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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 工業觸摸屏

觸摸屏在提升機PLC雙線控制系統中的應用

發布日期：2022-10-09 點擊率：58

摘要：介紹了觸摸屏的具體使用方法，研究討論了怎樣合理運用觸摸屏和PLC以加強人機對話的功能。
關鍵詞：觸摸屏　PLC　雙線控制　人機界面
1、引言
　　礦井提升機是煤炭生產過程中大型關鍵設備，素有“礦山咽喉”之稱。新版煤炭安全規程提出了提升機雙線控制的要求。現階段提升機的電控系統大都采用可編程序控制器（PLC）作為控制系統的核心。由于PLC功能完備、組合靈活、編程方便，同時穩定可靠，因而受到廣泛歡迎并得以普遍應用。但在實際應用中單依靠PLC的人機對話方式顯得較為單一，只利用撥碼開關或手持編程器進行工藝參數及數據的設定，很難完成工控流程的實時控制和顯示，給操作者帶來不便。為解決這一矛盾，我們選用當今世界流行的先進人機對話設備—觸摸屏作為新型的人機對話接口。實踐證明，利用這種典型的人機界面，不僅可以替代傳統的控制面板和鍵盤操作，而且它與PLC結合可以方便地修改控制參數及實時顯示數據，并能以動畫及曲線的方式描繪自動控制過程，拓展了PLC的功能應用。
　　本文以無錫光洋（KOYO）公司的GC系列觸摸屏在PLC雙線控制系統中的應用，對觸摸屏的人機對話方式進行討論。
2、系統的工作過程及硬件構成
　　本系統選用無錫光洋（KOYO）公司的產品，主控選用SM-24R型PLC，用TRK-J1000型旋轉編碼器發出的脈沖信號作為主控輸入，以GC-53LC2型觸摸屏實現人機交互界面。系統框圖如圖1所示。

圖1　系統框圖

圖2　觸摸屏與PLC的接線圖
　　安裝于提升機滾筒軸端的TRD-J1000型旋轉編碼器將提升容器的行程轉化為脈沖信號送入PLC的高速計數模塊，PLC對脈沖處理后，用于實時監測提升容器在井筒中的行程及速度，并根據需要對提升容器進行行程控制和速度保護。用專用電纜把PLC和GC連接起來（連接圖如圖2），GC就可以實時地顯示提升容器在井筒中的運行情況，包括運行速度和行程，也可以顯示提升容器的速度曲線圖。
3、觸摸屏界面設計
　　GC觸摸屏的界面編輯軟件SCREEN CREATOR 5 ，提供了多種部品、控件和圖形庫文件，可組態出各種顯示和控制功能，實現系統操作狀態、當前過程值及故障的可視化。利用人機界面操作被監控系統，對PLC中的實時數據進行顯示、記錄，也可以設計動態畫面來模擬控制過程，從而滿足監控要求。軟件還可以為操作人員設定操作密碼，對一些重要參數的修改設定訪問權限，從而保證系統和生產的安全。觸摸屏界面的設計包括創建畫面和信息，并將它們與PLC程序相連。
　　具體可概括為以下三個步驟：
　　（1）界面的整體規劃
　　在充分了解工控過程的基礎上，對本系統的觸摸屏界面作一個整體規劃。界面圖如圖3所示。①在主畫面（也是系統的默認畫面）上進行總界面設計，通過觸摸按鈕可分別切換到運行畫面和調試畫面;②根據不同需要，運行畫面的設計可以以動畫的形式監控提升容器（本系統中是罐籠），也可以以曲線的形式顯示提升容器的速度，在這兩個畫面下提升容器的速度和提升容器在井筒中的位置都以數字的形式實時地顯示出來;③現場要求調試時有兩種情況，模擬運行調試和故障低速調試。模擬運行調試用來檢測各保護點的位置是否合理，而故障低速調試是在系統出現故障時低速運行來檢查并排除故障，或是某些特殊情況（如運送炸藥等），本身就需要低速運行;④本系統中的各保護點（如上、下減速點，上、下過卷值等）需要在實踐中不斷地修改，因此在調試畫面中增加了參數設置畫面。而這些參數又關系到一線的生產、生命安全問題，不能隨便更改，因此我們在進入參數修改畫面時設置了密碼畫面，只有輸入正確的密碼后才能修改參數，增加了系統的安全可靠性。

圖3　觸摸屏畫面切換示意圖
　　（2）設定變量
　　變量在觸摸屏的部品、控件（輸入/輸出區域、指示燈等）與PLC的相應I/O接點及存儲單元之間建立聯系，實現觸摸屏敏感部件對PLC的控制及參數的輸入、PLC當前過程值及報警信號向觸摸屏的輸出。設置后的部分變量如表1：
　　表1　變量設定表

　　（3）具體畫面的制作及顯示
　　① 數據的設定和顯示
　　在參數需要實時修改的情況下，傳統上都是借助手持編程器來將數據寫到PLC的寄存器中，給操作人員帶來一定的不便。利用觸摸屏，直接觸摸要修改的數據可以彈出一個小數字鍵盤，這樣就可以方便地修改數據并保存到PLC的寄存器中。其界面如圖4A所示，當觸摸“上過卷值”時，會彈出如圖4B中所示的小數字鍵盤，用數字鍵盤可以很方便地修改上過卷值。

圖4　修改數據界面圖
　　另外，本系統中提升容器的速度值和位置需要實時顯示。傳統上用數碼管顯示，不但不直觀，還易使操作者產生視疲勞。而利用觸摸屏，只要把相應的PLC數據寄存器號寫入“顯示部品”的屬性框中，觸摸屏就可以按掃描周期實時顯示，效果柔和，降低了視疲勞，輔以動畫直觀顯示，大大降低了工人的勞動強度。
　　② 報警及故障畫面的顯示
　　提升機控制系統中，在提升容器減速時要提醒操作者，而超速時要報警以便操作者及時限速。類似于這種需要提醒或報警的情況很多，這就要求控制系統盡可能多地指出故障或報警點，我們將能夠預想到的大量的故障和報警畫面儲存在報警菜單中。若遇到提升機異常，觸摸屏能迅速地調出與之對應的故障內容并顯示在觸摸屏上，便于維修人員發現故障類型，及時排除故障。

圖5　報警界面圖
　　報警畫面如圖5所示，從速度圖顯示畫面上彈出的報警窗口中可以看出，報警產生的原因是提升機（即絞車）速度超限。操作者可根據提示來排除故障。
4、K-basic編程功能
　　GC系列觸摸屏的畫面編輯軟件SCREEN CREATOR 5 提供了K-basic程序語言。當你用手指觸摸屏幕的時候，你希望某部品顯示數值、字符、或使某個開關動作時，你需要使用K-basic語言編制程序。SCREEN CREATOR 5軟件自帶了一個部品庫，把常用的部品如開關、指示燈、數據顯示器、按鈕等放到部品庫里。我們選用部品庫里的部品是不需要自己編寫K-basic程序的，SCREEN CREATOR 5 軟件自帶了它們的K-basic控制程序，我們只需設置這些部品的屬性就可以使用它們了。可是，對于現場所需要的一些特殊部品（如本系統中的提升容器—罐籠），部品庫里往往是沒有的，這時我們就得制作這些部品，并用K-basic語言編制它們的控制程序，以實現現場控制的要求。使用K-basic語言可以方便地編寫動畫顯示的控制程序。以下是本系統中的一個動畫畫面（圖6）以及用K-basic語言編制的部分控制程序。

圖6　罐籠顯示圖
　　declare BcdBinConvert%（mode%,data%）
　　init
　　local type%,id@,data%
　　static now_data%
　　static timeid@
　　flag%=0
　　cyclic [局號]～[寄存器號]
　　cyclic [局號]～[連接設備名稱]
　　end init
　　conf
　　end conf
　　evnt
　　input type%,id@,data%
　　now_data% = BcdBinConvert%（[BIN:1,signed BIN:2,BCD:3],data%）
　　if type%=16 and id@=[局號]～[寄存器號] and now_data%=0 then
　　open .yx00.,0
　　close .yx01.
　　close .yx02.
　　close .yx03.
　　close .yx04.
　　close .yx05.
　　close .yx06.
　　else if type%=16 and id@=[局號]～[寄存器號] and now_data%=1 then
　　open .yx01.,0
　　timeid@ = opentim（）
　　settim timeid@,1,0
　　starttim timeid@
　　close .yx00.
　　close .yx02.
　　close .yx03.
　　close .yx04.
　　close .yx05.
　　close .yx06.
　　stoptim timeid@
　　closetim timeid@
　　else if type%=16 and id@=[局號]～[寄存器號] and now_data%=2 then
　　open .yx02.,0
　　timeid@ = opentim（）
　　settim timeid@,1,0
　　starttim timeid@
　　close .yx00.
　　close .yx01.
　　close .yx03.
　　close .yx04.
　　close .yx05.
　　close .yx06.
　　stoptim timeid@
　　closetim timeid@
　　end if
　　end evnt
5、結束語
　　觸摸屏在可編程序控制器（PLC）控制系統中的應用，不但簡化了現場操作，而且提高了控制程序和人機交互界面的靈活性。通過屏幕完成功能操作，改變程序就可以進行觸摸鍵的添加及功能擴展，克服了以往加一個開關就要破壞整個控制面板格局的窘境，使控制變得更加靈活。同時設計者可以各顯其能，充分利用觸摸屏的軟件資源，自由設計動畫界面以更貼實際地模擬現場操作。使之真正成為現代化礦井提升系統中的一個亮點。該控制系統已成功應用于新汶礦業集團孫村煤礦的立井提升系統中，得到了現場操作者的認可和好評。
參考文獻
　　[1] GC系列觸摸屏操作手冊。無錫：光洋電子有限公司，2002
　　[2] GC系列觸摸屏畫面編輯軟件SCREEN CREATOR 5 操作手冊。無錫：光洋電子有限公司，2002
　　[3] 代潔　觸摸屏和PLC在造紙機械控制系統中的應用　機電工程，2002，19（2）：21—23。