觸摸屏在提升機(jī)PLC雙線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：觸摸屏　PLC　雙線控制　人機(jī)界面

1、引言

　　礦井提升機(jī)是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中大型關(guān)鍵設(shè)備，素有“礦山咽喉”之稱。新版煤炭安全規(guī)程提出了提升機(jī)雙線控制的要求。現(xiàn)階段提升機(jī)的電控系統(tǒng)大都采用可編程序控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)的核心。由于PLC功能完備、組合靈活、編程方便，同時(shí)穩(wěn)定可靠，因而受到廣泛歡迎并得以普遍應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用中單依靠PLC的人機(jī)對(duì)話方式顯得較為單一，只利用撥碼開(kāi)關(guān)或手持編程器進(jìn)行工藝參數(shù)及數(shù)據(jù)的設(shè)定，很難完成工控流程的實(shí)時(shí)控制和顯示，給操作者帶來(lái)不便。為解決這一矛盾，我們選用當(dāng)今世界流行的先進(jìn)人機(jī)對(duì)話設(shè)備—觸摸屏作為新型的人機(jī)對(duì)話接口。實(shí)踐證明，利用這種典型的人機(jī)界面，不僅可以替代傳統(tǒng)的控制面板和鍵盤(pán)操作，而且它與PLC結(jié)合可以方便地修改控制參數(shù)及實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，并能以動(dòng)畫(huà)及曲線的方式描繪自動(dòng)控制過(guò)程，拓展了PLC的功能應(yīng)用。

　　本文以無(wú)錫光洋（KOYO）公司的GC系列觸摸屏在PLC雙線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)觸摸屏的人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行討論。

2、系統(tǒng)的工作過(guò)程及硬件構(gòu)成

　　本系統(tǒng)選用無(wú)錫光洋（KOYO）公司的產(chǎn)品，主控選用SM-24R型PLC，用TRK-J1000型旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)作為主控輸入，以GC-53LC2型觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框圖

圖2　觸摸屏與PLC的接線圖

　　安裝于提升機(jī)滾筒軸端的TRD-J1000型旋轉(zhuǎn)編碼器將提升容器的行程轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)送入PLC的高速計(jì)數(shù)模塊，PLC對(duì)脈沖處理后，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提升容器在井筒中的行程及速度，并根據(jù)需要對(duì)提升容器進(jìn)行行程控制和速度保護(hù)。用專用電纜把PLC和GC連接起來(lái)（連接圖如圖2），GC就可以實(shí)時(shí)地顯示提升容器在井筒中的運(yùn)行情況，包括運(yùn)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(shè)計(jì)

　　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(kù)文件，可組態(tài)出各種顯示和控制功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài)、當(dāng)前過(guò)程值及故障的可視化。利用人機(jī)界面操作被監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄，也可以設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)畫(huà)面來(lái)模擬控制過(guò)程，從而滿足監(jiān)控要求。軟件還可以為操作人員設(shè)定操作密碼，對(duì)一些重要參數(shù)的修改設(shè)定訪問(wèn)權(quán)限，從而保證系統(tǒng)和生產(chǎn)的安全。觸摸屏界面的設(shè)計(jì)包括創(chuàng)建畫(huà)面和信息，并將它們與PLC程序相連。

　　具體可概括為以下三個(gè)步驟：

　　（1）界面的整體規(guī)劃

　　在充分了解工控過(guò)程的基礎(chǔ)上，對(duì)本系統(tǒng)的觸摸屏界面作一個(gè)整體規(guī)劃。界面圖如圖3所示。①在主畫(huà)面（也是系統(tǒng)的默認(rèn)畫(huà)面）上進(jìn)行總界面設(shè)計(jì)，通過(guò)觸摸按鈕可分別切換到運(yùn)行畫(huà)面和調(diào)試畫(huà)面;②根據(jù)不同需要，運(yùn)行畫(huà)面的設(shè)計(jì)可以以動(dòng)畫(huà)的形式監(jiān)控提升容器（本系統(tǒng)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(gè)畫(huà)面下提升容器的速度和提升容器在井筒中的位置都以數(shù)字的形式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái);③現(xiàn)場(chǎng)要求調(diào)試時(shí)有兩種情況，模擬運(yùn)行調(diào)試和故障低速調(diào)試。模擬運(yùn)行調(diào)試用來(lái)檢測(cè)各保護(hù)點(diǎn)的位置是否合理，而故障低速調(diào)試是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)低速運(yùn)行來(lái)檢查并排除故障，或是某些特殊情況（如運(yùn)送炸藥等），本身就需要低速運(yùn)行;④本系統(tǒng)中的各保護(hù)點(diǎn)（如上、下減速點(diǎn)，上、下過(guò)卷值等）需要在實(shí)踐中不斷地修改，因此在調(diào)試畫(huà)面中增加了參數(shù)設(shè)置畫(huà)面。而這些參數(shù)又關(guān)系到一線的生產(chǎn)、生命安全問(wèn)題，不能隨便更改，因此我們?cè)谶M(jìn)入?yún)?shù)修改畫(huà)面時(shí)設(shè)置了密碼畫(huà)面，只有輸入正確的密碼后才能修改參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全可靠性。

圖3　觸摸屏畫(huà)面切換示意圖

　　（2）設(shè)定變量

　　變量在觸摸屏的部品、控件（輸入/輸出區(qū)域、指示燈等）與PLC的相應(yīng)I/O接點(diǎn)及存儲(chǔ)單元之間建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)觸摸屏敏感部件對(duì)PLC的控制及參數(shù)的輸入、PLC當(dāng)前過(guò)程值及報(bào)警信號(hào)向觸摸屏的輸出。設(shè)置后的部分變量如表1：

　　表1　變量設(shè)定表

　　（3）具體畫(huà)面的制作及顯示

　　① 數(shù)據(jù)的設(shè)定和顯示

　　在參數(shù)需要實(shí)時(shí)修改的情況下，傳統(tǒng)上都是借助手持編程器來(lái)將數(shù)據(jù)寫(xiě)到PLC的寄存器中，給操作人員帶來(lái)一定的不便。利用觸摸屏，直接觸摸要修改的數(shù)據(jù)可以彈出一個(gè)小數(shù)字鍵盤(pán)，這樣就可以方便地修改數(shù)據(jù)并保存到PLC的寄存器中。其界面如圖4A所示，當(dāng)觸摸“上過(guò)卷值”時(shí)，會(huì)彈出如圖4B中所示的小數(shù)字鍵盤(pán)，用數(shù)字鍵盤(pán)可以很方便地修改上過(guò)卷值。

圖4　修改數(shù)據(jù)界面圖

　　另外，本系統(tǒng)中提升容器的速度值和位置需要實(shí)時(shí)顯示。傳統(tǒng)上用數(shù)碼管顯示，不但不直觀，還易使操作者產(chǎn)生視疲勞。而利用觸摸屏，只要把相應(yīng)的PLC數(shù)據(jù)寄存器號(hào)寫(xiě)入“顯示部品”的屬性框中，觸摸屏就可以按掃描周期實(shí)時(shí)顯示，效果柔和，降低了視疲勞，輔以動(dòng)畫(huà)直觀顯示，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　② 報(bào)警及故障畫(huà)面的顯示

　　提升機(jī)控制系統(tǒng)中，在提升容器減速時(shí)要提醒操作者，而超速時(shí)要報(bào)警以便操作者及時(shí)限速。類似于這種需要提醒或報(bào)警的情況很多，這就要求控制系統(tǒng)盡可能多地指出故障或報(bào)警點(diǎn)，我們將能夠預(yù)想到的大量的故障和報(bào)警畫(huà)面儲(chǔ)存在報(bào)警菜單中。若遇到提升機(jī)異常，觸摸屏能迅速地調(diào)出與之對(duì)應(yīng)的故障內(nèi)容并顯示在觸摸屏上，便于維修人員發(fā)現(xiàn)故障類型，及時(shí)排除故障。

圖5　報(bào)警界面圖

　　報(bào)警畫(huà)面如圖5所示，從速度圖顯示畫(huà)面上彈出的報(bào)警窗口中可以看出，報(bào)警產(chǎn)生的原因是提升機(jī)（即絞車）速度超限。操作者可根據(jù)提示來(lái)排除故障。

4、K-basic編程功能

　　GC系列觸摸屏的畫(huà)面編輯軟件SCREEN CREATOR 5 提供了K-basic程序語(yǔ)言。當(dāng)你用手指觸摸屏幕的時(shí)候，你希望某部品顯示數(shù)值、字符、或使某個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，你需要使用K-basic語(yǔ)言編制程序。SCREEN CREATOR 5軟件自帶了一個(gè)部品庫(kù)，把常用的部品如開(kāi)關(guān)、指示燈、數(shù)據(jù)顯示器、按鈕等放到部品庫(kù)里。我們選用部品庫(kù)里的部品是不需要自己編寫(xiě)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(shè)置這些部品的屬性就可以使用它們了。可是，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)所需要的一些特殊部品（如本系統(tǒng)中的提升容器—罐籠），部品庫(kù)里往往是沒(méi)有的，這時(shí)我們就得制作這些部品，并用K-basic語(yǔ)言編制它們的控制程序，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制的要求。使用K-basic語(yǔ)言可以方便地編寫(xiě)動(dòng)畫(huà)顯示的控制程序。以下是本系統(tǒng)中的一個(gè)動(dòng)畫(huà)畫(huà)面（圖6）以及用K-basic語(yǔ)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(hào)]～[寄存器號(hào)]

　　cyclic [局號(hào)]～[連接設(shè)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(hào)]～[寄存器號(hào)] 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(hào)]～[寄存器號(hào)] 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(hào)]～[寄存器號(hào)] 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(jié)束語(yǔ)

　　觸摸屏在可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，不但簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)操作，而且提高了控制程序和人機(jī)交互界面的靈活性。通過(guò)屏幕完成功能操作，改變程序就可以進(jìn)行觸摸鍵的添加及功能擴(kuò)展，克服了以往加一個(gè)開(kāi)關(guān)就要破壞整個(gè)控制面板格局的窘境，使控制變得更加靈活。同時(shí)設(shè)計(jì)者可以各顯其能，充分利用觸摸屏的軟件資源，自由設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)界面以更貼實(shí)際地模擬現(xiàn)場(chǎng)操作。使之真正成為現(xiàn)代化礦井提升系統(tǒng)中的一個(gè)亮點(diǎn)。該控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于新汶礦業(yè)集團(tuán)孫村煤礦的立井提升系統(tǒng)中，得到了現(xiàn)場(chǎng)操作者的認(rèn)可和好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

　　[1] GC系列觸摸屏操作手冊(cè)。無(wú)錫：光洋電子有限公司，2002

　　[2] GC系列觸摸屏畫(huà)面編輯軟件SCREEN CREATOR 5 操作手冊(cè)。無(wú)錫：光洋電子有限公司，2002

　　[3] 代潔　觸摸屏和PLC在造紙機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用　機(jī)電工程，2002，19（2）：21—23。