基于组态开发的控制面板人机界面设计

谢丽芬

（厦门ABB 低压电器设备有限公司 福建省厦门市 361100）

ABB 低压电器设备广泛应用于国内外各行业，例如地铁，医院，银行，数据中心，电厂等的电气控制系统。对于客户的应用现场，会有多台断路器，开关和表计等安装于不同的电气柜上，如果有一台控制面板能同时集中监视多台设备，实时监视设备端的电气测量和故障监测，同时能够实现远程控制，例如分合闸断路器，将给客户带来极大的便捷。

针对客户的需求，市场的反馈，ABB Lite panel 作为一款轻量级的控制面板应运而生。该产品选用的硬件是一款7 寸（分辨率800*480）的触摸屏控制面板，包含两个串口和一个以太网口。应用的拓扑图如图1。现场物理设备如果支持RS485 通讯，则连接于串口1 或者串口2，两个串口独立工作，互不干扰；如果设备支持Modbus TCP 通讯，则与控制面板连接于同一个局域网。

1 Lite panel基本功能

该控制面板的基本功能是支持Modbus RTU 和Modbus TCP 通讯方式，能够自动识别扫描客户现场的ABB 低压电器设备，目前所集成能够识别的设备类型有10 种，如空气断路器Emax2,塑壳开关Tmax,表计IM300，CMS700，M4M 等。一台Lite panel 最多同时监视28 台设备，对于所监视的设备，能够实时监视其电气测量，例如电流，电压，功率，电能等；能够监视设备的基本信息,如设备序列号，固件版本，操作次数等；诊断设备的警报信息；监视设备历史事件，脱扣记录等。对于登录控制面板的用户有权限管理，例如仅高级权限的用户支持远程远程分合闸断路器，仅管理员有权限修改其他用户密码等。

如何实现这些软件功能，则需要对HMI 界面进行设计以及软件代码开发。既定了硬件平台，则软件的开发和HMI 设计都是基于组态环境而进行。本产品运用C 语言在组态中进行宏开发，从而实现将原先静态的页面与实际设备建立起通讯。

2 HMI设计

HMI 要求具备运行可靠，稳定，界面友好，信息显示直观清楚等特点[1]。考虑Lite panel 的软件功能要求，设计了主页，系统设置页，设备管理页和设备详情等页面。

2.1 “主页”设计

考虑客户用户体验，在主页设计以列表形式显示所监视的设备基本信息，设计风格如图 2所示。

区域1：设计三个主要切换菜单，分别是“主页”，“系统设置”，“设备管理”，点击对应菜单则跳转到对应页面（下文介绍）。

区域2：统计总的被监视设备数，连接状态好的设备数，当前有警报的设备数。

区域4：设计切换上下页，查看更多设备列表。

区域5：设计本产品名称Lite panel，系统时间，公司Logo。

图1：应用拓扑图

图2：“主页”设计

区域6：展示设备基本信息，主页以列表形式一次最多展示4个监视设备，如要查看等多设备，请点击区域4 切换列表页面。主页上设备基本信息包括设备名，连接状态，设备地址（被监视设备的从站地址或IP 地址），设备类型，警报状态。对于设备连接状态，串口1，串口2,以太网口连接正常和故障分别设计不同的图标，便于用户直观查看。对于警报灯的状态，红色表示有报警；橙色表示有错误或预告警；绿色表示正常，无任何故障。

2.2 设备详情页面设计

从“主页”点击对应的设备详情可以查看对应设备的详细信息，例如选择图2“CB TagName”这台Emax2 空气断路器设备，点击详情按钮，首先进入该设备的“通用视图”页面，如图3所示。设备详情也是设计以菜单栏的形式为客户展示他们最关心的数据。例如：

（1）“通用视图”页面，设计直观展示该设备类型的图片，远程控制按钮以及一部分主要测量；

图3：Emax2 通用视图页面

图4：系统设置页面

图5：设备管理页面

（2）“信息”页面设计展示该设备的主要参数和状态等；

（3）“测量”页面设计二级菜单供用户切换到该设备的电压，电流，功率，电能等；

（4）“警报”页面显示该设备当前警报；

（5）“事件”页面设计查看历史事件，例如脱扣事件，分合闸事件等；

（6）“网络分析”页面供用户查看电网谐波，电压骤降，电压骤升等电网数据。

用户只要点击对应菜单，即可快速切换页面并直观查看对应信息。同时每个页面左下角都设计有“主页”按钮，任意时刻点击该按钮即可迅速跳转回主页设备列表。

图3 仅展示Emax2 设备类型通用视图页面，对于其他兼容的设备，如双电源转换开关，塑壳开关，表计等设备，也是按类似切换菜单栏的方式，切换到对应的页面。只是因为每种设备功能不同，需要展示的内容不同，同时又是基于组态环境开发，所以所有设备类型的人机页面都会单独设计，不过UI 总体风格保持一致。

2.3 “系统设置”页面设计

针对控制面板，用户有时候需要做一些基本设置，比如设置控制面板的IP 地址，用户管理和密码修改，中英文切换等。针对需要设置的项目设计以九宫格的方式直观罗列，如图4所示。用户只需要点击对应的条目即可弹出详细设置窗口，进行具体设置，非常方便。

2.4 “设备管理”页面设计

本控制面板支持通过以太网口（Modbus TCP 协议）或者串口（Modbus RTU 协议）扫描识别安装有ABB 低压电器设备的客户电气现场。针对不同的通讯方式，设计RTU 扫描和TCP 扫描。

针对RTU 扫描需要设计串口选择，波特率，校验方式，从站地址扫描范围。针对TCP 扫描需要设计输入IP 地址扫描范围。输入扫描参数，点击图标则进入扫描过程。扫描完成后，要设计页面显示扫描出来的所有设备，同时有勾选按钮供用户选择是否要监视该设备。勾选完要监视的设备，对应有“确认”图标，此时会保存这些设备信息，并展示于主页设备列表。设备管理页面如图5所示。

2.5 HMI设计总结

HMI 的设计，首先依据该软件要实现的功能，进行总体规划和布局，设计好菜单栏。其次针对不同类型的设备，需要给客户展示该类型设备的什么信息，是设计设备详情页面时重点考虑的。所以在设计前期要研究所要集成的设备本身的功能，以及这种设备类型的原始Modbus 点表。设备的Modbus 点表定义了该设备每个测量，每个状态，每个信息的数据类型和寄存器长度，这个在各个页面上要对应匹配。另外Lite Panel 是轻量级的控制面板，基于组态开发，内存资源有限，我们会针对客户更关心的数据和信息去展示。

整个UI 设计风格，例如菜单风格，按钮风格，字体颜色和字号，设备图片等等依据本公司的产品UI 要求进行设计。另外在界面设计过程也会综合考虑用户体验，考虑直观性，美观性，简洁性和便捷性。

3 结束语

随着工业技术的发展，工业自动化强度越来越高，企业数字化转型越来越广，工业控制面板的应用在市场上的需求越来越多，同时客户对于人机界面设计要求也越来越高。作为企业开发人员，应该重视产品人机界面的设计，只有经过精心设计，系统调试，才能研发出优秀的产品。只有在市场上有竞争力的产品，才能帮助企业更快更好的发展。