客运索道可视化控制台研制

刘旭升 徐 伟 陈 虎 贾睿玺 孙安国

1北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007 2国家客运架空索道安全监督检验中心 北京 100007

0 引言

在客运索道发展初期，机械系统一直占据主要位置。随着电气化的发展，索道电气控制系统的重要性也在稳步提升。尤其在电子技术得到快速发展和广泛应用后，客运索道大部分的功能均由电子和电气逻辑架构实现。电动机启动、制动、转向控制、上下站信息传递、索道操控便利性功能，以及用户体验均与电气和电子系统密不可分。

20世纪90年代中期，国产索道开发了以PLC为核心的电控系统，经过20多年的持续开发与升级，系统底层硬件资源基本实现了数字化、标准化，使得设计人员得以聚焦系统控制软件开发，软件控制在电控系统中逐步占据主导地位，电控系统设计进入以软件定义索道的时代。

在索道监控系统研发过程中，数字显示器成为索道人机界面的重中之重，其应用彻底改变了索道监控系统的用户体验。在此前提下，可视化控制台的研制显得尤为重要。

1 传统控制台

传统控制台是由控制按钮加指示灯、模拟表等单一方式实现，监控数据传输由模拟信号输入给模拟装置，以模拟量方式呈现，如图1所示。其特点为：数据显示内容、操控范围固定，数据信息存储与设备升级空间受限。其硬件与软件之间是深度耦合关系。

图1 传统控制台

2 可视化监控系统网络结构

可视化监控系统基于以太网通讯方式，由PLC和人机界面共同组成，PLC控制中心进行数据采集和数据运算，处理后的数据以总线方式与人机界面交互通讯，实现监控数据显示和操控功能全部数字化，可视化监控系统网络结构如图2所示。

图2 可视化监控系统网络结构图

3 可视化控制台总体框架设计

3.1 硬件设计

可视化控制台主要由控制台桌面按钮以及双人机界面组成。部分操控功能由控制台桌面执行，数据监控、设备操控与检测功能全部由双人机界面完成。

控制台双人机界面均选用Eview MT8150IE触摸屏，其内置128 MB内存且支持SD卡扩展储存容量；支持USB主从设备；通讯端口内置隔离器，信号传输稳定；前面板到达NEMA4/IP65防护等级。

图3为已投入使用的可视化控制台现场外观图。该控制台兼顾台面双屏工艺的同时，在设计上还突破了传统方式数据显示及传输方面的局限性，最终实现数据传输全部数字化，数据监控全面可视化。

图3 可视化控制台现场外观图

3.2 软件设计

软件设计基于人机界面开发软件EasyBuilder Pro，该软件是一个综合管理器，既可进行人机界面的设计、分析测试HMI与PLC的状态、数据传输及转换、云端维护、离线模拟等，又可自由布置界面元件、设计图标，完成各种工程设计。

基于EasyBuilder Pro软件平台，针对用户需求及设备监控要求，为可视化控制台升级并开发了客运索道监控系统软件V3.0版本（V1.0及V2.0版本已在客运索道投入使用），该系统软件的优点为：1）优化了客运索道人机交互界面。2）对有效数据信息进行整合处理及分类展示，最大限度为用户提供设备信息。3）软件设计增加设备自检及精确操控功能，弥补了传统控制台在此的局限性，并为索道检测部门提供设备检测快速入口。在经过已投产设备应用体验后，获得了较好的人机交互用户体验。

4 可视化控制台监控系统软件V3.0功能介绍

在监控软件V2.0基础上研制的V3.0版本，基于Windows 10菜单式极简设计风格，对数据监控功能进行优化设计。在完整展示客运索道设备海量数据信息的同时，对数据进行了筛选及分类处理，缩短了用户从获取设备数据信息到做出判断的时间。

其菜单设计如图4所示，从主页进入所需功能页面需按触1次，从其他页面进入最多按触2次。其中，故障记录查找功能为置顶设计，即从任意页面进入故障记录页面，仅需按触1次即可实现。

图4 监控系统软件菜单设计

4.1 多种类型数据监测功能

考虑到客运索道设备信息内容庞大、类型各异，设计将多种类型索道设备监控数据，以多种形式显示，例如：位状态、棒图、数值等，如图5所示。支架脱索位状态正常亮绿条，有故障时指示条变红；张紧压力值既有棒状显示也有数值显示；主电动机启动时峰值电流用数值记录。设备状态信息实时显示且直观，便于用户快速掌握当前索道运转情况。

图5 多种类型数据监测功能设计

在此基础上，根据设备操作流程，将某一流程有效数据作筛选处理，简化操作流程。例如，图6为设备开机准备功能设计，将相关信息集中展示在一个画面中，操作人员即能为最近一次开机做好充分准备。页面中相关状态条变为绿色，表示该条件已具备，全部状态条变为绿色，表示设备运转前准备就绪。

图6 开机准备功能设计

4.2 设备操控功能

在可视化控制台基础操作功能基础上，软件设计扩展了设备操控功能，例如：启停、屏蔽功能，如图7所示。需要主润滑加热时按下对应的ON按钮即可，此时对应的指示灯变绿，当达到一定温度按下OFF加热便停止，此时对应的指示灯恢复为白色；当张紧传感器需要屏蔽时，按下对应的ON按钮，同时指示灯变红，表示屏蔽了对应的张紧传感器。此设计便于用户灵活运用对局部设备的手控功能，并快速处理设备故障。特别是屏蔽功能设计，其针对当执行机构发生故障，且故障在人为可控情况下，为用户提供短时设备故障检出的屏蔽功能，以保证游客安全，并为设备维护赢得宝贵时间。

图7 设备操控功能设计

4.3 设备自检测功能

软件设计拓展了设备自检测功能，部分测试功能包括张紧测试、速度测试、计数脉冲测试。使用张紧测试功能可测试张紧压力超限，用户可在不改变张紧系统当前压力的情况下，模拟故障的发生并导致停车；速度测试功能针对超速故障进行测试；计数脉冲测试针对编码器的计数误差测试，可选择不同误差的测试，不同的测试选择分别完成相应的功能。

该功能入口设计需识别用户安全等级。用户可在每天开机运营前使用，可及时发现并处理设备问题，提升设备运转安全性。设计同时考虑为检测部门提供直接、完善的检测功能接口，配合索道设备检测安全、高效进行。

4.4 监控画面冗余与双备份功能

可视化控制台采用双触摸屏显示，设计为冗余模式。用户在使用过程中，在同一时刻可同时监控2个独立画面，且可任意切换。该功能设计扩展了监控数据可视化范围，便于用户全方位监控数据。此外，当一个触摸屏出现硬件故障时，另一个可完全替代，实现监控画面双备份功能。

4.5 数据记录与数据存储功能

该功能实现了索道运行实时数据记录并可在PC端保存，具体方法是通过EasyBuilder Pro软件上传，再用EasyConverter软件打开，并以Excel格式文档保存，较好地实现数据存储功能。

故障记录在所有数据记录中占有较大比重，软件设计该记录最多可以显示99条，记录最上面一行为最近一次故障记录。由图8可知，根据时间及序列号可区分故障发生先后顺序，针对不同颜色可分辨故障处理情况：对于索道设备运转中刚发生的故障，记录显示为红色；对于操作人员已翻查但尚未复位的故障，显示为黑色；对于已复位的故障，用绿色显示。该设计方便用户在最短时间内查找并处理故障，极大提升了设备使用维护效率。

图8 故障记录可视化界面

故障记录存储功能可就地或远程使用，有助于用户全面了解索道设备以往发生故障信息，为设备使用维护提供数据支持。

5 结束语

本文设计的可视化控制台实现了对数据监控的数字化，与传统控制台相比，较为全面地展示了客运索道设备海量数据信息，并对有效信息进行筛选及分类处理，极大提高了用户使用维护效率。其数据备份及存储功能，也为设备维保提供强大的数据库支持。同时，其数据监控涵盖的范围，可根据控制系统及用户要求随时延展，特别是遇到设备硬件改造，以及检测部门标准更新的情况，可视化控制台具有较好兼容性和较大升级空间。

客运索道可视化控制台研制，是索道制软硬件的一次有意义的探索，其意义体现在3个方面：

1）采用先进屏显硬件设备，达到国内主流技术水平，提升用户人机交互体验。

2）构建索道监控系统软件平台，实现对索道硬件资源进行统一管理、配置，解除应用软件和底层硬件资源之间的紧耦合关系，使其可以各自独立发展，为索道管理应用拓展提供更广泛空间。

3）其软件设计是实现未来客运索道自动化、智能化、网联化等关键技术的核心推动要素。

截至2021年，该控制台产品已在多个客运索道项目投入使用。在设备自检与维护、操作使用与故障处理，验收与年检等方面，均体现出优良的性能。