CN105005280B

CN105005280B - 一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统及其控制方法

Info

Publication number: CN105005280B
Application number: CN201510381040.XA
Authority: CN
Inventors: 徐哲壮; 刘挺; 何伟东; 李鑫宇; 钟金妹; 郭馨乐; 邵伟
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2018-04-13
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: CN105005280A

Abstract

本发明涉及一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统及其控制方法，所述系统包括无线智能终端、复数个无线HMI模块以及复数个工业设备；所述复数个工业设备中的每个工业设备均通过现场总线与一个无线HMI模块连接，用以实现所述无线智能终端与该工业设备间的数据通信；所述无线智能终端用以实现对所述工业设备的信息监测与控制。本发明支持多设备环境下的自动连接和控制，实现了工业设备人机交互系统的移动化与智能化。

Description

一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统及其控制方法

技术领域

本发明属于工业设备人机交互技术领域，涉及一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统及其控制方法。

背景技术

（1）人机界面（Human Machine Interface）是一种提供操作者与自动化设备沟通的数字产品。人机界面提供多样化的通讯端口方便于与各式各样的设备作通讯，触碰式面板可让操作者直接进行参数设定，液晶屏幕则可呈现给操作者机台设备的各项监控数据。此外弹性的编辑软件可让设计人员依照不同应用的需求情境，编辑所需要的呈现画面。

（2）在工业控制中，工业设备的人机交互系统是指提供工业现场的实时信息反馈并为工业提供控制该过程输入的系统。随着电子信息技术的进步，人机交互系统已经从按钮与指示灯的组合，逐步发展为更加直观的触摸屏设备，并具备数据通信的功能。现在工业现场使用的人机交互操作界面多是人机界面（Human-Machine Interface，HMI）。然而，目前在工业现场所使用的HMI 设备仍然采用“以机器为中心”的设计思路，即HMI 与每台机器单独绑定。随着工业自动化的发展，人少设备多是必然趋势，而这种绑定模式是一种资源浪费。并且这种交互模式存在着 HMI 功能升级困难、用户体验不统一、多设备联调困难等问题，使得现场调试操作存在操作失误的隐患，同时又增加了硬件和维护的成本。

（3）2015年公开的发明专利（申请号为：201410208694.8）“显示用信息收集装置以及HMI系统”。它是基于人体感应传感器的检测结果，判定操作者是否接近至本显示用信息收集装置的附近，在操作者接近至本显示用信息收集装置的附近的情况下，基于所述取得的固有信息对该移动信息终端进行认证，在认证成功的情况下，发送所述画面数据和所述收集的内部信息，在认证失败的情况下，不发送所述画面数据和所述收集的内部信息。

此专利缺点：

1.连接受到人体感应传感器限制，当人体感应传感器灵敏度不高或过高时，极易产生误连接。连接后，移动终端只可收集HMI信息，而无法对设备进行控制操作。

2. 难以支持多设备的连接，在设备数量多的工业现场操作不便。

（4）Pro-face Remote HMI是人机界面的远程监控移动终端，安装在平板电脑或智能手机上的软件Pro-face Remote HMI，可远程操作、查看多台人机界面的画面。适用于iPhone、iPad、iPod touch以及安装了安卓系统的设备。可通过Pro-face Remote HMI软件，使一台平板电脑或智能手机与人机界面主机进行连接，执行一些辅助操作或作为子显示。Pro-face Remote HMI需执行以下3个步骤启用： 1. 准备无线路由器，将其连接到GP4000系列。 2. 在GP-Pro EX中设置工程文件，然后将其传输到 GP4000系列。 3. 下载Pro-faceRemote HMI，将其安装到平板电脑或智能手机上。

Pro-face Remote HMI的缺点：

1.需要WiFi基站支持才能运行。工业现场的环境复杂，远距离的数据传输很容易因为受到干扰而出现延时或者无法工作的情况。

2.数据传输路径复杂。数据需要先从机器上传到服务器，智能终端再登录到网络上将数据下载，从而实现了数据传递，不是直接的进行数据交换。这将影响数据传输的实时性和可靠性。

3.当工业现场设备众多时，把设备连接的工作交给用户，增加了出错的概率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统及其控制方法，可支持多设备环境下的自动连接和控制，使得无线智能终端能够获取和使用工业设备的数据信息，并且能使用无线智能终端对工业设备进行控制，实现了工业设备人机交互系统的移动化与智能化，解决了现有HMI设备存在功能升级困难、用户体验感差等问题，有效提高了工业现场对工业设备进行调试的时工作效率。

本发明采用以下方案实现：一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统，包括无线智能终端、复数个无线HMI模块以及复数个工业设备；所述复数个工业设备中的每个工业设备均通过现场总线与一无线HMI模块连接，用以实现所述无线智能终端与该工业设备间的数据通信；所述无线智能终端用以实现对所述工业设备的信息监测与控制。

进一步地，所述无线智能终端设置有一无线通信模块并安装有一可实现人机交互的客户端；所述客户端通过所述无线通信模块与所述无线HMI模块建立连接，并显示一操作界面用以实现对所述工业设备进行输入控制，所述无线通信模块通过所述无线HMI模块将控制信号传输给所述工业设备；当所述工业设备的数据信息所回传至所述无线HMI模块时，所述无线通信模块接收所述无线HMI模块中回传的工业设备的设备状态数据，并通过所述客户端显示接收到的所述工业设备的设备状态数据。

进一步地，所述无线HMI模块包括一协议转换单元与转换接口；当所述无线智能终端采用一无线通信协议将控制信号发送至所述无线HMI模块时，所述协议转换单元将无线通信协议转换为一现场总线协议，转换后的通信协议通过所述转换接口传输至工业设备实现对该工业设备的控制；当所述工业设备采用所述现场总线协议将设备状态数据发送至述所述无线HMI模块时，所述协议转换单元将现场总线协议转换为无线通信协议。

进一步地，所述无线通信协议包括蓝牙通信协议、WiFi通信协议与Zigbee通信协议。

进一步地，所述现场总线协议包括Modbus、CAN、DeviceNet、LonWorks、Profibus、ProfiNet以及TCP/IP等协议。

进一步地，所述转换接口包括RS485、RS232、USB以及工业以太网等通信接口。

进一步地，所述无线智能终端包括笔记本电脑、平板电脑、智能手机、PDA等常见的无线智能终端。

本发明采用以下方法实现：一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1:在工业现场的每个工业设备上均通过现场总线与一无线HMI模块连接，在无线智能终端上安装一可实现人机交互的客户端；

步骤S2：打开所述无线智能终端上安装的所述客户端，所述客户端扫描工业现场区域内无线HMI模块的RSSI信号强度值；

步骤S3：当所述客户端获取到无线HMI模块的一定数量的RSSI信号强度值后，对每个无线HMI模块的RSSI信号强度值进行滤波，并对滤波后的RSSI信号强度值进行排序；

步骤S4：所述无线智能终端与滤波后RSSI信号强度值最大的无线HMI模块建立连接，则所述无线智能终端与当前连接的所述无线HMI模块进行数据通信；

步骤S5：所述无线智能终端的客户端显示设置有当前连接的无线HMI模块的工业设备的操作界面，通过所述操作界面实现对所述工业设备的控制操作，所述无线智能终端通过一无线传输协议将控制信号数据发送至所述无线HMI模块，所述无线HMI模块将无线通信协议转换为现场总线协议，并将转换后的控制信号数据发送给所述工业设备，由所述工业设备执行相应动作。

步骤S6：所述工业设备通过现场总线协议将设备状态数据发送至无线HMI模块，所述无线HMI模块将现场总线协议转换为无线通信协议，并将转换后的设备状态数据发送至所述无线智能终端，由所述无线智能终端显示在客户端上。

较佳的，所述无线通信协议包括蓝牙、WiFi、Zigbee等常见无线通信协议，所述现场总线协议包括Modbus、CAN、DeviceNet、LonWorks、Profibus、ProfiNet以及TCP/IP等协议。

本发明的有益效果在于：本发明的基于无线智能终端的工业设备人机交互系统及其控制方法，减少了触摸屏式HMI的使用数量，从而降低了对工业HMI设备的投资成本；同时有效降低了HMI设备软硬件升级和维护的难度，提高了工业现场设备调试的便捷性。

与“显示用信息收集装置以及HMI系统”专利相比，本发明能够避免人体感应传感器带来的诸多问题，连接精确，并且可支持多设备环境下的自动连接和控制。与Pro-faceRemote HMI相比，本发明的基于无线智能终端的工业现场调试系统及方法，直接在无线智能终端和工业设备之间传输数据，无须无线路由器的支持，不会因为远距离的数据传输很容易受到干扰而出现系统的操作延时或操作失效。短距离的无线传输具有更好的实时性和可靠性，这满足工业现场的要求。

附图说明

图1为本发明中的系统结构示意图。

图2为本发明中的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施例提供一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统，如图1所示，包括无线智能终端、复数个无线HMI模块以及复数个工业设备；所述复数个工业设备中的每个工业设备均通过现场总线与一无线HMI模块连接，用以实现所述无线智能终端与该工业设备间的数据通信；所述无线智能终端用以实现对所述工业设备的信息监测与控制。

在本实施例中，所述无线智能终端设置有一无线通信模块并安装有一可实现人机交互的客户端；所述客户端通过所述无线通信模块与所述无线HMI模块建立连接，并显示一操作界面用以实现对所述工业设备进行输入控制，所述无线通信模块通过所述无线HMI模块将控制信号传输给所述工业设备；当所述工业设备的数据信息所回传至所述无线HMI模块时，所述无线通信模块接收所述无线HMI模块中回传的工业设备的设备状态数据，并通过所述客户端显示接收到的所述工业设备的设备状态数据。

在本实施例中，所述无线HMI模块包括一协议转换单元与转换接口；当所述无线智能终端采用一无线通信协议将控制信号发送至所述无线HMI模块时，所述协议转换单元将无线通信协议转换为一现场总线协议，转换后的通信协议通过所述转换接口传输至工业设备实现对该工业设备的控制；当所述工业设备采用所述现场总线协议将设备状态数据发送至述所述无线HMI模块时，所述协议转换单元将现场总线协议转换为无线通信协议。

在本实施例中，所述无线通信协议包括蓝牙、WiFi、Zigbee等常见无线通信协议。

在本实施例中，所述现场总线协议包括Modbus、CAN、DeviceNet、LonWorks、Profibus、ProfiNet以及TCP/IP等协议。

在本实施例中，所述转换接口包括RS485、RS232、USB以及工业以太网等通信接口。

在本实施例中，所述无线智能终端包括笔记本电脑、平板电脑、智能手机、PDA等常见的无线智能终端。

在本实施例中，如图2所示，一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统的控制方法，包括以下步骤：

在本实施例中，特别地，首先提供一平板电脑、一无线HMI模块以及一可编程逻辑控制器PLC，所述无线HMI模块能够将蓝牙通信协议转换为Modbus协议转换，通过RS485接口将Modbus协议发送至所述可编程逻辑控制器PLC。

在平板电脑上安装客户端，并连续扫描区域内无线HMI模块上的蓝牙的RSSI信号强度值，当每个无线HMI模块所带有的蓝牙都要获得一定数量的RSSI信号强度值后，对每个蓝牙的RSSI信号强度值进行滤波，再对滤波后的RSSI信号强度值进行排序；平板电脑判断出滤波后RSSI信号强度值最大的蓝牙，并与此蓝牙所在的HMI模块建立连接，此时平板电脑可以当前连接的HMI模块进行数据通信。在工业现场的实际情况就是连接到最近的PLC（根据工业现场调试需求），并实现数据通信。

当所述平板电脑通过蓝牙通信协议建立与无线HMI模块的蓝牙连接；连接成功后，平板电脑屏幕显示对该PLC进行输入控制的操作界面，根据操作人员相应的操作输入把对应的控制信号传送至无线HMI模块，无线HMI模块将蓝牙通信协议转换成Modbus协议，通过一RS485接口传送至PLC，此时PLC解读控制信息并做出相对应的实际操作；PLC通过RS485接口把状态数据信息回传至所述无线HMI模块，无线HMI模块接收状态信息数据后，将Modbus协议下的数据格式转换成蓝牙通信协议下的数据格式并传输至平板电脑，最终在客户端中显示需要的PLC数据信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统，其特征在于：包括无线智能终端、复数个无线HMI模块以及复数个工业设备；所述复数个工业设备中的每个工业设备均通过现场总线与一无线HMI模块连接，用以实现所述无线智能终端与该工业设备间的数据通信；所述无线智能终端用以实现对所述工业设备的信息监测与控制;

所述无线智能终端设置有一无线通信模块并安装有一可实现人机交互的客户端；所述客户端通过所述无线通信模块与所述无线HMI模块建立连接，并显示一操作界面用以实现对所述工业设备进行输入控制，所述无线通信模块通过所述无线HMI模块将控制信号传输给所述工业设备；当所述工业设备的数据信息回传至所述无线HMI模块时，所述无线通信模块接收所述无线HMI模块中回传的工业设备的设备状态数据，并通过所述客户端显示接收到的所述工业设备的设备状态数据;

所述无线HMI模块包括一协议转换单元与转换接口；当所述无线智能终端采用一无线通信协议将控制信号发送至所述无线HMI模块时，所述协议转换单元将无线通信协议转换为一现场总线协议，转换后的通信协议通过所述转换接口传输至工业设备实现对该工业设备的控制；当所述工业设备采用所述现场总线协议将设备状态数据发送至述所述无线HMI模块时，所述协议转换单元将现场总线协议转换为无线通信协议；

所述的基于无线智能终端的工业设备人机交互系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S5：所述无线智能终端的客户端显示设置有当前连接的无线HMI模块的工业设备的操作界面，通过所述操作界面实现对所述工业设备的控制操作，所述无线智能终端通过一无线传输协议将控制信号数据发送至所述无线HMI模块，所述无线HMI模块将无线通信协议转换为现场总线协议，并将转换后的控制信号数据发送给所述工业设备，由所述工业设备执行相应动作；

2.根据权利要求1所述的一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统，其特征在于：所述无线通信协议包括蓝牙通信协议、WiFi通信协议与Zigbee通信协议。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统，其特征在于：所述现场总线协议包括Modbus、CAN、DeviceNet、LonWorks、Profibus、ProfiNet以及TCP/IP协议。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统，其特征在于：所述转换接口包括RS485、RS232、USB以及工业以太网通信接口。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统，其特征在于：所述无线智能终端包括笔记本电脑、平板电脑、智能手机、PDA。