在custmoized_driver 目錄下是3 個(gè)文件夾，分別代表可自定義的3 種自由協(xié)議，Cusomized UART Protocolx 目錄中COMx.c 由用戶編寫。COMx.c 編寫好后，運(yùn)行build.bat 批處理文件，即可在libplc目錄生成Customized UART protocolx.so 驅(qū)動，Customized UART protocolx.ge 是與該驅(qū)動配套的文件，固定不變。串口自定義協(xié)議的驅(qū)動，目前可以支持3 個(gè)串口同時(shí)定制自由協(xié)議，分別為Customized UART protocol1，Customized UART protocol2，Customized UART protocol3，可對應(yīng)3 個(gè)串口。組態(tài)的使用方式同其他的PLC 組態(tài)方式一樣，直接連接屏即可，通過LW 和LB 寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。需要用戶實(shí)現(xiàn)的函數(shù)void ProcessComx(int fd)調(diào)用方式：周期執(zhí)行，間隔可調(diào)用Delay 函數(shù)來加大循環(huán)周期，fd 為串口句柄功能：用戶程序的“main 函數(shù)”。13 個(gè)自定義調(diào)用的API 函數(shù)包括：

圖4 設(shè)置界面Fig.4 Setting interface

圖5 調(diào)試界面Fig.5 Debug interface

1）void Delay（int ms）功 能：用于延 遲ProcessComx 的運(yùn)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(gè)數(shù)據(jù)，存放在red_buff 中，ms 是讀數(shù)據(jù)超時(shí)時(shí)間。

3）int WriteData（int fd,unsigned char＊read_buff,int count）功能：從串口發(fā)送count個(gè)數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)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(nèi)存區(qū)域復(fù)制n 個(gè)字節(jié)到Lw_offset 所在的內(nèi)存區(qū)域。

7）void CopyFromLW（unsigned int offset,const void ＊src,int n）功能：由Lw_offset 所在的內(nèi)存區(qū)域到src 所指的內(nèi)存區(qū)域復(fù)制n 個(gè)字節(jié)。

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

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

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

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

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

3 系統(tǒng)參數(shù)

在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)窗口雙擊HMI 圖標(biāo)或在HMI 圖標(biāo)上右擊，選擇右鍵中的“屬性”，均可打開【HMI 屬性】，以配置HMI 相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)以及部分元件的輔助參數(shù)設(shè)置。當(dāng)未觸控HMI 屏幕的持續(xù)時(shí)間等于此設(shè)置值時(shí)，HMI 自動關(guān)閉屏幕背光燈進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)；當(dāng)HMI 屏幕再次有觸控操作時(shí)，可結(jié)束節(jié)能狀態(tài)點(diǎn)亮屏幕背光燈。設(shè)定時(shí)間的單位為分鐘，初始默認(rèn)值為10min。報(bào)警/事件發(fā)生時(shí)自動打開背光燈，HMI 進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)后，如有用戶報(bào)警或事件觸發(fā)，則自動將HMI 屏幕背光點(diǎn)亮。當(dāng)未觸控HMI 屏幕的持續(xù)時(shí)間等于此設(shè)置值時(shí)，屏幕畫面可切換至設(shè)定的【屏保使用窗口】；HMI 進(jìn)入屏保狀態(tài)后，當(dāng)HMI 屏幕再次有觸控操作時(shí)，可結(jié)束屏保狀態(tài)。設(shè)定時(shí)間的單位為分鐘，初始默認(rèn)值為10min。屏保使用窗口指定HMI 進(jìn)入屏保狀態(tài)后要切換的目的窗口，屏保結(jié)束時(shí)返回原窗口是設(shè)置HMI 結(jié)束屏保狀態(tài)后是否將畫面切換至進(jìn)入屏保狀態(tài)前的窗口畫面；如未勾選，則當(dāng)HMI 結(jié)束屏保狀態(tài)時(shí)會繼續(xù)停留在屏保窗口。設(shè)置是否允許將HMI 中的組態(tài)工程上傳至PC 機(jī)或外部存儲器指定位置，初始默認(rèn)密碼為：888888。注意：上傳密碼不能為空或0。設(shè)置是否允許將從HMI 中上傳上來的組態(tài)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(rèn)密碼為：888888。HMI 的系統(tǒng)參數(shù)多采用默認(rèn)設(shè)置。

圖6 HMI Manager設(shè)置界面Fig.6 HMI Manager setting interface

4 版本升級

KHManager 包含7 個(gè)處理模塊：【下載處理】【上傳處理】【系統(tǒng)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】?！就ㄓ崊?shù)設(shè)置】：顯示當(dāng)前KHManager 使用的下載方式。點(diǎn)擊【設(shè)置】可修改當(dāng)前下載方式?！旧享摗?【下頁】：點(diǎn)擊【上/下頁】在7 個(gè)處理模塊之間跳轉(zhuǎn)?！就顺觥浚和顺鯧HManager 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(tǒng)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(jié)論

本文闡述了工業(yè)觸摸屏HMI 通過自定義協(xié)議與硬件采集模塊連接，實(shí)現(xiàn)多通道溫場計(jì)量數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)過程。以6 通道采集為例，依據(jù)JJF1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》，通過HMI 組態(tài)軟件配置溫場計(jì)量的首頁、曲線頁、報(bào)表頁、設(shè)置頁、采集頁和調(diào)試頁界面。應(yīng)用C 語言在COMx.c 文件的循環(huán)進(jìn)程中編寫協(xié)議棧完成串口驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)工業(yè)HMI 與前端硬件采集模塊的連接。經(jīng)應(yīng)用測試，所研發(fā)的觸摸屏HMI 溫場計(jì)量設(shè)備可以穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)多通道溫場計(jì)量的自動化，減少了現(xiàn)場計(jì)量的勞動強(qiáng)度，同時(shí)保證了測試的準(zhǔn)確性。