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，同時穩(wěn)定可靠，因而受到廣泛歡迎并得以普遍應(yīng)用。但在實際應(yīng)用中單依靠PLC的人機(jī)對話方式顯得較為單一，只利用撥碼開關(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(dāng)今世界流行的先進(jìn)人機(jī)對話設(shè)備—觸摸屏作為新型的人機(jī)對話接口。實踐證明，利用這種典型的人機(jī)界面，不僅可以替代傳統(tǒng)的控制面板和鍵盤操作，而且它與PLC結(jié)合可以方便地修改控制參數(shù)及實時顯示數(shù)據(jù)，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(yīng)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(tǒng)中的應(yīng)用，對觸摸屏的人機(jī)對話方式進(jìn)行討論。

2、系統(tǒng)的工作過程及硬件構(gòu)成

　　本系統(tǒng)選用無錫光洋（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)出的脈沖信號作為主控輸入，以GC-53LC2型觸摸屏實現(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)化為脈沖信號送入PLC的高速計數(shù)模塊，PLC對脈沖處理后，用于實時監(jiān)測提升容器在井筒中的行程及速度，并根據(jù)需要對提升容器進(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（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(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

　　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(tài)出各種顯示和控制功能，實現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài)、當(dāng)前過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PLC中的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄，也可以設(shè)計動態(tài)畫面來模擬控制過程，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，對一些重要參數(shù)的修改設(shè)定訪問權(quán)限，從而保證系統(tǒng)和生產(chǎn)的安全。觸摸屏界面的設(shè)計包括創(chuàng)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(guī)劃

　　在充分了解工控過程的基礎(chǔ)上，對本系統(tǒng)的觸摸屏界面作一個整體規(guī)劃。界面圖如圖3所示。①在主畫面（也是系統(tǒng)的默認(rèn)畫面）上進(jìn)行總界面設(shè)計，通過觸摸按鈕可分別切換到運(yùn)行畫面和調(diào)試畫面;②根據(jù)不同需要，運(yùn)行畫面的設(shè)計可以以動畫的形式監(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(shù)字的形式實時地顯示出來;③現(xiàn)場要求調(diào)試時有兩種情況，模擬運(yùn)行調(diào)試和故障低速調(diào)試。模擬運(yùn)行調(diào)試用來檢測各保護(hù)點的位置是否合理，而故障低速調(diào)試是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時低速運(yùn)行來檢查并排除故障，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（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(diào)試畫面中增加了參數(shù)設(shè)置畫面。而這些參數(shù)又關(guān)系到一線的生產(chǎn)、生命安全問題，不能隨便更改，因此我們在進(jìn)入?yún)?shù)修改畫面時設(shè)置了密碼畫面，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接點及存儲單元之間建立聯(lián)系，實現(xiàn)觸摸屏敏感部件對PLC的控制及參數(shù)的輸入、PLC當(dāng)前過程值及報警信號向觸摸屏的輸出。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)需要實時修改的情況下，傳統(tǒng)上都是借助手持編程器來將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可以彈出一個小數(shù)字鍵盤，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“上過卷值”時，會彈出如圖4B中所示的小數(shù)字鍵盤，用數(shù)字鍵盤可以很方便地修改上過卷值。

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時顯示。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(qiáng)度。

　　② 報警及故障畫面的顯示

　　提升機(jī)控制系統(tǒng)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(tǒng)盡可能多地指出故障或報警點，我們將能夠預(yù)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(jī)異常，觸摸屏能迅速地調(diào)出與之對應(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(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(dāng)你用手指觸摸屏幕的時候，你希望某部品顯示數(shù)值、字符、或使某個開關(guān)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(guān)、指示燈、數(shù)據(jù)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(shè)置這些部品的屬性就可以使用它們了。可是，對于現(xiàn)場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(xiàn)現(xiàn)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(tǒng)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(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]～[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(jié)束語

　　觸摸屏在可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，不但簡化了現(xiàn)場操作，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，克服了以往加一個開關(guān)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(shè)計者可以各顯其能，充分利用觸摸屏的軟件資源，自由設(shè)計動畫界面以更貼實際地模擬現(xiàn)場操作。使之真正成為現(xiàn)代化礦井提升系統(tǒng)中的一個亮點。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)場操作者的認(rèn)可和好評。

參考文獻(xiàn)

　　[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(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用　機(jī)電工程，2002，19（2）：21—23。