觸摸屏技術在水廠實時監控中的應用
關鍵字：觸摸屏 Magelis 實時監控
1 引言
觸模屏是用戶利用手指或其它介質直接與屏幕接觸，進行信息選擇，向計算機輸入信息的一種輸入設備。在工廠車間中，觸摸屏是首選的接口設備，因為它具有很強的適應性，所以比鍵盤、鼠標、軌跡球更有優越性。觸摸屏易于使用、易于掌握、低操作故障率是任何其它輸入設備所無法比擬的：當觸摸屏工作在惡劣的環境下，如灰塵、油污、潮濕、磨損劃傷等，都不會造成觸摸屏的損壞。因此在工業自動化中觸摸屏可以發揮很好的作用。
2 工程具體應用
2.1實施方案
在揚子水廠三大泵房控制系統優化工程項目中，根據廠方提出的要求，取消了原供水車間大三大泵房（生活泵房、工業泵房、低硅泵房）的儀表盤、操作臺，各安裝一臺控制柜，控制柜內安裝PLC作為下位機控制現場信號，控制柜柜面安裝有觸摸屏進行上層監控，另外在工業泵房安裝一臺工控機通過電纜集成三大泵房的數據信號并傳送至水廠供水中控制以實現全廠的管控一體化。系統主要配置和結構圖如下：
硬件：PLC：MODICON QUANTUM系列
觸摸屏：施耐得Magelis系列XBT-F034510型號10英寸彩色液晶屏
工控機：研華PIII 128M/40G
軟件：Windows2000操作系統、IFIX2.6中文版組態軟件
Magelis系列觸摸屏專用組態軟件XBT-L1000
下位機組態軟件Concept2.5
2.2觸摸屏組態編程
本人在此項工程中主要負責觸摸屏部分的系統集成工作，所以以下就觸摸屏應用程序的開發、軟硬件調試過程以及與下位機PLC的連接等內容作比較詳細的闡述。（以生活泵房的開發為例，另外兩個泵房的開發與其相似）
1. 硬件參數配置和畫面總體布局設計
首先，根據所選擇的觸摸屏打開XBT-L1000軟件，使用Configuration/Terminal Ty菜單命令將硬件型號選為XBT-F034510,協議選擇Modbus協議;使用Configuration/Equipment Symbol命令將硬件地址定位Master（1），這個地址必須與PLC程序中的地址相互一致。其他的參數使用默認值即可，無需改變。
其次，依照本工程的工藝要求確定設計四頁畫面：工藝流程圖、系統電氣圖和兩頁點表圖。工藝流程圖顯示整個生活泵房車間工藝流程，即生活水由清水池經過管道輸送到泵房車間，在八臺水泵的加壓下送到各用水單位，其中需要顯示各個泵的運行狀態、管道的壓力、水的濁度等數據量;系統電氣圖主要顯示與水泵相聯系電機、變頻器等設備的運行狀態;點表圖用來顯示所有的需要定時記錄的數據量。
2. 畫面繪制與控制按鈕的設計
在這里，我們使用New page/Application 命令來創建各個Application page頁，使用Go to page/Application命令在各個畫面之間切換。為了使畫面清晰醒目，采用黑色作為畫面背景顏色，使用Page/New Model/Application命令建立一Application Model頁，Model頁相當于母板，只要在此頁上畫一占滿全屏的黑色矩形，就可以在所有Application page頁上顯示，作為背景。
XBT-L1000提供了一個繪圖工具條Tool palette,如下圖所示：
其中的一些靜態圖形（即沒有和數據信號相關聯的圖形）如水泵、管道、閥門等都可以使用以上工具條里的繪圖工具畫出;由于XBT-L1000沒有中文輸入功能，所以所有的中文文本顯示只能通過拷貝外部的位圖來獲得;各水泵和控制各水泵的電機、變頻器的狀態分別用不同顏色的示意圖形來表示，每一種圖形與一種狀態反饋信號相互關聯，這里我們分別使用綠、紅、黃三種顏色的圖形來代表設備的運行、停止和故障狀態。
工具條中比較重要的幾個工具使用方法分別是：
主要是和各種信號相關聯，以用來顯示它們的實時值，也可以接受用戶輸入來控制某些數據信號。這里我們主要是用來顯示清水池的液位、泵的電流、管道的壓力、流量、累積等這些需要定時記錄的模擬量。這一過程和上位機的掛點十分相似，只不過這里沒有數據庫，關鍵是把各數據量的地址設置成和PLC中的地址相互一致，模擬量類型應為十進制，屬性應為只讀方式。如果某些重要的數據需要在超過一定范圍時產生報警信號，以提醒操作員工采取相應的措施，則可以在屬性窗口中設置這些數據的報警上下限以及超過上下限后先后顯示顏色的變化，以此來達到報警的目的。在此工程中我們主要是控制各個水泵的啟動和停止，方法是先繪制或者從外表拷貝一按鈕圖標到畫面（如啟動或停止），然后拖動此工具到按鈕，設置其字體使它的大小與按鈕重合并將它放到按鈕下層，再雙擊它打開屬性設置窗口將地址設置成和PLC中的地址相互一致，最后將數據類型設成二進制屬性為讀/寫方式，當然還可以設置輸入密碼。
這個工具可以實現各個畫面之間的相互切換。方法是先繪制或者從外表拷貝一按鈕圖標到畫面（如下頁），然后拖動此工具到按鈕，拖動它的大小使其與按鈕重合并將它放到按鈕下層，然后雙擊它打開屬性設置窗口選擇所要跳轉的頁面。
這幾個工具圖標主要用來和一些模擬量相互鏈接（如清水池液位），模擬各種儀表顯示，可以實現一定的動畫效果，使畫面更生動形象，用法與以上兩個工具的類似。
在所有畫面都設計好以后，我們可以使用Simulation/Simulation Application菜單命令模擬PLC運行程序，用以驗證各種顯示、控制和報警功能是否正常。這一功能極大地方便了程序的調試，加快了工程的開發進度。
3. 地址設定與程序下裝
為了實時監控一些重要的數據，比如清水池的液位、泵的電流、管道的壓力、流量、累積等，必須使由現場傳感器、智能儀表等設備所測得的數據通過通訊電纜輸送到PLC控制器的數據能夠在觸摸屏上得以顯示。由于我們選用的PLC也是施耐得公司的產品，所以觸摸屏與PLC的地址設定是一致的，硬件上只需要用一根內置Modbus協議驅動卡的電纜線連接二者的串行端口，就可以達到數據實時顯示的目的。具體地址規定如下：
位輸入參考以數1作為前綴，即100001;
位輸出參考以數0作為前綴，即000001;
寄存器（模擬）輸入參考以數3作為前綴，即300001;
寄存器（模擬）輸出參考以數4作為前綴，即400001。
程序在計算機上編寫完成后需要導出到觸摸屏的存儲器中，這稱為程序下裝。觸摸屏的存儲器是一塊可以拆卸的PCMCIA存儲卡，與一般筆記本電腦使用的PCMCIA卡互相兼容，所以我們可以有兩種方法將程序下裝：其一是直接用串口通訊電纜將程序導出到觸摸屏的存儲卡內，使用Transfer/Export/to Import/export Folder命令，但由于是使用串口通訊，速度較慢，一般需要
幾分鐘，如果程序稍大，則需要十幾分鐘;所以我們一般采用另一種方法，就是先將程序導出到計
算機的文件夾中，使用Transfer/Export/to Terminal命令，然后通過筆記本電腦將導出的內容全部一次拷貝到觸摸屏的存儲卡中，這樣做速度既快，又不容易丟失數據。
4. 安裝與調試
具體安裝接線圖如下所示：
現場調試過程主要應注意以下幾個方面：
◆ 要對各個數據信號進行各種狀態的測試，以保證在任何情況下數據顯示的正確性;
◆ 對一些特別重要的操作（如泵的啟動）必須通過系統菜單設置密碼和權限，對一些控制操作（如泵的停止）為防止誤操作必須設置二次確認提示框;
◆ 可以設置適當的屏幕保護時間用于延長觸摸屏的使用壽命。
2.3觸摸屏技術特點分析
通過這一工程的實施，我們可以得出其中所使用的Maglies系列觸摸屏具有如下特點：
Magelis 在設計 HMI（人機界面） 時的特點:
＊ 基于Windows 的組態軟件, 易于使用,可以進行離線模擬
＊ 程序的通訊協議易于更改
＊ 具有豐富的靜態和動態的圖形庫
＊ 組態軟件簡單易學
在 XBTL1000 軟件中已包含自學習功能;支持位圖輸入;預定義的模擬圖庫;主頁面的定義
＊ 操作與機器容易配合
XBTL1000支持5種系統語言和3種顯示語言;幫助可關聯于每個應用頁或報警頁;幫助彈出功能可關聯于每個變量;PLC協議可隨時變更而不必更改程序
Magelis 的操作特點：
＊ 系統菜單簡單易用
可以方便地實現權限的設置、控制加密、日期時間的設定、屏幕保護等功能
＊ 用戶可定義的報警管理：報警組的概念;單一或全局的認知;集成的報警繼電器
＊ 搞清晰度的10“彩色TFT屏幕
Magelis 的調試與維護特點：
＊ 產品容易安裝和更換： 使用彈簧夾，PCMCIA 存儲卡，無須工具即可拆卸
＊ 軟件容易升級，升級后程序無需重新編寫
＊ 程序易于閱讀：頁面的連接使用樹形結構;頁面之間交叉引用
3 結束語
我們這次在水廠工程中，將觸摸屏用于泵房控制很好的滿足了用戶的工作要求，投運以來，實現了穩定、可靠的實時數據監控。觸摸屏技術的發展已經比較成熟，并且由于它具有可依靠性高、操作方便、易與安裝調試等特點，所以已經在工業控制中得到了廣泛地應用。隨著我國經濟的發展，將會有許多工廠和企業在自動化生產過程中使用觸摸屏作為監控設備，因此，作為工程技術人員掌握一定的觸摸屏開發技能是十分必要的。
參考文獻
1. 施耐得公司著 《Magelis_中文介紹》 Schneider Electric 1999.5
2. 劉雪梅 賀明義 《觸摸屏技術與工業控制》 微計算機信息 1996.10
3. 陳世利 觸摸屏的工作原理及典型應用 單片機與嵌入式應用 2000.2
4. 陳大慶 工業觸摸屏與可編程控制器實時通訊 青島建筑工程學院學報 1999.3
5. 徐國偉 觸摸屏在PLC工業系統中的應用 沈陽工業大學學報 2000.5
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