水听器测试装置人机交互系统设计

摘 要：在对水听器测试装置的机构进行描述的基础上，提出了人机交互系统的设计框架，采用面向对象，可视化设计的快速应用开发软件来实现触摸屏及计算机端（PC机端）软件模块的设计，并对触摸屏及PC机端组态软件的设计，编制和调试作了详尽的说明，该文给出了部分完成的软件界面。

关键词：触摸屏 PLC 组态软件

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0091-02

随着现代控制系统和电子设备日益复杂化， 自动测试系统已经成为设备生产，测试和检测过程中不可或缺的重要设备。本装置就是用于对水听器进行测试。水听器俗称声纳，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备，它是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。由于军事或民用过程中对水听器准确性，复杂性和安全性的高要求，使得研制对水听器设备进行检测的智能化自动测试系统具有重要的意义。本装置就是用于进行水听器测试的伺服控制系统。本文的主要内容是关于该装置的人机交互系统的设计。

1 水听器测试装置控制系统基本构架概述

该伺服控制系统的基本构架如图1所示，该系统的动作指令主要由计算机端发出，另有通过RS232连接触摸屏端及通过GPIB/RS485等现场总线与其他控制机构的连接实现人机交互的控制冗余。通过组态界面的交互实现操作人员对PLC控制单元发送指令，进而根据要求驱动各路电机控制机械结构的运动，由编码器得到位置信息传递给PLC，再由人机界面采集反馈至操作人员以实施相应的控制策略等。

2 人机交互软件设计框架

该系统人机交互部分设计成三种方式，即工控机端、触摸屏端及通过GPIB/RS485等现场总线连接其他控制设备，通过对由PC机端采集来的被控对象的实时数据建立而成的数据库的访问可实现实时监控，通过组态软件提供的ODBC对组态软件实时数据库的转储即可下达对被控对象的远程监控操作。

人机交互软件设计的原则是操作简单、方便，界面友好、美观；涉及的基本操作模块有系统管理（可进行登录、注销、帐户管理、系统保护等操作）、控制界面（对执行机构的运动进行实时监控并提供报警辅助信息，辅以软件说明及技术支持等）。此外还需注意触摸屏与工控机界面设计及控制操作保持基本一致，并根据具体器件的属性有针对性地设定相应的功能键，如触摸屏的亮度调节、按键声音设定等。

2.1 触摸屏端软件设计

本伺服控制系统采用的触摸屏采用台湾维纶公司生产的触摸屏。它通过RS232接口与PC端相连将编辑好的图形控制界面下载至触摸屏端，通过RS232或RS485接口与PLC控制单元相连，可由在线/下载执行两种模式对PLC单元实现实时控制。

该触摸屏人机交互界面的开发环境采用该公司软件编辑环境EasyBuilder，在该环境下可实现程序的开发、调用、下载、调试，以及触摸屏内部程序的上传操作等，实现对PLC控制器的友好支持；多窗口种类、元器件类型以供选择及设置可进行灵活、准确的调用关系从而实现切合系统要求的设置；此外开发人员可自行开发向量库、位图库，从而更能实现系统界面的美观化、个性化、实用化。

该触摸屏端软件分为2个子软件，即一个包括用户管理、运动对象操作的完备版，以及一个设定密码页面。

系统的用户分作三个级别，即游客、普通用户及系统管理员。其中，游客无权进入系统，仅可浏览退回至欢迎界面；普通用户可对PLC实施相应控制指令，可以浏览各界面；系统管理员除普通用户可进行的对被控对象的操作之外，还可以进行密码设定及更改操作进而从身份确认、密码管理的角度维护系统的安全。

2.2 PC端组态软件设计

该伺服控制系统采用的工控机是研华主机，配有RS232、RS485、GPIB等多拓展接口与其它设备相连。本系统开发过程中，工控机的RS232（COM1）与PLC编程口相连接进行编程、下载以及在线监视、控制、调试等操作；用RS232（COM2）与触摸屏的RS232口相连接下载控制程序，可进行在线、离线调试操作；用GPIB连接其他机构对该运动系统进行监视、控制操作等。在实际控制系统中，工控机通过RS232与PLC相连接、通过GPIB与其他控制系统相连接，并留有RS485口作为扩展可连接其他控制机构等。

该PC端人机交互界面的开发环境是力控公司自主开发的力控组态软件，该软件主要由组态软件开发环境、I/O Server、数据服务、扩展组件及加密狗驱动五个部分组成。在力控环境下可进行程序的开发、测试、、打包等操作；I/O Server提供了PLC、OPC、FCS、微软DDE、OPC、力控仿真驱动等众多组件及设备的驱动可供连接组态软件和现场设备；数据服务即保证开发应用在运行状态下调用实施数据库DB可用于监视数据变量，并为其他WinAPI提供DDE的会话服务及主题（DB|DB）；扩展组件包括控制策略、日志系统、OPC Server、Port Server、ODBC Router等拓展服务，可用于监视组态软件的组件及设备的运行状态、构建工作站、提供实时数据库的转储及控制操作等。

本系统主要用到的是力控开发环境编辑组态软件控制界面，I/O Server监视界面与PLC的数据通讯，实时数据库DB监控组态软件实时数据库运行信息、日志系统记录系统运行信息及ODBC Router转储实时数据库DB至ODBC，生成相应的Excel数据文件甚至Access应用程序以得到符合用户需求的变量或反之由ODBC转储至DB即可实现其他设备或API与组态软件的通讯从而控制PLC执行单元的操作。

PC端控制软件开发工程中综合运用了三维力控组态软件、3dsMAX、Flash、VB、Access等应用软件。PC端组态软件监控系统的分辨率为1024×768像素，为保证伺服控制系统的安全运行，该软件设计过程中将页面设为SPLASH窗口属性且保持窗口焦点。只有在退出该系统后，才能进行其他软件的操作。组态软件主要由欢迎界面、系统管理界面、用户帐户管理、控制界面、操作指南、技术支持机软件版本信息等几个部分组成。各界面的基本操作方法及属性与触摸屏端组态软件类似。

PC端组态软件欢迎界面，主菜单有“系统管理”、“用户帐户”、“控制界面”、“操作指南”、“技术支持”及“关于软件”等六个操作选项。其中用户帐户管理菜单、控制界面进入选项均需用户登录后方能查看。而“操作指南”、“技术支持”、“关于软件”信息则游客亦可浏览。其中点击“用户帐户”及“控制界面”按键后亦可弹出登录窗口，若用户登录不成功，则不能进行此二部分的设定及操作。

伺服控制操作界面主要分为平台控制、主机控制、运动反馈、数据转储、动画监视等几个主要部分组成。如图2所示。

该文通过编制基于触摸屏的PLC控制系统操作软件及基于PC端的PLC控制系统组态软件，在EasyBuilder、三维力控等组态软件环境下，实现了触摸屏及PC机端软件的功能，满足了本系统按照测试要求完成对水听器进行检测的目的，实现了本上位机端软件与实际系统联调及测试。

参考文献

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