TouchWin 觸摸屏TP和PLC在攪拌樓生產(chǎn)控制中的應(yīng)用
本文著重介紹了觸摸屏作為上位機(jī)管理系統(tǒng)與 PLC通訊在混凝土攪拌樓中的實(shí)際應(yīng)用，主要闡述了該系統(tǒng)采用集中控制方式的優(yōu)越性以及制作方法。該系統(tǒng)特點(diǎn)是觸摸屏通過(guò) RS232 串行通訊，達(dá)到管理與控制相結(jié)合，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少了故障率，大大提高了施工生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞： 觸摸屏 PLC 攪拌樓 應(yīng)用特點(diǎn)
一、 TP 介紹
（ 1) 簡(jiǎn)介
TP 觸摸式工業(yè)圖形顯示器（簡(jiǎn)稱觸摸屏）是一種連接人類和機(jī)器（主要為 PLC ）的人機(jī)界面（國(guó)外稱為 HMI 或 MMI ），被稱為 PLC 的臉面。它是替代傳統(tǒng)控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器。可用于參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、以曲線、動(dòng)畫等形式描繪自動(dòng)化控制過(guò)程，并可簡(jiǎn)化 PLC 的控制程序。
比之模擬儀表、操作臺(tái)控制的優(yōu)點(diǎn)：
1 ） 體積變小，幾乎不占空間；
2 ） 連線簡(jiǎn)單化。
(2) TP 觸摸屏的主要作用
監(jiān)視：以數(shù)據(jù)、曲線、圖形、動(dòng)畫等各種形式來(lái)反映 PLC 內(nèi)部位狀態(tài)，存儲(chǔ)器數(shù)值，從而直觀反應(yīng)工業(yè)控制系統(tǒng)的流程、走向。
控制：可以通過(guò)觸摸操作改變 PLC 內(nèi)部位狀態(tài)，存儲(chǔ)器數(shù)值，從而參與過(guò)程控制。
(3) TP 觸摸屏主要功能
1 ） 以動(dòng)畫形式表現(xiàn)控制過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)工況圖、流程圖，設(shè)備由靜態(tài)到運(yùn)行，畫面模擬動(dòng)畫顯示；
2 ） 離散點(diǎn)的 ON/OFF 表示；可實(shí)現(xiàn)管道、閥門、指示燈的顏色變化，電氣開關(guān)閘刀的開合、檔板的開關(guān)、多選一開關(guān)的實(shí)現(xiàn)等；
3 ） 參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示；可設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格，制作操作面板的仿真圖象；
4 ） 棒圖、（半）餅圖、容器圖、趨勢(shì)圖及各種儀表表示；可制作操作面板的仿真圖象，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)量值、液體深度的變化；模擬表頭指針或游標(biāo)的移動(dòng)等；
5 ） 各種報(bào)警動(dòng)作：生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，自動(dòng)報(bào)警并用文字顯示故障類型，畫面同時(shí)自動(dòng)切換至故障所在的流程畫面；
6 ） 可進(jìn)行報(bào)表打印（非屏幕硬拷貝）、報(bào)警信息打印，打印時(shí)序可由用戶確定；可連 CCTV 監(jiān)視頭（ NTSC 制式），顯示現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息。
7) 把原來(lái)的開關(guān)、指示燈等移到觸摸屏上，則可省去 PLC 上原來(lái)對(duì)應(yīng)開關(guān)、指示燈等的輸入輸出點(diǎn)，從而可減小 PLC 系統(tǒng)的規(guī)模。
8 ）權(quán)限管理：操作員只有在開機(jī)時(shí)輸入正確的登陸密碼后，觸摸屏才能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)
(4) TP 觸摸屏在惡劣條件下使用特點(diǎn)
1) 防塵、抗震
2) 防水、防電磁
二、可編程序控制器（ PLC ）在攪拌樓控制中的應(yīng)用特點(diǎn)：
１）可靠性高 PLC 在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使它可直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定可靠的工作，防磁，抗震，防塵。
２）編程簡(jiǎn)單、容易掌握。
３）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。攪拌樓中心控制室的 PLC 系統(tǒng)可同時(shí)控制攪拌樓附屬設(shè)備如：攪拌樓的骨料上料皮帶、水泥及粉煤灰的脈沖控制系統(tǒng)。
４）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、修改、調(diào)試方便，工作量少。
５）功能強(qiáng)大。 PLC 具有開關(guān)量輸入 / 輸出，模擬量輸入 / 輸出，大量的內(nèi)部中間繼電器，時(shí)間繼電器，特殊繼電器，數(shù)據(jù)寄存器，可進(jìn)行邏輯控制、數(shù)據(jù)處理、模擬量處理。
三、 TP 和 PLC 在攪拌控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
1) 數(shù)據(jù)流程
在這套控制系統(tǒng)中， TP 主要是發(fā)揮工業(yè)流程監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示、資料存儲(chǔ)、打印、生產(chǎn)管理、發(fā)布生產(chǎn)操作命令的作用，它并不參與過(guò)程控制， PLC 主要是采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息 , 及時(shí)向 TP 傳送各類生產(chǎn)狀態(tài)和數(shù)據(jù)如：配料門的限位、攪拌機(jī)的狀態(tài)、各稱量斗的傳感信號(hào)，操作臺(tái)的開關(guān)信號(hào)等，使 TP 能以生動(dòng)形象的動(dòng)畫形式及時(shí)顯示出來(lái)， PLC 根據(jù)程序運(yùn)行結(jié)果和 TP 發(fā)布的指令來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。具體見如下框圖：
2) 系統(tǒng)配置框圖
。。
3) 系統(tǒng)主要構(gòu)成：
觸摸屏 : TP 采用 加拿大 TouchWin 公司 TP 系列觸摸屏，它負(fù)責(zé)處理現(xiàn)場(chǎng)與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面，使操作員通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)，各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的當(dāng)前值以及是否有故障報(bào)警發(fā)生，并可對(duì)工藝生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié) , 觸摸屏本身具有 “ 配方 ” 功能，通過(guò)其內(nèi)部的宏指令可以將不同產(chǎn)品的不同工藝配方存儲(chǔ)在其中，隨時(shí)調(diào)用，大大節(jié)提高工作效率 , 它可以與近 30 個(gè)廠家的 PLC 通訊，兼容性極強(qiáng)，而且還可以和計(jì)算機(jī)通訊（開放式通訊協(xié)議），基于 Windows98/2000/XP 操作平臺(tái)下的專用組態(tài)軟件，界面友好直觀，易學(xué)易用，大大節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)周期。具有 RS232/422/485 通訊口，方便于連接其它廠家的 PLC 及外設(shè)產(chǎn)品（如：條形碼、存儲(chǔ)卡、變頻器、個(gè)人計(jì)算機(jī)等）。觸摸屏上的并行口還可以直接和打印機(jī)連接實(shí)時(shí)或定時(shí)打印當(dāng)前或歷史數(shù)據(jù)。在編程軟件中選擇好觸摸屏和 PLC 型號(hào)后，在其系統(tǒng)設(shè)定中選擇 PLC 型號(hào)，通訊的波特率為 38400bps ；奇偶校驗(yàn)為奇校驗(yàn)；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 8 位；停止位 1 位；通訊方式 RS-232 。
……PLC 可采用 XINJE 或西門子、歐姆龍等系列產(chǎn)品
…… 打印機(jī) 可采用 HP 或其他品牌的針式打印機(jī)和噴墨打印機(jī)
……TP 軟件 采用 TP 專用的制作軟件 TPsoft 編程軟件中備有大量的圖形庫(kù)（開關(guān)、燈、棒圖等）供選擇，還可以根據(jù)用戶需求編輯所需要的工藝圖形，能夠轉(zhuǎn)換 BMP 文件和 AUTOCAD 中的 DXF 文件。還具有留言板功能用于交接班記錄用。在編程軟件中可以設(shè)定觸摸屏背光燈的關(guān)閉時(shí)間，節(jié)省其使用壽命。觸摸屏中具有內(nèi)部編程指令 —— 宏命令，可以減輕 PLC 的編程負(fù)擔(dān)，甚至有些簡(jiǎn)單的設(shè)備中可以取代 PLC ，由觸摸屏編程直接和其它設(shè)備通訊
……PLC 編程軟件 采用的是 XINJE 的 FC 編程軟件，用它完成整個(gè)程序的編制、調(diào)試。
…… 監(jiān)視攝像頭
…… 軟起動(dòng)器
4) TP+PLC 控制系統(tǒng)參數(shù)：
(1)A/D 轉(zhuǎn)換 :1-16 路通道
(2) I/O 模塊 : 采用 DC 輸入輸出 , 光電和機(jī)械隔離
(3) 配料精度 :
水泥 粉狀 水劑 :±1%
砂石骨料 :±2%
5) 觸摸屏和 PLC 控制系統(tǒng)的主要功能：
(1) 整個(gè)控制過(guò)程處于中文系統(tǒng)下工作 , 管理完全漢化
(2) 實(shí)現(xiàn)配料 , 下料 , 拌和 , 出砼自動(dòng)控制
(3) 拌和時(shí)間 , 下料順序隨即可調(diào)
(4) 配料 , 下料 , 拌和動(dòng)態(tài)模擬顯示
(5) 系統(tǒng)自動(dòng)校稱
(6) 配方可達(dá) 200 余種
(7)I/O 狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)
(8) 自動(dòng)生成數(shù)據(jù)庫(kù) , 生產(chǎn)流程圖 , 報(bào)警系統(tǒng)圖 , 參數(shù)報(bào)表
歷史查詢 , 報(bào)表制作和打印
四 . 下面以某電站 2× 1m3 攪拌樓為例介紹各方面的制作
1) 系統(tǒng)組成：
…… 觸摸屏選用 TFT 液晶顯示器
…… 可編程序控制器選用信捷 FC-32R-E
…… 打印機(jī)選用 EPSON
2) 附屬設(shè)備：
…… 強(qiáng)電柜一臺(tái)，主要為各種動(dòng)力設(shè)備提供電源、及各控制電源
…… 操作臺(tái)一臺(tái)
.
……PLC 及放大器柜
…… 上料皮帶控制箱
…… 傳感器 10 套
…… 其他低壓電器
3) 觸摸屏畫面的制作采用 TouchWin 編輯工具軟件完成。各畫面畫面包括各控制菜單及視頻窗口，首頁(yè)可由相關(guān)單位編寫廣告畫面歡迎詞或系統(tǒng)機(jī)型說(shuō)明。本系統(tǒng)主要包含以下幾項(xiàng)：
在主菜單畫面中設(shè)計(jì)了 9 個(gè)畫面選擇開關(guān) , 用于打開 9 個(gè)不同功能的畫面 , 畫面分布 :
a) 流程控制 : 在生產(chǎn)過(guò)程中切換到此畫面 , 用于生產(chǎn)流程監(jiān)控和控制
b) 重量設(shè)定 : 主要是用于配方設(shè)定和修改
c) 時(shí)間設(shè)定 : 主要是用于攪拌機(jī)攪拌時(shí)間設(shè)定 , 配料抖動(dòng)時(shí)間及提前量設(shè)定，下料順序時(shí)間參數(shù)設(shè)定
d) 主控畫面：在進(jìn)行系統(tǒng)校驗(yàn)時(shí)用于主控系統(tǒng)運(yùn)算的基本參數(shù)，這也是程序運(yùn)算的核心，因此為了防止誤修改在標(biāo)定畫面中加入了權(quán)限功能
e) 狀態(tài)監(jiān)控：真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)的 I/O 狀態(tài)，利于故障的檢查和排除
f) 配方：用于存儲(chǔ)配方和調(diào)用配方，在此系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了 20 個(gè)配方
g) 數(shù)據(jù)列表：在生產(chǎn)過(guò)程中隨時(shí)記錄每一循環(huán)的稱量數(shù)據(jù)，便于匯總查詢和打印
h) 打印：根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)表的內(nèi)容控制打印機(jī)，在本系統(tǒng)中采用的時(shí)針式打印機(jī)
i) 資料管理：主要是操作使用說(shuō)明以及相關(guān)的接線信息
下面列舉本系統(tǒng)幾個(gè)主要畫面：
在設(shè)計(jì)各畫面控件時(shí)，首先在畫面框中畫出所需要的控件，然后進(jìn)行大小比例調(diào)整，上色，接下來(lái)進(jìn)行屬性連接，畫面上的控件屬性數(shù)據(jù)全部由下位機(jī) PLC 提供，所以 TP 畫面制作起來(lái)非常方便快捷，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，若需在 TP 畫面中增加新的內(nèi)容，如開關(guān)、菜單選擇等，只需在設(shè)計(jì)軟件中增加相應(yīng)的項(xiàng)目傳送至 TP 即可。
在 TP 和 PLC 進(jìn)行通訊和調(diào)試參數(shù)前，需特別注意以下幾點(diǎn)：
a) 選擇直接傳送方式：選擇直接通訊方式 ( 選擇 PLC 類型及對(duì)應(yīng) I/O 地址 ), 該方式下 ,TP 直接讀取或改寫 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器和繼電器內(nèi)容 , 這樣可以大大減輕 PLC 用戶程序的負(fù)擔(dān) .
b) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)：當(dāng)選擇直接傳送方式時(shí) ,TP 內(nèi)部寄存器首地址開始的數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)寄存器被規(guī)定為系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū) , 系統(tǒng)數(shù)據(jù)完成畫面切換等動(dòng)作 ,TP 和 PLC 內(nèi)部占用特定的寄存器區(qū) , 完成各種功能．系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)是 TP 與 PLC 交換數(shù)據(jù)的媒體 ,TP 初始化時(shí) , 需確定 PLC 系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)的的起始定義號(hào)．
6)PLC 的程序分三部分設(shè)計(jì)：傳感器模擬量數(shù)據(jù)采集及處理、邏輯控制部分、報(bào)表處理部分。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要隨時(shí)增加 PLC 的功能，如：攪拌樓（站）附屬設(shè)備的控制，皮帶系統(tǒng)和水泥、煤灰脈沖系統(tǒng)等． PLC 實(shí)時(shí)采集傳感稱量值和輸入信號(hào) , 經(jīng)邏輯運(yùn)算后 , 由輸出模塊控制稱量斗、攪拌機(jī)、螺旋輸送機(jī)的啟停以及報(bào)警等。程序設(shè)計(jì)思想和步驟 :a) 首先要全面了解被控制對(duì)象的機(jī)構(gòu)、運(yùn)行過(guò)程等，并明確動(dòng)作邏輯關(guān)系； b) 根據(jù)系統(tǒng)功能要求（包括輸入、輸出信號(hào)數(shù)量的多少、性質(zhì)、參數(shù)；選擇 PLC 型號(hào)及各種附加配置，并有規(guī)則、有目的的分配輸入、輸出點(diǎn)； 根據(jù)控制及流程要求，對(duì)應(yīng)輸入、輸出開發(fā)相應(yīng)應(yīng)用程序； c ）同時(shí)連接 PLC 與外部設(shè)備連線 , 將編制完成的程序?qū)懭?PLC 中，模擬工況運(yùn)行，進(jìn)行調(diào)試及修改； d) 在模擬調(diào)試成功后，接入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制系統(tǒng)中進(jìn)行再次調(diào)試，直至完全通過(guò)為止 . FC 系列編程工具是 WINDOWS 環(huán)境下的 PLC 編程軟件 , 利用本軟件可以進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程實(shí)現(xiàn)，編寫注釋說(shuō)明文檔和維護(hù)控制應(yīng)用系統(tǒng) , 它可以用兩種方式編程即梯形圖編程和命令語(yǔ)編程 , 見下圖：
料皮帶由于在配料過(guò)程中頻繁起動(dòng)，所以在這里采用的是軟起動(dòng)器。其目的主要是保護(hù)電機(jī)和機(jī)械，另一方面是防止因頻繁起動(dòng)引起的電網(wǎng)電壓沖擊
五．結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)由于采用目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有量較高，技術(shù)成熟的加拿大 TouchWin 公司的人機(jī)界面及 FC 系統(tǒng)可編程控制器，既使生產(chǎn)過(guò)程中 PLC 控制系統(tǒng)硬件發(fā)生故障，也可以立即查明原因更換相應(yīng)器件，最大限度的縮小在線維修時(shí)間 , 另外在這種配置中，當(dāng) TP 因在運(yùn)行中出現(xiàn)意外故障，無(wú)法顯示和監(jiān)控時(shí)， PLC 能單獨(dú)完成一系列的工作，互不受影響，這樣是防止當(dāng)人機(jī)界面出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，帶來(lái)系統(tǒng)控制失靈。在系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)過(guò)程中，比較多的考慮了用戶的實(shí)際需求，界面操作簡(jiǎn)潔，明了。當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程硬件狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，勿需修改軟件，僅需在線進(jìn)行簡(jiǎn)單參數(shù)設(shè)定既可，系統(tǒng)維護(hù)性強(qiáng)。
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