矿用架空人车设计方案

1 矿用架空人车设计方案 1 概述 用架空人车的概况 矿用架空人车为矿山长距离安全快速地人员运输提供了经济使用的解决方案。其工作原理类似于地面旅游索道，它通过电动机传动减速机上的摩擦轮作为驱动装置，以架空、无极循环的钢丝绳作为牵引承载，此钢丝绳靠尾轮张紧装置进行张紧和绳长调节，沿途采用托绳支撑，以维持钢丝绳在托轮间的贴合力；抱索器将乘人抱索器或物料箱与钢丝绳连接并循环运行，从而实现运送人员及物料的目的。其优势能长期运输，实现无人值守和远程智能监控运行，无需专门操作司机，维护工作量较少。这种矿用架空人车与 斜井人车运输相比较，具有更安全使用、运送能力大、动力消耗小，设备结构简单、维护工作量小等优点，深受井下工人的欢迎，大大提高了井下辅助运输的效率。 与国内快速发展的煤矿采掘机械化水平相比，矿井辅助运输明显落后，已成为制约我国煤炭生产发展的主要因素之一。利用架空乘人装置运送井下人员，减少工人上下班的时间和体力消耗，对矿井的高产高效起到推动作用。 矿用架空人车的最新发展方向呈现大运量、高速度、集中控制、稳定安全等特点。具有大运量、连续运输、连续变坡拐弯的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明 显。地下矿用架空人车也是煤矿乘人装置最为理想的高效连续辅助运输设备，特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井，地下矿用架空人车已成为矿井辅助运输机电一体化技术与装备的关键设备。随着高产高效矿井的发展，矿用架空人车的各项功能指标有了很大提高。 究目的和意义 斜井人车是运送现场作业人员的重要设备，其工作性能既关系到安全生产，又影响设备的效率。传统的斜井人员运输，多是采用斜井绞车拖动斜井人车，工作效率低，影响行 2 车安全的因素多，运行和维护成本高。因此，采用巷道内的架空运人缆车对原系统进行改造是一个理想的技术方案 。缆车运人系统的电机功率远远小于绞车的电机功率，可节约大量的电能，降低运行成本，系统的结构简单，维护方便，并且能够连续工作，运人效率高。但是，在缆车运人系统中，巷道中设有拉线开关，在紧急情况下需轿厢内人员将身体探出轿厢拉动拉线，操作人员的人身安全难以保证，存在严重的安全隐患。为进一步提高运人缆车运行与管理的现代化水平和操作的安全性能，应用计算机控制技术、测控技术和通讯技术，进行了 基于 物联网 的 矿山井下架空人 车 监控 系统设计 。 设计将通过无线通讯技术、计算机技术、网络通讯技术可测控技术的综合应用，形成一个具有无线 操作控制、语音通讯、轿厢检测和独立音乐播放功能的矿山架空缆车无线通讯与控制系统。项目的研究成果将大大提高架空运人缆车的技术性能和安全性能，可在保证安全生产和提高人车安全及管理水平方面发挥积极作用。 物联网技术是一项蓬勃发展的新兴技术，受到国内外测控领域的普遍关注，其应用可以涉足到社会生产和生活的各个领域。在我国一些在该领域走在世界的前列，在环境监测和环境控制等领域取得了一些应用成果。但是，这是一项全新的技术领域，与其相关的很多技术问题需要不断发展和完善。 计内容 本次设计的内容是 矿井架空人车无线监 控系统上位机设计，具体包括以下几个方面的内容： 组态王人机界面、数据处理模块、数据存储模块、接口转换电路、语音通讯模块五部分 。系统结构设计如图 1示。 3 0 图 1统结构设计图 组态王人机界面：将窗体、命令按钮、文本框、选择框等对象按照用户的需要有机的组合在一起。组态王通过和底层单片机通讯，访问相关设备寄存器来获得各设备的运行情况，并通过动画连接等显示出来。 数据处理模块：系统中实时数据由单片机进行采集、转换，并且由单片机通过通用单片机 组态王要读取单片机数据时 ，将会向单片机发送基于该协议的读命令包，单片机响应后，将数据发送给组态王，进而对数据进行处理。 数据存储模块：组态王可以对单片机采集的数据进行存储，方便日后对数据的整理和查询。 接口转换电路：通过接口转换电路组态王可以与节点机进行通讯和数据交换。 语音通讯模块：语音信号的采集与播放采用 块。 基于 术的低比特率、高质量语音压缩算法，具有语音音质好和编码速率低等优点，在芯片内部有相互独立的语音编码单元和解码单元，可同时完成语音的编码和解码任务。并且所有的编码和解码操作都能在芯片内 部完成，不需要额外的存储器。这些特性使它非常适合于数字语音通信、语音存储以及其它需要对语音进行数字处理的场合。 系统设计完成之后，控制室可通过组态王界面对系统的运行过程进行监控和控制，也可以一对一选择不同缆车进行通讯，每个缆车中工人也可以主动要求与控制室通讯，实现双向通讯。 4 2 总体设计方案 本次设计所要设计的上位机，首先要有良好的可视化界面，在完善功能的基础上对界面进行美观和复杂化，并对各个功能进行扩展，提高其应用的普通型。对各个功能按钮进行程序设计，实现各部分功能，完成调试，实现 。与单片机进行通信，最终实现人机界面。 数据的处理和存储都是由组态王软件完成。 在与轿厢机语音通信方面，采用 此外在与节点机连接时，需要一个接口转换电路。 统功能与组成 统所要实现的功能 （ 1）系统能够对人车的运行状态进行监控； （ 2）系统能够对节点机发送来的数据进行接受和处理，并提供相应的可视化菜单； （ 3）系统能够对轿厢机发送相应的控制信号； 5 （ 4）系统能够在遇到异常情况发生报警信号的时候，对报警信息进行处理； （ 5）系统能够一对一选择不同 的轿厢进行通讯，每个轿厢中的工人也可主动要求与控制室通讯，实现双向通讯。 统的组成 根据系统的设计及控制要求，系统可分为以组态王为基础的人机界面、接口转换电路、语音通讯模块三大部分。 （ 1） 人机界面 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人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。 人机界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是 计算机系统 的重要组成部分。是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。人机结合面是 人机系统 中的中心 环节，主要由安全工程学的分支学科 安全人机工程学 去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及 安全系统 工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。现在大量运用在 工业 与 商业 上，简单的区分为 “ 输入 ” （ “ 输出 ” （ 种，输入指的是由人来进行 机械 或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输 出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而目前市面上所指的人机接口则多界狭义的指在 软件 人性化的操作接口上。 （ 2） 接口转换电路 随着计算机产业的不断发展， 口越来越成为主流。由于其支持热插拔且数据传输速度越来越快的优点， 经成为计算机的标准接口。然而在工业领 域，工业产品的接口技术发展相对缓慢，工业现场中的许多设备仍然使用 外 们的传输线少，速度快，可靠性高。但是往往工业产品所需要的控制程序还是在基于计算机的软件里完成，比如可编程控制器、人机界面、变频器 6 等等，需要将计算机里的控制程序下载到工业产品里。 目前很多厂家开发了这种转换技术，但很多转换器只提供 口中的一种或两种，并且大多转换器的 拟串口”来实现，在实际应用中很不方便。为了适应这种现实情况，很有必要使用 时提供这三种接口来实现计算机与带有此接口的设备之间的数据传输。 （ 3） 语音通讯模块 主 控 制 模 块A M B E - 1 0 0 0C S P 1 0 2 7模 拟 放 大话 筒 、 喇 叭图 2音通信模块框图 语音处理模块的框图如图所示，其中 语音处理模块的核心，它起 到 解压语音信息的功能。当压码时，它通过话筒采集语音信息，将其压缩，然后被主控制芯片读取，将语音数据必送出去。处于解码状态时，主控制芯片将语音处理发送给语音芯片，语音芯片解压语音编码，能过 D/A 转换器，然后将模拟信号放大，再 通过喇叭广播出去。 7 4 接口转换电路的设计 在微机领域中 ， 最流行的串行数据总线 ， 而在工业控制领域中 ， 疑是目前最流行不过的串行通讯总线了 。 在工业应用系统中 ， 常需要解决 互通讯的问题 。 本 设计 以 司的桥接器芯片 核心设计和实现了 转换器 。 口数据通讯 线标准简介 缩写 ， 中文含义是 “ 通用串行总线 ” 。 它是一种应 用在 在微机领域广泛应用 ,主要具有以下优点 ： 可以热插拔 ；携带方便 ； 标准统一 ； 可以连接多个设备 。 可以同时连接几个设备 ， 如果接上一个有 4个端口的 就可以再连上 4个 备 ， 以此类推连下去 。 8 线标准简介 在工业控制数据通讯中 ， 因此具有抑制共模干扰的能力 。 加上总线收发器具有高灵敏度 ， 能检测低至 200 故传输信号能在 10009200m ，用于多点互连时非常方便 ， 可以省掉许多信号线 。 应用 其允许最多并联 32台驱动器和 32台接收器 。 能半双工工作 ， 发收不能同时进行 ，但它只需一对双绞线 。 通讯 在工业控制中 ， 需要在 这样 ， 可以通过 以下对 讯接口进行设计 。 讯接口的结构 讯接口的结构如图 4示 。 我们使用芯片 为 然后再使用 由 因此在 间再加上一个驱动芯片 1细的电路图如图 4 图 4讯接口结构 9 讯接口的电路原理 图 4 图中左边的 线结构 ,其中 1号线是电源线 4号线是地线 2 、 3号线分别是差模信号数据线 +。 图 4讯接口的电路原理图 能说明 此通讯接口电路中的核心部件是 一种高度集成的 提供一个使用最小化的元件和 该芯片包 含一个 荡器、512个字节的 所有功能都集成在一个 5C 中 。 所示 。 荡器、 512个字节的 压调节器和带有调制解调器控制信号的通用异步串行数据传输端口 ( 的 12并且集成了 10 图 4 这样便于 当在总线上检测到终止信号时 ， 在进入终止模式时 ， 号 。 /位后也会输出 ， 直到在 (1) 在 (2)在总线上检测到一个 位信号 ； (3)备硬件复位 。 有一点要注意的是 ： 脚在 如果此时对设计的电路有影响 ， 可以在 /0下拉电阻 。 X(发送 )和 收 )数据信号以及 持 手协议 。 由在微机上通过软件编程设置 ， 所支持的数据格式和波特率如表 1 所示 。 11 2这个内置的 产品代码 ， 产品描述字符串 ， 功率 ， 设备版本号和序列号等数据 。注意对于连接到同一个 的多个 需要惟一的序列号 。 12 电压调节器的 3V 电压从 使得外部的设备可以从 提取电源 。 能说明 85 与 其中的 A、 85总线 ； 85 信号允许引脚 ； 85信号转换 / 85信号转换 许引脚 ，低电平有效 ； 5V 直流电源 。 机与设备通过 数据通讯 图 2设计的 转换接口电路 ， 只能进行主从式数据通讯 ， 由微机作为主机 ， 连接 当主机没有发送数据时 ， 为高电平 ， 经反相后为低电平 ， 此时接收允许信号 / 主机可以接收数据 ， 数据从 脚 。 当主机发送信号 1时 ， ； 当主机发送信号 0时 ， 因而 。 讯接口软件设计 要使微机通过设计的 需要在微机上设计通讯软件 。 微机上应用程序访问 一是自行编写 与 二是通过 司提供的免费的驱动程序与 为一个虚拟的串口 , 因此对 应用程序访 问串口也有很多种方法 ， 可以通过 也可以使用 下面使用微软提供的 要使用 则首先要安装控件 。 如果在微机上安装 了 则 否则需要手动安装 。 在 13 光盘上找到 件 , 复制到系统的 录下 ， 然后在 “ 开始 ” 菜单中的运行中键 入 按 “ 确定 ” 按钮 ,即完成 安装完成后 ， 件可以在 +、 + 使用 。 但首先必须熟悉几个最常用最 重要的属 性 。 偶校验、数据位、停止位 。 也可以打开和关闭端口 。 当接收缓冲区字符数大于这个阈值时 ， 将触发 件 。 当发送缓冲区字符数小于这个阈值时 ， 将触发 件 。 在微机上安装了 司为 转换器接到微机上后将以一个虚拟的串口出现 ， 如 这样与转换器通讯就和串口通讯的操作相同 。 微机与现场仪表的通讯要根据仪表的通讯协议 ， 目前比较流行是 14 5 语音处理模块的设计 控电路的设计 主控电路也可成为 整个设计的核心。负责对整个设计中所有数据的处理、存储、设备控制等工作。主控芯片为意法半导体 款芯片因为采用了 核，所以比较以往的 8位单片机在性能上有很大的提升。内部资 源非常丰富，有 2个 12位模数转换器、 7通道 7个定时器、 2个 3个 以满足设计的需要。系统主控电路如图 5 15 图 5主控电路 语音处理模块的设计 根据对语音构成的分析，应运而生了多种对音频信号的压缩编码算法，如 ，它们通过不同的算法，实现对音频信号的压缩。这些压缩编码算法的压缩率、语音质量各有所长，其中美国 司提 出的先进多带激励 缩编码算法是其中的杰出代表。 基于 术的低比特率、高质量语音压缩算法，具有语音音质好和编码速率低等优点， 一款高性能多速率语音编码 /解码芯片，语音编码解码速率可以在 2400 9600间以 50间隔变化，即使在 2400时候，仍能保持自然的声音质量和语音可懂度。在芯片内部有相互独立的语音编码单元和解码单元，可同时完成语音的编码和解码任务。并且所有的编码和解码操作都能在芯 片内部完成，不需要额外的存储器。这些特性使它非常适合于数字语音通信、语音存储以及其它需要对语音进行数字处理的场合 7。 原理图如图 5示。 16 图 5音处理电路 司的语音编解码芯片，用来实现双工的语音压缩 /解压缩功能，能实现低传输速率下高质量的通话。它采用先进的 缩算法，压缩速率最低可达 s。目前，这种算法以其能实现的低传输速率和高通话质量而在世界范围内得到了广泛应用，甚至用在下一代移动通信系统 中 8。具体来说， 有如下独特之处： 低硬件成本和高通话质量； 无需外围辅助设备；比特差错和背景噪声良好的鲁棒性；可变传输速率 s s；可自动插入舒适噪声；可选的串行和并行接口；自带回声抑制功能； 号的检测与产生；低功耗。 基本的组成部分就是一个编码器和一个解码器，两者相互独立。编码器接收 8样的语音数据流（ 16性， 8 律， 8 律）并以一定的速率输出信道数据。相反，解码器接收信道数据并合成语音数据流。编码器和 解码器接口的时序是完全异步的。 写一帧数据所需的时间远小于 20就是说在 20间内，除了 17 读 1 帧或写 1 帧数据外，处理器还有大量的时间做其它的事。这使人们有可能在半双工的低速信道内实现全双工的语音通话。 用 A/ 芯片作为语音信号的接口。输入输出的语音数据流的格式必须是相同的（ 16性的， 8 律， 8u 律），信道接口采用 8 位或 16 位的微控制器。 图 5音后处理电路 D/A 转换芯片，其主要作用如下所 述。芯片可选择的功能包括回声抵消、音激活检测）、电源模式、数据 /前向纠错速率的选择等，这些功能由外围管脚或输入到解码器的命令帧数来决定，并且送往解码器用于控制的数据和语音数据是不同的。 A/ 芯片的选择对所设计的系统的声音质量起着关键的作用。由于 A 律或 U 律压扩芯片在采样时对数据做了压缩以减少位数，为了声音质量的考虑，建议采用 16 位线性的芯片。选择芯片时要特别注意信噪比以及滤波器的频率响应特性。 A/ 的硬件接口是很灵活的，时钟和激励信号可以由外部送入也可以由内部产生给可编程 A/ 发送控制字需要一个额外的接口。 信道接口使芯片易于集成到设计的系统中。基本的信道接口包括串口和并口，它们都能工作于主动模式和被动模式，模式选择的控制信号可以由芯片内部给出也可以从外部送入。 常规操作时，每 20码器输出一帧编码过的数据，解码器需接收到这样的数据。编码器和解码器的数据需要格式化，格式化的主要目的就是为编码数据流提供对齐信息。 18 数据的格式包括帧格式和非帧格式。 并口模式只工作于帧格式，串口模式既可工作于帧格式也可工作于非帧格式。 帧格式和非帧格式两种格式都是为了实现相同的功能：为 编码数据流提供定位信息。 工作于帧格式时，每 20编码器送出一帧数据，该帧数据有固定的结构，其中包含了用于本地控制的状态标志位。实际上按一定波特率的编码数据才是帧格式中需要在信道间传送的语音数据。帧格式下，系统需要在传送编码数据的同时传送足够的信息，这些信息用于在解码器端重构语音数据流。这些信息可以很具体，但至少要满足用于重构的要求。 非帧格式下，编码器的输出数据可以认为是连续的声音数据流，这些编码数据中包含了帧的信息。这种格式的优点是不会为信道加重带宽的负载。缺点是解码器在合成语音波形前需要接收 10的数据才能达到与数据流同步的目的。同时，非帧格式下，每帧只指定一位用于数据的对齐，在更高误码率的信道中，需要增加更多的对齐位才能达到更高的性能（用帧格式就能很容易实现）。 当工作于帧格式时，信道数据的接口可以是串行的也可以时并行的。而非帧格式只局限于串行。另外帧格式使芯片既可以工作于主动模式也可以工作于被动模式，而非帧格式只能工作于被动模式。 总的编码数据由两部分组成：语音数据和前向纠错数据。前向纠错数据加到语音数据中使解码器能够纠正一定量的错误而使数据帧不至于报废。如果信道传输时可能存在较多的错误 ，那么就应当增加前向纠错数据的位数。当然声音要达到高质量的话就必须有更多的语音数据位。 图 5语音处理模块 语音处理模块如图 5示。就功能来说， 一款优秀的语音压缩处理器；就其能达到的最低压缩速率来看，已达到了世界先进水平，而且能够保证高质量的通话质量。这使得它在世界范围内得到了广泛应用；但其压缩算法为非标准算法，致使由 成的语音处理系统只能用在某些专用网上。即使如此，它仍不失为在语音处 19 理领域一款优秀的处理器。 源模块 电源模块原理如图 5示 。电源模块是一个开关电源电路， 开关电源是利用现代 电力电子 技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源， 开关 电源 一般由脉冲宽度调制（ 制 成。 交 流 输 入整 流 滤 波开 关 电 路 整 流 电 路 稳 压 电 路 滤 波 电 路 直 流 输 出取 样 电 路隔 离 电 路控 制 电 路 （ P W 保 护 、 过 流 保护 ） 图 5电源电路原理图 其整体思路是先整流、 制、稳压、滤波、直流输出。采用单闭环回路进行控制。 4L+1 0 u F /1 6 2 0 1 u 电源电路 电源部分 供电电压是交流 220V 电压，当交流供电电源的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。直流稳压电源的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。电压稳定度表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。以改变调整元件 (或开关 )的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。电源功耗小，效率可达 85左右，只需在电路中加入一定的滤波电路，即可实现整个电路电压的稳定性。电 源电路原理图如图 5示。 同时电源电路中还包括稳压电路，其主要构成部分是稳压二极管。 稳压二极管 (又叫齐纳二极管 )是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。 20 图 5电源滤波电路 电源滤波电路如图 5示。电源滤波电路滤去电源中的纹波，可保证电源供电的稳定性。由于电路处于高开关电源的 环境下以及电源的质量较差的环境下，通过滤波可保证电源的质量，以提高电源供电的平稳性。 图 5电源模块 电源模块实物如图 5示。其具有如下的特点：高效率、高可靠性，隔离单电压输出、体积特别小、功率密度大、占线路板空间小、隔离电压高、耐冲击性好、高低温特性好、能满足工业级产品技术要求、国际标准引脚方式、阻燃封装、满足 求、温升低、自然空冷、无需外加散热片、无需外加元件可直接使用。因此本系统选用此电源模块。 21 3 组态界面设计 自 2000 年以来，国内监控组态软件产品能、技术、市场都取得了 飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用工程数量不断增多。充分体现了“工业技术民用化”的发展趋势。在整个自动化系统中，软件所占比重逐渐提高，虽然组态软件只是其中一部分，但因其渗透能力强、扩展性强，近年来蚕食了很多专用软件的市场。因此，监控组态软件具有很高的产业关联度，是自动化系统进入高端应用、扩大市场占有率的重要桥梁。 在工程实践中，经常要用组态软件完成工业现场的各种集中控制功能。而随着现代以工业 核心的自动控制集成系统的日趋完善和工程技术人员使用组态软件水平的不断提高，用户对组态的要求侧重于实质性的应 用功能，而不是过去的画面清晰简洁。而组态软件的开放性及组态环境的可扩展性为用户提供了其存在的巨大潜力。 本设计主要完成用组态王软件构建上位机与单片机之间的通讯，为用户提供更方便可靠控制操作界面，方便其对工业现场的信号采集与控制。 态软件的功能特点 组态软件具有数据信号采集、脚本功能、控制功能、支持 可扩展性和开放性等功能特点。 质 （ 1）组态软件的可扩展性 可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力，这种增加的功能可能来自于组态软件开发商、 第三方软件提供商或用户自身。增加功能最常用的手段是 件的应用，目前还只有少数组态软件能提供完备的 件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问。 （ 2）组态软件的开放性 随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的 22 形式提供，或者通过 数据导出到外部数据库，以供其他的业务系统调用，在绝大多数 情况下，仍然需要进行在开发才能实现。随着生产决策活动对信息需求的增加，可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息系统的集成必将更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。 点 （ 1）数据采集方式 大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行配置。这种情况下，只能由组态软件开发商提供，或者用户按照某种组态软件的接口规范编写。由 金组织提供的范基于微软的 术，提供了分布式系统下，软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。 （ 2）脚本的功能 脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。因此，大多数组态软件提供了脚本语言的支持。具体实现方式可分为三种：一是内置的类 C/言；二是采用微软的 编程语言；三是少数组态软件采用面向对象的脚本语言。类 C/言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本，使用系统提供的函数调用组合完成各种系统功能。微软的 用 态软件通常使用微软的 境和组件技术，把组态系统的对象以组件的方式实现，使用 程序对这些对象进行访问。 （ 3）对 支持程度 现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。 是实现分布式生产的基础。组态软件能否从原有的局域网运行方式跨越到支持 摆在所有组态软件开放商面前的一个重要课题。限于国内目前的网络基础设施和工业控制应用的程度，在较长时间内，以浏览器方式通过 工业现场的监控，将会在大部分应用中停留于监视阶段，而实际控制功能的完成应该通过更稳定的技术，如专用的远程客户端、由专业开发商提供的 间或 术实现。 （ 4）组态软件的控制功能 随着以工业 核心的自 动控制集成系统技术的日趋完善和工程技术人员的使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而是要考虑一些实质性的应用功能，如软件 进控制策略等。 23 计步骤 1了解设计所需的控制要求； 2使来自单片机的数据与计算机图形画面的各元素关联起来； 3与采集、控制设备间进行数据交换； 4最终生成的应用系统运行稳定可靠； 机界面的设计思路 本设计是对架空人车的远程监控，所以监控画面需有架空人车的运行状态监控画面。同时在人车运行中，监控画面上还需显示每个轿厢 的人员乘坐状态。在运行过程中发生故障时，监控画面中应有实时的报警信息，同时能对报警信息做出相应的处理。在保证基本功能的基础上对画面进行美化。 口调试 组态王软件作为一种工业控制组态软件在国内已得到了非常广泛的应用。其具有强大的硬件支持能力，对国内外绝大多数 频器、板卡、模块、仪器仪表都编写了相应的驱动程序，使用起来相当方便快捷。在 本设计中 ，使用的硬件 电路都是基于单片机的电路 ，选择的软件开发平台是组态王软件。因此，实现单片机与组态王的数据通讯是一个必须解决的问题。 组态王提供了通过 与单 片机串口进行十六进制数据通讯的驱动，而驱动中已经规定好其通讯协议。 所以只需要根据组态王的串口设备配置向导就能完成设备的连接。具体设备配置如图3示。 24 图 3口设备配置 量的定义 人机界面需要与现场的实际情况实时同步，所以需要与外部数据采集程序直接进行数据交换，在这里组态王把这些进行交换的数据定义为变量。 本变量类型 变量的基本类型共有两类：内存变量、 I/O 变量。 量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，如下位机数据采集设备（如 表 等）或其它应用程序（如务器等）。这种数据交换是双向的、动态的，就是说：在“组态王”系统运行过程中，每当 I/O 变量的值改变时，该值就会自动写入下位机或其它应用程序；每当下位机或应用程序中的值改变时，“组态王”系统中的变量值也会自动更新 。 定义变量 为了与节点机进行数据交换，同时与图像画面进行动态连接，这里需要自己定义变量。 25 具体的变量定义如图 3示。 图 3定义变量 态画面的建立 画面是组态王显示系统工作状态的主要组成部分，一个良好的可视化界面能够让工作人 员对系统的运行状况有最直观的了解。传统的人机控制界面许多过于单调乏味，本着与人为本的设计思想，画面的美观而形象生动，易于理解和操作是本次设计的目标之一。 使用工程管理器新建一个组态王工程后，进入组态王工程浏览器，新建组态王画面。本设计共有 3 个画面分别为架空人车运行主画面、报警、人员乘坐状态。 26 图 3立新画面 空人车运行主画面 此画面主要显示轿厢的运行状态，以及与其他画面之间的切换都是在这个画面上完成的。 由于组态王本身的画图功能并不是很强大，有许多功能不能在组态王软件中得到满足，所以 在本设计中多处用到了组态王的点位图工具，它的使用是借助 剪贴板，通过把在其它绘图软件中创建的图形复制到剪贴板，然后在组态王中使用编辑菜单中的粘贴点位图领命，将图形粘贴到创建好的点位图对象上。 （ 1）背景画面 背景画面是对井下的情况大体的模拟，对架空人车的运行环境有个简单的体现，同时也是为了让画面更加美观立体而设计的。通过简单的图形制作软件和组态王中点位图的应用即可完成此部分的设计，具体设计如图 3示。 27 图 3景画面 （ 2）轿厢与索道 此部分是画面运行的主体部分，工作人员通过这部分 能对系统运行状况有最直观的了解，如图 3示。 图 3厢与索道 28 由于组态王的图库中并没有合适的图库精灵，本身的作图能力也不是很强大，对较为复杂的图形的制作能力并不是很强，所以轿厢需要通过绘图软件自己制作，在由点位图工具添加进来。索道只需要组态王中简答的线条工具就可实现。 （ 3）菜单 菜单部分主要作用是显示日期和时间、系统运行状况、出现故障时的故障类型、故障复位按钮和人员监控画面切换按钮，如图 3示。 图 3单 最后将各个部分合理的结合在一起就完成了架空人车运行主画面的整体了。最终效 果图如图 3示。 29 图 3空人车运行主画面 警画面 报警是系统运行中的重要组成部分，在运行过程中发生各类故障在所难免。但是如果能让监控人员及时发现系统故障信息，并及时通知维修人员对设备进行维修，就能够有效的减少人员伤亡和财产损失。所以有一个良好的报警画面和系统故障类型的反馈是本次设计的重要组成部分。 1 系统运行提示 （ 1）在系统正常运行时，系统菜单栏中，系统运行状态提示栏中显示“系统正常运行”。 （ 2）在有人员需要上行或下行时，按下安装在厢道中的乘车请求按钮，系统正常停止，系统运 行状态提示栏显示“系统正常停止”。 （ 3）在系统出现故障时，系统因故障停止运行，系统运行状态提示栏中显示“系统故障”。 2 报警提示 报警提示首先要给人最直观的提示，通知操作人员系统已发生故障，所以此画面设计的需要十分醒目，效果如图 3示。 30 图 3警画面 此画面为弹出式画面，系统发生故障时自动弹出。在出现故障报警时，只有维修人员到现场进一步确认故障原因且处理故障，并确保设备正常后，才能由操作人员在监控画面上手动点击“故障复位”按钮关闭该画面，并重新启动设备。 3 故障类型 （ 1）机头、机尾越位 报警 当人员乘坐轿厢上行或下行进入机头或机尾的禁止越位点时 , 由安装在机头或机尾禁止越位点的越位保护装置给控制系统一个越位的信号 , 控制系统停机并发出故障报警 , 同时人机界面显示窗口“机头越位”或“机尾越位”标签和报警灯闪烁。 （ 2）过速、欠速报警 当系统运行中速度传感器检测到的运行速度低于设定速度的 30% 或超过 20% 时 ,系统发出故障报警，同时人机界面显示窗口“过速保护”或“欠速保护”标签和报警灯闪烁。 （ 3）重锤下限保护 当重锤因牵引钢丝绳的伸长而下降 ， 当下降到离地面 200 , 此限位保护 装 装置将给控制系统一个限位信号 ，系统 发出故障报警 。 同时 人机界面 显示窗口 “ 重锤下限 ”标签和报警灯闪烁。 （ 4）断绳保护 钢丝绳在长期运行中出现断绳现象后 , 这时尾轮会迅速向后滑动 , 并触动断绳保护装置 ,控制系统接到信号后 , 将自动停止运行 , 并发出故障报警 ,同时人机界面窗口“断绳保护”标签和报警灯闪烁。 （ 5）急停故障 在架空人车的每个轿厢内，安装有突然事故急停开关，在沿途任意一位置只要工作人员主动触发该按钮，相应的急停开关将给系统一个急停信号，控制系统将自动停止运行， 31 并发出故障报警，同时在人机界 面窗口“急停故障”标签和报警灯闪烁。 员乘坐状态画面 为了对每部轿厢内的人员乘坐情况有最直观的了解，每部轿厢的座位下都会有一个感应开关，当有人员乘坐时，开关会给上位机一个触发信号，上位机会对此信号进行处理，并在人机界面上显示出来，效果如图 3 图 3员乘坐状态画面 此画面不需要长时间监控，可由工作人员在架空人车运行主画面上的“人员画面监控切换”按钮手动切换，进入该画面后可由此画面中“退出”按钮退出此画面。 令语言程序 命令语言都是靠事件触发执行的，如定时、数据的变 化、键盘键的按下、鼠标的点击等。根据事件和功能的不同，包括应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、 数据 改变命令语言 、自定义函数命令语言、动画连接命令语言和画面命令语言等 。具有完备的词法语法查错功能和丰富的运算符、数学函数、字符串函数、 控件函数、 2 统函数。各种命令语言通过“命令语言编辑器”编辑输入，在“组态王”运行系统中被编译执行。 其中应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、 数据 改变命令语言可以称为“后台命令语言”，它们的执行不受画面打开与否的限制，只要符合条件就可以执行。另外可以使 用运行系统中的菜单“特殊 /开始执行后台任务”和“特殊 /停止执行后台任务”来控制所有这些命令语言是否执行。而画面和动画连接命令语言的执行不受影响。也可以通过修改系统变量“ $启动后台命令语言”的值来实现上述控制，该值置 0 时停止执行，置 1时开始执行。 本设计中应用到的是应用程序命令语言，具体设计如下 在工程浏览器的目录显示区，选择 “文件命令语言应用程序命令语言”，则在右边的内容显示区出现“请双击这儿进入 对话框”图标，如图 3 图 3建 应用程序命令语言 双击图标， 则弹出“应用程序命令语言”对话框，具体的命令语言编写如图 333 图 3用程序命令语言 此部分的命令语言是与主画面中的轿厢运行状况相关联的，通过以上语句与相关的变量相结合实现了轿厢的循环移动。 画连接命令语言 对于图素，有时一般的动画连接表达式完成不了工作，而程序只需要点击一下画面上的按钮等图素才执行，如点击一个按钮，执行一连串的动作，或执行一些运算、操作等。这时可以使用动画连接命令语言。该命令语言是针对画面上的图素的动画连接的，组态王中的大多数图素都可以定义动画连接命令语言。如 主画面中“人员监控画面切换”按钮，双击该按钮，弹出动画连接对话框，如图 3示。 34 图 3人员监控画面切换”按钮的动画连接 在“命令语言连接”选项中包含三个选项： 按下时 ：当鼠标在该按钮上按下时，或与该连接相关联的热键按下时执行一次。 弹起时 ：当鼠标在该按钮上弹起时，或与该连接相关联的热键弹起时执行一次。 按住时 ：当鼠标在该按钮上按住，或与该连接相关联的热键按住，没有弹起时周期性执行该段命令语言。按住时命令语言连接可以定义执行周期，在按钮后面的“毫秒”标签编辑框中输入按钮被按住时命 令语言执行 的周期。 单击上述任何一个按钮都会弹出动画连接命令