基于 Visual Basic.net开发 风电机组监控系统人机界面

吴光宇

（哈电发电设备国家工程研究中心有限公司，哈尔滨 150040）

1 引言

风力发电机组的人机界面是工作人员与机组之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是风电机组监控系统的重要组成部分。人机界面因其界面友好、直观、操作简单和符合专业习惯等优点受到了风电企业的广泛欢迎。具备可视化的功能是风电系统应用软件开发的趋势。

随着计算机技术的发展，微软公司于2003年发布Visual Basic 2003.net，其支持托管代码机制的开发环境，彻底支持面向对象的编程机制，为开发人员提供了更为便捷，高效的编程工具，同时对嵌入式系统的开发，提供了更有力的支持[1]。本文中开发的软件就是充分利用VB.net的强大功能，仅利用很短的开发周期，投入很小的成本就可以实现风电机组人机界面的开发，并且软件后期维护和升级非常便捷。

2 利用VB.net开发人机界面的窗体

2.1 窗体的设计

窗体的主要功能是提供交换式的界面，通过窗体可以进行数据的输入、设置、显示、修改等功能。窗体是一个集合对象，在VB编程界面中，在工具箱里提供了用户需要的各种功能控件，通过拖拽可以在窗体中增加或减少控件，并且可以设置窗体和控件的属性，例如窗体的颜色、尺寸、文本等参数。

如图1为风电机组人机界面的窗体编程界面，其中左边为工具箱，中间为窗体区，右边为属性栏。首先，新建windows窗体，在右边属性栏中对窗体的名称、尺寸、颜色、文本字体等属性进行设置。然后从工具栏中拖拽各种控件到窗体中，再对各控件基本属性进行设置，最后保存该窗体。通过上述工作，完成了一个操作简单，直观的风电机组人机界面窗体编程界面。

图1 可视化的用户界面

2.2 控件的设计

在VB.NET编程环境中，控件是窗体中的各个执行元件，这些控件放在工具箱中。使用控件时，首先用鼠标把控件拖拽到窗体区，用户可以在右边属性栏中，对其尺寸、位置、颜色、文本内容等属性进行设置。然后对控件事件进行编程，可以实现用户要求的各种功能。

如图1，其中包含Button、Picturebox 、Label、Timer等控件，各控件文本名称对应风机各项运行参数，各传感器读数，以及机组的控制按钮。为了使控件能实现输入、设置、修改、显示等功能，还需要对控件赋以事件。在VB编程环境中，需要对每个控件编写后台代码，通过定义变量、为变量赋值、数学运算、逻辑判断等代码来实现控件的相应功能，如图2所示。

图2 对控件赋以事件

3 人机界面与PLC控制器的通信

3.1 PLC控制器

本文介绍的系统是以倍福PLC控制器为下位机，工业平板电脑为上位机的监控系统，系统结构如图3所示。在此系统中，PLC控制器通过以太网与上位机进行通信连接，控制器中的IO端口和以太网、Perfibus、CAN等工业总线连接各种传感器和机组的各部件，如风向标、风速仪、编码器、温度传感器、变频器、变桨机构、偏航机构、机械刹车等。人机界面程序通过与控制器中的PLC程序进行实时通信来实现数据的交换，由PLC控制器通过IO端口输入输出模拟量、数字量，和总线通信方式以实现对机组各个部件及相关传感器的监控。

图3 风机监控系统结构示意图

3.2 人机界面与PCL程序的通信连接

在窗体和控件设计完成后，需要在VB.NET代码编译界面中添加引用倍福ADS通信协议，来建立人机界面与PLC控制器之间的通信连接，通过给各控件赋以触发事件实现数据的交换，如图4所示，在VB代码语句中，通过寻找PLC控制器的NET.ID与端口号建立连接，实现对PLC程序中的变量进行写入和读取，实现上位机与下位机的通信连接。

在系统运行过程中，人机界面程序与PLC实时通信，从而保证界面上显示的数据与现场实际数据的一致性，操作人员在上位机上发出操作命令和设定参数都可以实时送到PLC，PLC采集的风机运行参数及传感器数据实时返回到上位机显示，从而实现整个机组的监控。

图4 VB程序与PLC程序的通信连接

4 应用程序的生成与使用

在窗体与控件设计完成，通信连接建立完成后，需要生成Windows可执行程序，首先将设计完成的窗体和后台代码保存，再生成可执行文件到指定路径，最后到该路径中找到可执行文件，双击打开。图5即为风电机组人机界面程序，在该程序中，用户可以实时监测到风速、风向、发电机转子转速、定子电压电流、电机输出功率、功率因数、三相绕组温度、电机轴承温度等参数，用户可根据传感器数据和风机运行参数点击按钮控件对机组进行手动变桨、偏航、电磁制动、机械制动等控制，从而实现整个风电机组的实时监控。

图5 风电机组人机界面在Windows下运行

5 结论

本文提出并研究了基于Visual Basic.net进行开发风电机组人机界面软件的新方法，充分利用了Visual Basic.net强大的可视化功能，使开发人员更专注于控制策略和逻辑算法的研究与实现，避免了可视化模块的开发。经过实验证明，利用Visual Basic.net 发开风电机组人机界面，具有功能完备、可靠性高、开发周期短、效率高等优点，为风电机组监控系统软件的开发提供了一种有效的新途径。

[1] 李万红,梁亮.Visual Basic.NET程序设计入门[M].北京：清华大学出版社,2003.