基于MCGS组态软件的人机界面在高压变频器监控系统中的应用

　　1 引言

　　随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，自动化、智能化程度的不断提高，高压大功率变频调速装置的应用已经非常普遍，同时由于高压变频器几乎都是工矿企业的关键设备，在工厂自动化中占有举足轻重的地位，因此对其控制功能、控制水平的要求也越来越高，尤其对于那些工艺过程较复杂，控制参数较多的工控系统来说，具备交互式操作界面、数据列表、报警记录和打印等功能已成为整个控制系统中重要的内容。而新一代工业人机界面的出现，对于在构建高压变频器监控系统时，实现上述功能，提供了一种简便可行的途径。

　　工业人机界面（human machineinterface），简称hmi，又称触摸屏监控器，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面由特殊设计的计算机系统32位risccpu芯片为核心，在stn、tft液晶显示屏上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏，触动屏幕时，电阻网络上的电阻和电压发生变化并由软件计算出触摸位置。新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。

　　下面就介绍了以工控组态软件mcgs为开发平台的hmi在高压变频器监控系统中的应用。

　　2 mcgs组态软件介绍

　　mcgs（monitor and control generatedsystem）是一套基于windows95/98/nt操作系统（或更高版本），可用来快速构造和生成各种监控系统的组态软件系统，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。mcgs组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用vc++语言编程，通过ole技术向用户提供vb编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩充系统的功能。

　　mcgs的主要特性如下：

　　（1）概念简单，易于理解和使用

　　普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成大多数简单的工程项目，使其能集中精力解决工程本身的问题，而不需了解太多的计算机系统复杂的软硬件问题，就可组态出高性能、高可靠性、高度专业化的监控系统。

　　（2）真正的32位多任务应用系统

　　该系统支持windows的多任务技术，有效地优化了计算机资源，打印任务作为一个独立工作而运行于后台，实现多任务的并行处理。

　　（3）提供丰富的设备驱动程序

　　提供足够多的功能组件和丰富的常用图形库，真正做到只使用组态软件就可快速组态完成工程项目的大多数工作，而对使用者没有太苛刻的要求。通过activedll把设备驱动挂接在系统中，配置简单、速度快、可靠性高。

　　（4）提供强大的网络功能

　　mcgs强大的网络功能可把tcp/ip网、485/422网、modem网结合在一起构成大型的监控系统和管理系统。提供4级安全保密机制。

　　（5）提供开放的ole接口

　　mcgs是以ole自动化技术为基础的开放式扩充接口，允许用户使用vb来快速编制各种设备驱动构件、动画构件和各种策略构件，通过ole接口，用户可以方便地定制自己特定的系统。

　　（6）组态软件与设备无关

　　在mcgs组态软件中，设备被实现成独立的构件形式，不同的设备对应于不同的构件。设备构件不仅仅包括设备驱动程序，还有不同的方法和属性供系统调用，每个设备构件都由一个独立的线程来管理。对不同的外部硬件设备，只需提供相应的设备构件，而系统的其它部分和设备无关，不需作任何改动。

　　（7）丰富和方便的动画组态

　　能快速构造出各种复杂的动画画面。图元图符对象可实现自由构图和定义动画，包括颜色、位置、大小、可见度、闪烁、输入输出、按钮动作等多种动画效果。动画构件对象完成特定类型的动画功能，如：实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。

　　（8）运行策略

　　用运行策略来完成和实现对系统运行流程的自由控制，使系统能够按照设定的顺序和条件来操作实时数据库、控制用户窗口的显示、关闭和设备构件的工作状态，从而做到对对象工作过程的精确控制。图形化的构造方法和功能强大的策略构件使运行策略的组态更加快捷方便。

　　（9） 充分利用数据库技术

　　mcgs组态软件中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理一切。组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。利用数据库来保存数据和处理数据，提高了系统的可靠性和运行效率，同时，也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。

　　（10）出于保护企业数据的考虑，mcgs很好地解决了授权及安全性问题。依据系统的授权，用户被允许或禁止对系统进行操作，允许或禁止对数据进行访问。mcgs在确保安全的情况下可以对多个系统模块进行安全授权。mcgs工控组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分，用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的，用户组态后可生成一个“组态结果数据库”的文件。mcgs的运行环境是一个独立的运行系统，它能按照“组态结果数据库”中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。mcgs软件的组成如图1所示。

　　3 变频器监控系统的硬件组成

　　变频器监控系统主要由hmi、打印机、变频控制柜（主要包括模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、光纤触发模块、ups电源和一些通讯电缆等）、plc组成，其画面如图2

　　所示。hmi作为监控中心，将变频器所有的运行数据和参数利用串行口通讯方式（rs-485），经屏蔽双绞线送到hmi中，在人机界面上进行实时显示；hmi也可下达指令来控制变频器的启动、停止、复位等。这样就完成了对所有数据的采集传输及命令传送，同时，也可完成管理级功能，如局域网的管理任务、形成管理部门所需数据的记录报表、统计报表等。

　　各部分说明如下。

　　（1）变频控制柜，是整个系统的控制核心，具有高可靠性、低噪声、高节能、保护功能完善，内建rs-485串行通信接口，且rs-485串行通信协议对用户公开等特点。

　　（2）plc作为辅助控制单元，也是比较重要的部分，选用西门子s7-200。利用其通信指令编写程序，然后下载到plc，把它和hmi串行通信接口相连接，可实现对plc设备的实时控制与指示。

　　（3） 人机界面采用北京昆仑通态的tpc1063e，彩色10.4in。

　　（4） rs-485串行通信方式，rs-485采用平衡发送接收方式，它具有传输距离长、抗干扰能力强和多站能力的优点。

　　4 人机界面的特点功能与画面设计

　　4.1 人机界面的特点

　　人机界面是新一代高科技可编程终端，具备与各品牌plc连线监控能力，适于在恶劣的工业环境中应用，可代替普通工控计算机。其主要特点有：

　　（1）画面容量大，画面规划简单；

　　（2）全中文操作软件，适用于windows95/98/nt等环境，指令丰富，编程简单；

　　（3）交互性好，抗干扰能力强，通信可靠性高；

　　（4）自动化程度高，操作简单方便、故障率低、寿命长、维修量少。

　　4.2 人机界面的主要功能

　　（1） 设计者可根据需要编辑出各种画面，实时显示设备状态或系统的操作指示信息；

　　（2） 人机界面上的触摸按键可产生相应的开关信号，或输入数值、字符给plc等设备进行数据交换，从而产生相应的动作，控制设备的运行；

　　（3） 可多幅画面重叠或切换显示，显示文字、数字、图形、字符串、警报信息、动作流程、统计资料、历史记录、趋势图、简易报表等；

　　（4） 支持密码和用户程序保护功能。

　　4.3 人机界面的画面设计

　　本系统人机界面所有画面均由mcgs全中文组态软件进行设计，有主画面、参数设定、曲线画面、历史数据、报警记录和帮助等画面，经mcgs软件编译无误后，从个人电脑中下载到人机界面即可使用。人机界面与变频控制柜之间通过rs-232方式进行连接，与plc之间通过rs-485方式进行连接。由控制柜对人机界面进行读写操作，从而实现了对变频器的操作以及变频