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摘要
机车车辆现场监控系统即就是司机室计算机测控系统，因此监控人机界面的功能主要是监控整个机车控制系统对车辆各单元的控制，包括故障检测、报警显示、报警记录、列车状态显示等。在整个人机界面的设计中首先掌握人机工程学的基本内容，分析用户及用户的工作环境，同时掌握在“以人为本”的观念下利用人机工程学对人机界面的设计的基本原则及其在设计时应该注意的基本事项。对于监控系统的设计中可采用两种方法：一是采用Visual Basic、Visual C++、Delphi等基于Windows平台的开发程序来编制；二是采用监控系统组态软件来编制。考虑到各方面的原因，在机车车辆监控系统的人机界面的设计中采用组态软件，组态软件有设置、配置的含义，就是模块的任意组合，更确切的称呼应该是人机界面（Human Machine Interface,HMI）/控制与数据采集（SCADA）软件。组态软件的功能包括：强大的界面显示组态功能、良好的开放性、丰富的功能模块、强大的数据库、可编程的命令语言、周密的系统安全防范、仿真功能。了解了组态软件的功能后它的使用时设计的关键，对于控制系统的组建过程主要包括：工程项目的系统分析，设计用户操作菜单，画面设计与编辑，编写程序进行调试，连接设备驱动程序，综合调试。掌握组态软件的同时设计出人机界面所控制的各模块，并对整个人机界面进行整体评估及稳定性测试。
关键字：监控系统 人机界面 以人为本 系统分析
I
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Abstract
The train on-site monitoring system is the cab computer measure and control system , so the main function of the on-site monitoring man-machine interface is to monitor the entire locomotive control system control unit of the vehicle, including fault detection, alarm display, alarm recording, the train status display. First we should master the basic content of the ergonomics of the man-machine interface design and analysis of the user and the user's working environment, and grasp the basic principles of ergonomics design of the man-machine interface in the concept of \pay attention to in design. For the design of the monitoring system There are two ways: First, the use of Visual Basic, Visual C + +, Delphi and other development program based on Windows platform to prepare; monitoring system configuration software. Taking into account various reasons, in the design of the locomotive vehicle man-machine interface monitoring use the configuration software, configuration software settings, the meaning of the configuration, that is, any combination of modules, more precisely call should be man-machine interface (Human Machine Interface, HMI) / control and data acquisition (SCADA) software. Configuration software features include: powerful interface configuration function, a good open, rich feature module, a powerful database, programmable command language, careful system security preparedness, simulation capabilities. Using configuration software design is the key for the control of the formation process of the system include: project systems analysis, design user operation menu, menu design and editing, programming debugging, connect the device driverintegrated debugging. Mastered configuration software at the same time ,wo should design the man-machine interface control module, and the entire man-machine interface overall assessment and stability testing.
Key words : on-site monitoring system Human Machine Interface(HMI) people-oriented
systems analysis
II
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目录
摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II 1 前言 ........................................................................................................... - 1 - 2 人机界面与人机工程学 ........................................................................... - 3 -
2.1 人机工程学概述 ....................................................................................................................... - 3 -
2.1.1 人机工程学定义 ............................................................................................................ - 3 - 2.1.2 人机工程学的研究范畴 ................................................................................................ - 3 - 2.1.3 设计“以人为本”观念下的人机工程学 ......................................................................... - 4 - 2.2 人机界面设计 ........................................................................................................................... - 4 -
2.2.1 人机界面定义 ................................................................................................................ - 4 - 2.2.2 人机界面的用户研究 .................................................................................................... - 6 - 2.2.3 界面开发的设计原则 .................................................................................................... - 6 - 2.2.4 界面的交互式设计 ........................................................................................................ - 8 - 2.2.5 界面的开发过程 ............................................................................................................ - 8 -
3 组态软件的引入及其简介 ..................................................................... - 10 -
3.1 组态软件的引入 ..................................................................................................................... - 10 - 3.2 组态软件及其发展 ................................................................................................................. - 10 -
3.2.1 组态软件的初步认识 .................................................................................................. - 10 - 3.2.2 组态软件的发展 .......................................................................................................... - 10 - 3.3 组态软件的功能及特点 ......................................................................................................... - 11 - 3.4 组态软件的使用 ..................................................................................................................... - 12 -
4 机车车辆现场监控人机界面总体设计 ................................................. - 14 -
4.1 机车现场监控系统功能介绍 ................................................................................................. - 14 - 4.2 系统方案设计 ......................................................................................................................... - 14 - 4.3 登录界面的设计及其权限设置 ............................................................................................. - 14 - 4.4 界面设计及其功能介绍 ......................................................................................................... - 15 - 4.5 运行界面设计及设计要求 ..................................................................................................... - 16 - 4.6 其他界面模块化设计及其功能 ............................................................................................. - 17 -
结论 ................................................................................................................ - 27 - 致谢 ................................................................................................................ - 28 - 参考文献 ....................................................................................................... - 29 -
III
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1 前言
在列车运行控制系统中, 车载人机界面是车载设备与驾驶员进行信息交互的平台, 是列车运行控制系统的一个重要组成部分。早期地HMI应用项目中包含有大量地按钮开关、指示灯、选择开关和其它简单地控制设备，功能仅限于启动、停止某个设备，并显示该设备的状况。从某种意义上来说，这也是一种控制系统。这样的控制系统非常简单，通常由许多继电器组合在一起来实现。可编程控制器（PLC）的问世给HMI监控系统带来了第一次飞跃。可以通过将所需的设备连接到PLC上来增加HMI系统的功能。当设备出现故障时，HMI系统不仅能够与停机的设备通信，还可知道设备为何停机。同时用户可以通过编程终端发现程序中出现错误的字节。当设备出现故障时，PLC甚至可以通过编程来实现自动拨号。后来可控显示设备的引入从简单的指示灯到七段数码管，再到字母显示管，通过这些显示设备，使得HMI监控系统能够更加准确地向操作员反映系统的状态，从而减少故障诊断时间。通过经常在老式计算器上看到的七段式LED显示屏，用户能够更加准确地获取设备地当前状态信息。早期地准断系统能在屏幕上显示一个故障地I/O编号或者某些数字，用户需要在手册上查找这些数字，从而得到到底发生了什么故障。字母显示管的到来使得HMI系统能够显示文本信息。用户还可以用不同的颜色显示文本，在文本信息中加入变量，如显示不同车间的产量等数据。这时的操作员可以方便地了解更大范围内设备的状态信息。但是，随着被监控设备复杂程度的增加需要花费大量的时间用于编写显示屏的程序。在人机界面HMI的发展历程中最为重要的突破在于完全可编程HMI设备的出现，自此它代替了传统的仅有按钮和指示灯人机界面。在CRT显示器上绘制出可编程的按钮和具有指示灯的虚拟对象，工程师可以对这些虚拟的按钮和指示灯进行编程，让它们按要求显示出来。但是CRT显示器的局限性很快显露出来了，在每次的显示过程中只能在一个画面中显示为数不多的按钮。因此工程师必须花大量的时间用于编程，将多个按钮和指示灯安放在不同的画面中。这样，显著增加了设计成本同时也不能满足用户的使用需求。现在，可视化的显示画面能够更为生动地反应被控设备的情况。操作员不仅可以通过文本信息得知哪个设备由于什么原因造成了停机，而且还能够在画面上观察到机器的情况，更可查看故障设备的位置。这一功能减少了修复故障所需的时间，但是为了开发每个设备的可视化画面需要花费不少的精力。设计的费用将随着设备大小和复杂程度的 增加而增加。
在现代列车微机控制系统中，随着的机车车辆中司机需要的信息日益增加, 传统司
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机室以模拟仪表和指示灯为主的显示方式已经不能适应现代高速列车车辆的需要, 由此应运而生了基于平板显示器和微机结合构成的智能终端。这种终端具有显示容量大、信息集成显示、信息可存储等特点, 使机车司机室的显示装置表现为信息化、数字化、智能化、简洁化和标准化。通过智能终端提供友好的车载人机界面使机器更好的服务于人，适用于人，使人的操作更加便捷。
在系统整个开发过程中可采用采用Visual Basic、Visual C++、Delphi等基于Windows平台的开发程序来编制或用组态软件来编制。考虑系统的开发周期和经济性选用组态软件设计，所设计的人机界面可提供丰富的画面显示功能和强大的通讯功能让用户可以随时查看现场的实时数据以及系统工作的流程画面，实时监测现场各个单元的实时状态画面；人机界面系统也能自动记录并保存各种实时数据，方便日后查询、分析。人机界面还具有报警功能并允许用户及时处理各过程报警和系统报警。人机界面机技术完成了实时、高效、简洁的工业控制体现出了现代控制的真正意义。
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