基于.NET吊掛系統監控軟件的設計與開發

陳 超，朱 翔

（佑圖物理應用科技發展（武漢）有限公司，湖北 武漢 430056）

吊掛系統用來對舞臺設備如燈光、吊桿等進行上下升降以及組合某些設備共同運動，以達到一定的舞臺效果，它是舞臺的重要系統設備之一。當前，眾多投入使用的吊掛系統功能單一，控制手段有待改善，比如按鈕電動式上升或者下降，沒有人機操作界面或者人機操作功能還需改進。根據目前吊掛使用情況和客戶提出的新要求，在原有的技術基礎上，項目組采用新的設計思想和技術，開發出新的吊掛系統。針對控制軟件部分，提出以功能強大、實時性好、技術成熟的.NET平臺下VC++為開發工具。為了縮短開發周期，利用微軟提供的WINSOCK控件來封裝TCP/IP通訊，具有速度快、編程容易等特點。在GUI設計方面，友好的人機互動界面能使軟件更受歡迎和易用。鑒于此，系統軟件采用Autodesk提供的WHIP控件來輔助開發GUI部分，WHIP控件能對CAD工程圖進行平移、縮放以及二次繪圖開發,可以較好地實現新吊掛系統的圖形化操作要求。

1 吊掛系統控制部分的組成

吊掛系統的上位機控制分為三大部分：PDA、控制臺、PC服務器，其中，PC服務器存儲有數據庫提供給整個控制系統使用，并且是控制權分配服務器。其他均為控制終端。三者都可以開啟進行監視，但是不能同時控制，同一時間只能由一方執行控制指令。PC可以分配控制權給其他控制終端，控制終端也可以向服務器申請控制權。監控指令通過以太網和HUB輸出到N-NET轉換器，轉換器將TCP/IP數據包轉換為CAN數據包發送到CAN總線中。連接到CAN總線的設備主要有變頻矩陣柜和馬達控制箱。二者都可以收到上位機發送的指令，并根據網絡協議執行相應規定的指令，最終實現控制電機的動作和速度。同時，在動作過程中的任何數據和警報信息都會通過總線返回給上位機。系統控制組成結構圖如圖1。

2 監控軟件設計及流程

根據整個系統的設計要求，軟件設計重點開發以下主要功能：

（1）系統能通過監視界面，監視吊桿和電機的工作狀態、報警信息、負重信息等。

（2）顯示所有連接設備的在線信息，包括單點提升機、水平吊機、上收纜吊機、變頻器等等。

（3）監視變頻器的工作及參數情況。

（4）能通過圖形/表格界面對吊桿進行選桿、控制操作。控制方式包括有：單控、組控、集控。

（5）程序自動選擇空閑變頻器，可以最大化節約資源。

（6）變速運行和自動運行以滿足不同的需求。

吊掛監控軟件的流程圖如圖2所示，啟動軟件后出現用戶登錄框以核對用戶信息，如果正確則賦予用戶相應的操作權限。權限分為兩種：操作者和管理員。如果是操作者權限則用戶無權對方案設計和單點提升機組及水平吊桿設計功能進行操作。如果需要對對象進行控制，則有三類執行對象可以被控制：單點提升機、水平吊機、上收攬吊機。其中，對單點提升機的控制必須以有變頻器為前提，即控制端、單點提升機、變頻器三者之間共同通信才能完成對此對象的控制。而其他控制對象只需要控制端和控制對象間通信即可完成控制。

3 監控軟件功能模塊

本軟件主要包含9大功能模塊，如圖3所示，分別為：用戶管理、設備信息管理、方案設計、單點提升機控制、變頻器設置、單點提升機組控制、水平吊桿控制、上收纜吊機控制、設備報警記錄。

用戶管理主要包括新增用戶、刪除用戶兩大功能。

設備信息管理是對購買設備的信息進行數據添加錄入，以便在設備查詢功能里查看到編組設備的相應信息。

方案設計提供給用戶可以設計多種吊掛控制方案功能，以便根據演出要求切換不同的方案從而產生不同的演出效果。

單點提升機控制如圖4，提供了對現場所有提升機的單個控制以及選擇多臺進行集控的功能。每一次控制之前，程序會自動搜索所有的空閑變頻器并從中隨機選擇一臺或多臺來和提升機配對以完成一次控制。由于單點提升機帶有高度和重量傳感器采樣，所以，單點提升機控制界面提供了對傳感器的標定功能。對于高度傳感器標定方法為：按下“清零”按鈕對下位機的高度脈沖進行清零，并用標尺測量吊掛物體實際高度，填寫在“下限”文本框中。發送單點提升機運行指令到達任一高度，再次用標尺測量吊物的實際高度，填寫在“全程高度”文本框中，并按下“校準”按鈕完成本次高度標定，標定數據會被寫入數據庫并同時發送給下位機。而重量傳感器的標定則采用了最小二乘法來計算，方法為：準備10組標準重量的重量塊，如50 kg、100 kg、150 kg……依次用單點提升機提升上述重量塊，并將對應的系統顯示值和標稱值填寫到相應的文本框中。點擊“確定”按鈕系統完成本次重量標定，標定數據也被寫入到數據庫，同時，軟件界面會給出一次多項式擬合函數關系。

變頻器設置能讀取對應變頻器的相應設置參數，包括啟動時間、停車時間、保護時間等。同時，可以根據需要對上述參數進行設置，以達到最佳的效果。如果變頻器出現異常，還能用復位指令進行復位。

單點提升機組控制、水平吊桿控制、上收纜吊機控制主要針對編組完成的提升機和水平吊桿進行組控。組控包括兩大方式：指令上升或者下降動作以及自動運行。兩者共同點是都可以調速運行，不同點在于自動運行可以由用戶設定目標高度，系統會自動判斷運動的方向及停止時刻，而不需要人為的干預。

設備報警記錄可以對設備運行過程中所有產生的報警通知進行記錄，并在界面實時通知用戶。用戶可以查看所有記錄，以便統計出設備損壞的情況。對于運行過程中發生的重大報警，軟件會給所有設備發送緊急停止指令以保護設備不讓其進一步損壞。可以全部或者部分刪除掉不需要的以往記錄。

4 監控軟件圖形化操作設計

WHIP（Windows High Performance）是Autodesk公司推出的DWF控件，由于其簡單易用、功能強大而被廣泛應用。

WHIP控件的主要功能有：在視圖中查看DWF工程圖文件；可使用實時平移和縮放功能；在DWF文件中進行圖形繪畫、文字注釋、顏色改變等；可以單獨打印DWF文件；查看存儲在DWF文件中的已命名的視圖；使用X、Y坐標指定視圖；在圖層之間進行切換等。

在需要使用WHIP控件的視圖頭文件中導入控件的頭文件并定義一個CWhip類的指針變量，在視圖的程序文件OnCreate方法中調用CWhip類的create方法。BEGIN_EVENTSINK_MA和END_EVENTSINK_MAP之間主要調用WHIP控件的3個事件：OnMouseMoveWhipc trl,OnMouseDownWhipctrl和OnMouseUpWhipctrl。在這些事件中可以完成圖形化鼠標操作的大部分功能。利用SetCursorMode()方法完成類似CAD軟件對圖形的縮放、平移、比例放大等功能如圖5。此外，控件還提供了畫線、顏色、字體等功能，可以完成定制的圖形化視圖。本系統軟件利用以上功能在視圖中導入了用戶提供的場地工程圖，并在DWF文件中完成了對吊掛設備的二次繪圖、連線、注釋、變色等功能。

5 結束語

采用基于.NET下的VC++作為開發平臺，利用MSWINSOCK控件快速實現TCP/IP通訊，并通過CAN-NET轉接完成協議數據的轉換，幾者融合一起開發出了吊掛控制系統。本系統利用了AUTODESK公司開發的WHIP控件強大的圖形功能，完成了軟件的圖形化操作功能。經過現場測試驗證，控制系統操作方便，人機界面友好，功能較為完善。