应用HMI实现多通道温场计量的数据采集

谈太良

（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北 钟祥 431910）

JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》中详细阐述了环境试验设备的测量过程及要求。应用工业触摸屏HMI 与前端温度RTD 传感器和湿度HC2 传感器采集模块，通过RS485（自定义协议）进行连接，可以稳定高效地实现多通道温场的温度和湿度数据采集，用户可以根据现场测试要求，灵活地配置传感器通道，并实时进行记录、曲线监控及数据存储，满足了JJF1101 校准规范的测试技术要求[1]。

1 功能描述

1.1 首页

主界面包括显示窗口和设置按钮，以6 通道温湿度计量系统为例，通道可以根据系统的设置针对性地显示通道温度（℃）值或相对湿度（%RH）值。系统的RTC 时钟由HMI 的锂电池供电以保证断电后仍能正确计时，如显示2021-02-02（TUE）08:34:39。计量系统可以针对实时通道数据进行USB 截图（扩展可实现截图热敏打印），U 盘scr＊.bmp 是截图文件的完整路径。整体HMI 的图像分辨率为长800×宽400，外观尺寸4.3 寸的显示屏可以用较高的清晰度显示内容[2]。

1.2 曲线

HMI 调用趋势图元件对6 通道的温湿度数据进行实时曲线显示，各个通道的寄存器上限分别对应RW1、RW5、RW9、RW13、RW17 和RW21。调用LB501 位寄存器可以实现曲线的数据清屏，以满足调试的数据查看。如果想针对性地显示曲线数据，可以点击“CH1”～“CH6”按钮（分别对应LB101.0～LB101.5），针对性地隐藏和显示通道曲线。6 个通道的实时数值保存在寄存器LW301、LW303、LW305、LW307、LW309 和LW311 中。

1.3 报表

调用历史数据显示元件可以实现6 通道温湿度数据的报表记录功能，曲线和报表周期（秒）可以通过RW200 寄存器设置。用户应用历史数据显示元件配置LW301 开始的6 个单精度浮点数数据寄存器，通过LB500 位进行暂停清除，历史数据以CSV 表格的形式保存至USB DISK1 外部存储设备的table 子目录中，为了便于用于查看，将标题栏名称分别设置为：日期、时间、CH1、CH2、CH3、CH4、CH5 和CH6。

1.4 设置

用户可以对HMI 触摸屏的硬件参数进行设置，RTC 年（LW10005 寄存器）、RTC 月（LW10004 寄存器）、RTC 日（LW10003 寄存器）、RTC 时（LW10002 寄存器）、RTC 分（LW10001 寄存器）、RTC 秒（LW10000 寄存器）。HMI 背光休眠时间（LW10011 寄存器），背光亮度调节（LW9140寄存器），HMI 蜂鸣器启停（LW10012 寄存器）。由于温场的曲线纵轴数值范围不同，温度RTD 范围-200℃～850℃，湿度HC2 范围0%RH～100%RH，纵轴标尺过大或过小都不能合适地呈现出通道数据的变化情况。因此，将CH1～CH6 通道的纵轴标尺分别设置，如：CH1 通道使用RW1 寄存器（下限值）、RW3 寄存器（上限值）。针对外置U 盘数据存储和导出，详细路径如下[3]：

U 盘export able＊.csv 是存CSV 的导出文件。

U 盘 rendHistory Trend＊.csv 是曲线数据。

U 盘 rendHistory Data＊.csv 是报表数据。

U 盘scr＊.bmp 是截图文件。

图1 首页界面Fig.1 Home page interface

图2 曲线界面Fig.2 Curve interface

图3 报表界面Fig.3 Report interface

2 自定义协议

2.1 底层驱动

触摸屏HMI 自定义协议的串口驱动，目前可以支持3 个串口同时定制非标自由口协议，分别为：Customized UART protocol-1，Customized UART protocol-2，Customized UART protocol-3，可对应3 个串口。组态编辑的使用方式同其他的PLC 组态方式一样，直接连接屏即可，通过LW 和LB 寄存器进行数据的交换[4,5]。Cusomized UART Protocolx 目录中的COMx.c 由用户编写，应用C 语言编写代码至void ProcessComx（int fd）函数中，编写好程序后，只需运行“build.bat”批处理文件即可生成驱动文件，生成的驱动文件位于目录下安装目录libplc 中，名称为“Customized UART protocolx.so”和“Customized UART protocolx.ge”。目前，串口支持的波特率为4800，9600，19200，38400，57600 和115200，HMI 的3 个串口模式为COM0：232/485/422，COM1：232/485/422，COM2：232。

2.2 调试

HMI 通过自定义协议的寄存器LW10、LW20、LW30、LW40、LW50、LW60 读取RTD 的原始电阻（Ω）值。由于前段硬件采集模块的低温漂采样电阻自身存在偏差，需要逐个将通道接入标准电阻箱的固定阻值，RTD 为Pt100时，选用100Ω。此时调整各个通道的修正值，依次存入寄存器R19、R29、R39、R49、R59 和R69，以实现各个RTD 采集通道的准确度要求。此外，由于前端多功能采集模块的传感器类型需要人工设置，如RTD 时采集电阻值，HC2 时采集电压值，在HMI 界面上逐个通道都添加了设置按钮，如1 通道使用LB1（设置RTD 类型）、LB2（设置HC2 类型），其它通道类似。JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》中既有温度通道，又有湿度通道。设置RB 寄存器中的位标识，来决定通道内的数值类型，如：RB.1 是1 通道，RB.2 是2 通道，以此类推。为了实现HMI 的数据联调和扩展，在网络设备配置处，设置IP 地址192.168.0.7，端口号502，通讯协议Modbus TCP Slave，站号1。这样远端PC 或者PLC 可以通过modbus tcp 协议对HMI 温场数据采集设备进行实时数据交互，以实现设备的灵活应用。

2.3 自定义函数

用全功能版的cygwin 覆盖EV5000 中文件，在cygwin 所在目录新建一个名为customized_driver 文件夹，在custmoized_driver 目录下是3 个文件夹，分别代表可自定义的3 种自由协议，Cusomized UART Protocolx 目录中COMx.c 由用户编写。COMx.c 编写好后，运行build.bat 批处理文件，即可在libplc目录生成Customized UART protocolx.so 驱动，Customized UART protocolx.ge 是与该驱动配套的文件，固定不变。串口自定义协议的驱动，目前可以支持3 个串口同时定制自由协议，分别为Customized UART protocol1，Customized UART protocol2，Customized UART protocol3，可对应3 个串口。组态的使用方式同其他的PLC 组态方式一样，直接连接屏即可，通过LW 和LB 寄存器进行数据的交换。需要用户实现的函数void ProcessComx(int fd)调用方式：周期执行，间隔可调用Delay 函数来加大循环周期，fd 为串口句柄功能：用户程序的“main 函数”。13 个自定义调用的API 函数包括：

图4 设置界面Fig.4 Setting interface

图5 调试界面Fig.5 Debug interface

1）void Delay（int ms）功 能：用于延 迟ProcessComx 的运行周期，防止频繁读写，减轻控制器的压力。

2）int ReadData（int fd,unsigned char＊read_buff,int count,int m）功能：从串口读取count 个数据，存放在red_buff 中，ms 是读数据超时时间。

3）int WriteData（int fd,unsigned char＊read_buff,int count）功能：从串口发送count个数据，发送数据存放在read_buff 中。

4）unsigned short Read_LW（unsigned int n）功能：读取LWn 的寄存器的值。

5）void Write_LW（unsigned int n,unsigned short val）功能：将val 写入LWn 的寄存器。

6）void CopyToLW（unsigned int offset,const void ＊src,int n）功能：由src 所指的内存区域复制n 个字节到Lw_offset 所在的内存区域。

7）void CopyFromLW（unsigned int offset,const void ＊src,int n）功能：由Lw_offset 所在的内存区域到src 所指的内存区域复制n 个字节。

8）void SetLBON（unsigned int n）功能：设置LBn 寄存器为1。

9）void SetLBOFF（unsigned int n）功能：设置LBn 寄存器为0。

10）int GetLB（unsigned int n）功能：读取LBn 寄存器的状态。

11）int SetLWBON（unsigned int n,unsigned int offset）功能：设置LW.b 寄存器为1，如设置LW5.4，则n=5，offset=4。

12）int SetLWBOFF（unsigned int n,unsigned int offset）功能：设置LW.b 寄存器为0，如设置LW5.4，则n=5，offset=4。

13）int GetLWB（unsigned int n，unsigned int offset）功能：读取LW.b 寄存器的状态，如设置LW5.4，则n=5，offset=4。

3 系统参数

在拓扑结构窗口双击HMI 图标或在HMI 图标上右击，选择右键中的“属性”，均可打开【HMI 属性】，以配置HMI 相关的系统参数以及部分元件的辅助参数设置。当未触控HMI 屏幕的持续时间等于此设置值时，HMI 自动关闭屏幕背光灯进入节能状态；当HMI 屏幕再次有触控操作时，可结束节能状态点亮屏幕背光灯。设定时间的单位为分钟，初始默认值为10min。报警/事件发生时自动打开背光灯，HMI 进入节能状态后，如有用户报警或事件触发，则自动将HMI 屏幕背光点亮。当未触控HMI 屏幕的持续时间等于此设置值时，屏幕画面可切换至设定的【屏保使用窗口】；HMI 进入屏保状态后，当HMI 屏幕再次有触控操作时，可结束屏保状态。设定时间的单位为分钟，初始默认值为10min。屏保使用窗口指定HMI 进入屏保状态后要切换的目的窗口，屏保结束时返回原窗口是设置HMI 结束屏保状态后是否将画面切换至进入屏保状态前的窗口画面；如未勾选，则当HMI 结束屏保状态时会继续停留在屏保窗口。设置是否允许将HMI 中的组态工程上传至PC 机或外部存储器指定位置，初始默认密码为：888888。注意：上传密码不能为空或0。设置是否允许将从HMI 中上传上来的组态工程文件即pkg 文件反编译成Kinco HMIware 可编辑的wpj 文件，初始默认密码为：888888。HMI 的系统参数多采用默认设置。

图6 HMI Manager设置界面Fig.6 HMI Manager setting interface

4 版本升级

KHManager 包含7 个处理模块：【下载处理】【上传处理】【系统处理】【获取版本】【反编译处理】【串口穿透通讯】【虚拟串口穿透通讯】。【通讯参数设置】：显示当前KHManager 使用的下载方式。点击【设置】可修改当前下载方式。【上页】/【下页】：点击【上/下页】在7 个处理模块之间跳转。【退出】：退出KHManager 界面。打开KHManager 的方法有很多种，包括：从PC 的【开始】菜单打开，双击桌面KHManager 快捷方式打开，从Kinco HMIware 软件【工具】菜单打开，单击【工具】菜单—单击【系统处理】/【HMI 版本信息】/【上传配方】/【下载配方】/【上传启动画面】/【下载启动画面】/【上传工程】/【反编译】均可打开【KHManager】界面。在Kinco HMIware 安装目录下双击【KHManager.exe】打开。

5 结论

本文阐述了工业触摸屏HMI 通过自定义协议与硬件采集模块连接，实现多通道温场计量数据采集的实现过程。以6 通道采集为例，依据JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》，通过HMI 组态软件配置温场计量的首页、曲线页、报表页、设置页、采集页和调试页界面。应用C 语言在COMx.c 文件的循环进程中编写协议栈完成串口驱动，实现工业HMI 与前端硬件采集模块的连接。经应用测试，所研发的触摸屏HMI 温场计量设备可以稳定可靠地实现温湿度数据采集，实现多通道温场计量的自动化，减少了现场计量的劳动强度，同时保证了测试的准确性。