HMI在船舶角度指示器中的应用

王鹏，秦珩



HMI在船舶角度指示器中的应用

王鹏，秦珩

（海军青岛地区装备修理监修室，山东青岛 266002）

本文分析了船舶角度指示器的功能特点，工作原理。重点介绍了威纶HMI在该项目中的应用，譬如HMI的界面设计，EB8000软件的使用方法，如何实现HMI的自由通讯协议，如何编写宏指令等。正是因为HMI的强大功能，才使得该项目方案的硬件结构十分简单，用户只需花很少的精力去处理HMI以外的工作。而图控软件EB8000不仅可以编辑图形界面，还可以运用宏指令编写一些功能特殊的函数，为HMI的开发提供了极大的便利。

角度指示器 HMI 宏指令

0 引言

在船舶工程应用中，很多地方都会用到角度指示器，例如舱门的开启和闭合、吊桥的开启和闭合、艏舵、艉舵等。测量准确、图形显示直观的角度指示器，给船舶操控者带来很大的帮助。

我们研制的HG-A-001型角度指示器采用精密的角度传感器采集角度信号，精度可达0.1°；显示部分采用带触摸功能彩色液晶屏，配以精美的显示图片和宏指令，具有操控方便，界面显示形象直观，工作稳定可靠的特点。

HMI是Human Machine Interface的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与用户可以接受形式之间的转换。高度智能化的HMI能够自动完成画面切换和输入法等功能。

1 系统设计

1.1 工作原理

HG-A-001型角度指示器主要由三部分组成，角度传感器、信号采集部分、角度显示部分。其功能框图如下图所示。

图1 系统方框图

工作过程如下：信号采集模块采集角度传感器的4~20 mA信号，经过ADC转换为数字信号，并通过RS232送到HMI进行显示。HMI除了显示角度数据，还要完成报警功能和设置功能。

1.2 设计方案

1) 角度传感器：输出4~20 mA电流，密封防水设计，外观精美，安装在被测物体的转轴上，被测物体转动时带动角度传感器一起转动。其主要特性如下：

电气行程：0-360°

机械行程：0-360°

供电电压：15-24VDC

输出电压：4-20 mA

分辨率：0.088°

图2 角度传感器

2) 信号采集模块：以MCS-51单片机为主控制芯片，具有成本低，结构简单，性能稳定的特点。其工作原理为：接收角度传感器的4~20 mA电流信号，经ADC转换，形成数字信号，送入单片机。单片机再将转换结果通过串口送HMI显示。

该模块可同时采集四路角度信号，设计上采用电子开关分时切换，共用一个ADC的方法来实现。

3）显示部分：使用的威纶HMI，型号MT6070iH，软件EB8000V465.02。其主要特性如下：

显示器：7”、Widescreen

处理器：32 Bit RISC 400MHz

COM1 (RS-232/RS-485 2W/4W)

COM2 (RS232); COM3(RS232/RS-485 2W)

USB host: USB 1.1x1

USB Client: USB 2.0x1

电源输入：24±20%VDC,250Ma@24VDC

内存（DRAM）：64MB DDR2 on board

闪存：128MB flash memory on board

通讯口：3组异步式串行通讯端口

由以上信息可以看出，威纶HMI不仅仅是显示器，其自带的高性能处理器，可以进行各种逻辑运算和复杂的数据运算。另外还带有记忆保持单元，失电后能保持数据不被修改。

2 系统功能实现

2.1 系统需求分析

系统工作过程中需要处理的判断和操作很多，归纳如下：

1) 四路角度信号输入；

2) 测量精度0.5°，显示精度1°；

3) 角度显示要平稳，不可以跳动；

4) 可以设置报警角度；

5) 报警状态具有自动清除和手动清除功能；

6) 具有设置校零功能；

7) 具有设置角度正反向功能。

2.2 信号采集模块程序

使用KEIL2进行开发，主要包括系统初始化函数、ADC转换函数、定时器处理函数、串口处理函数等。

由于电路采用的是12位的ADC芯片，当角度为0时，输出4 mA电流，AD值为819；当角度为360时，输出20 mA电流，AD值为4096；由此计算测量结果的分辨率为：

完全可以满足系统要求。

为了达到平滑连贯的角度显示效果，采集模块需要进行多次采集，取平均值后，再将数据送HMI显示，且必须至少0.5 s内更新一次角度值。

该ADC为串行芯片，一次转换大约需要800 μs的时间，为此计算扫描一次的时间为

=1××= 800×64×4

=204800 μs

式中，1为单次ADC转换时间，为一个通道重复采集的次数，为要采集的通道数。计算得出扫描周期为20.48 ms，低于系统要求的50 ms。

2.3 HMI图形界面的实现

该项目使用EB8000图控软件编辑图形界面，EB8000是一款人机界面领域的经典软件，也是目前市场上最流行的软件之一。

EB8000拥有丰富的元件库。这里使用了多状态指示灯、表针元件、数值显示元件、数值输入元件等构成主工作界面。

另外，该项目还设计了一个密码输入界面和一个参数设置界面。

2.4 HMI自由通讯协议的实现

威纶HMI支持开放的自由通讯协议，可通过宏指令编写通讯程序，实现与非标准通讯协议设备的连接。由于该项目中HMI连接的是单片机，而不是PLC，所以必须使用HMI的自由通讯协议功能。

图3 主工作界面

利用自由通信协议时必须进行以下设置：

1）PLC类型要设置为Free Protocol

2）双方通信参数设置要完全一致。EB8000在【编辑】->【系统参数设置】中做如下设置：

COM: COM1；

波特率: 9600；

数据位: 8Bits；

校验: None；

停止位: 1Bit。

3）在收发宏指令收到一组数据时要及时清除串口缓冲寄存器的内容,如PURGE(1)就是清除串口1缓冲寄存器内容

4）自由通信协议需要用到收发宏指令(OUTPORT为触摸屏发送数据到下位机,INPORT为下位机发送数据到触摸屏)。

2.5 宏指令设计

威纶HMI的宏指令是由各种语句组成的。这些语句包含常数、变量和各种运算符。宏指令提供了应用程序之外附加的你所需要的功能。它可以担负执行譬如复杂的运算、字符串处理，和使用者与工程之间的交流等功能。

一个宏指令必须有一个且只有一个主函数，用来开始宏指令的执行。格式为：

macro_command 函数名称()

程序语句

end macro_command

本项目的多个地方需要用到宏指令。下面就以登录界面的输入密码功能为例进行说明。

在EB8000界面中点击“工具/宏指令”，在弹出的窗口中点击“新增”，打开宏指令编辑窗口，编写程序如下。

macro_command main()

int password_1

char char1 = 0

GetData(password_1, "Local HMI", LW, 8, 1)

if password_1 == 600949 then

char1 = 12

SetData(char1, "Local HMI", LW, 5, 1)

end if

char1 = 0

SetData(char1, "Local HMI", LW, 8, 1)

end macro_command

给这个宏指令取名为“micro_password”,其实现功能就是当输入密码后，点击确认键，判断输入的密码是否正确。如果密码正确，则打开设置界面。

关闭宏指令窗口后，返回到输入密码画面，选取“确认键”，右击“确认键”，选取“属性”，打开属性窗口。

在“一般属性里”，选取“触发宏指令”，并在宏指令选择框里，选择“micro_password”。这样，用户在点击“确认键”后，就可以触发“micro_password”里的程序了。我们可以使用EB8000的“在线模拟”和“离线模拟”功能进行验证。

该系统还需建立以下几个宏指令：

接收单片机串口数据的宏指令；

消音键处理宏指令；

校零键处理宏指令；

反向键处理宏指令；

等待。

3 结论

本文介绍了一个船舶上使用的角度指示器的设计和实现的要点。该设备与现有的数码管显示的产品相比，具有精度高，测量准确，画面生动直观的特点；与现有的工控机产品相比，具有体积小，价格低廉的特点。

该产品在某舰艇上成功投入使用一年多时间，实践证明，该产品可靠性好，抗干扰能力强，硬件接线简单，易于维护。HMI现场操作简单方便，稳定可靠，这些优点使得该产品在船舶自动化控制中有很大的应用前景。

本文的创新点在于将HMI监控技术引入船舶角度指示器领域，增强了产品功能，拓展了船舶角度指示器的应用范围，降低了产品成本，具有较好的经济效益。

[1] 谭一川，陈曾汉. HMI在烟草行业能源管理系统中的应用.计算机信息. 管控一体化, 2009, 25(3) : 31-32.

[2] EB8000人机界面使用说明书和软件使用手册. 台湾威纶科技公司, 2009.

[3] 陈光东. 单片微型计算机原理及其C语言程序设计. 武汉：华中理工大学出版社, 2004: 184-185.

The Applications of HMI to Ship Angle Indicator

Wang Peng, Qin Hen

（Repairing and Supervising Room of Naval Equipment in Qindao Area, Qindao 266002, Shandong, China）

This paper analyzes the features and working principle of an angle indicator for ship. It highlights the applications of Wei Lun highlights HMI to a project, such as HMI interface design, the use of EB8000 software, how to achieve freedom HMI communication protocol, and how to program macros. It is precise because the HMI powerful, which makes the hardware structure of the project plan simple. For this, users only need to pay less attention to the out of HMI. Not only the control software EB8000 can edit the graphical interface, but also you can use macros to write some features special functions for the development of HMI provides a great convenience.

angle indicator; HMI; Macro

TP391

A

1003-4862（2014）12-0039-03

2014-08-12

王鹏（1979-），男，工程师。研究方向：舰船动力系统。