PLC觸摸屏配置方案優缺點分析及改進研究

金 晶 王東升 劉 寧

(西安陜鼓動力股份有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

鼓風機組廣泛應用于高爐鼓風、電廠及煉油廠脫硫鼓風、高爐和焦爐煤氣加壓輸送等工藝流程，此類機組在整個工藝過程中是非常關鍵的設備，一旦停機或者損壞，整個工藝過程都有可能停產［1－2］。此類機組的檢測點較少、控制回路相對簡單、無需頻繁操作，一般選用中型PLC進行機組監控，如施耐德M340系列、西門子300系列等;上位機常采用工控機、臺式機或者觸摸屏進行實時監測。其中，觸摸屏具有占用空間小、配置成本低等優點，在許多機組中得到了應用。

分析現場應用反饋回來的觸摸屏使用問題可知，“觸摸屏+PLC”配置方案存在一些不足，對機組的正常操作和可靠運行也造成了一定影響。因此，對該方案的優缺點展開分析并進行改進研究具有現實意義。

1 “觸摸屏+PLC”方案分析

1.1 “觸摸屏+PLC”方案優勢

觸摸屏是一種附加在顯示器表面的透明介質，其通過使用者的手指觸摸該介質來實現對計算機的操作定位，最終實現對計算機的查詢和輸入，從而簡化計算機的輸入方式，真正實現零距離操作［3］。觸摸屏的本質就是傳感器，由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕表面，用于檢測用戶觸摸位置，然后將信號送至觸摸屏控制器。觸摸屏控制器的主要作用是接收觸摸檢測裝置發出的觸摸信息，然后轉換成觸點坐標發送給CPU，同時接收執行CPU發出的命令信息。

根據傳感器類型劃分，觸摸屏主要分為表面聲波式、電阻式、電容式、紅外式和新概念式等類型。由于電阻式觸摸屏價格相對便宜，市場占有率較高，鼓風(通風)機組控制系統中的觸摸屏主要采用電阻式［4－6］。

在鼓風機組控制系統中，“觸摸屏+PLC”配置方案如圖1所示。

圖1 “觸摸屏+PLC”配置方案Fig.1 “Touch screen+PLC”configuration

圖1中，壓力變送器、軸振動變送保護表、調節閥電動執行機構等4～20 mA模擬量輸入信號，Pt100等熱電阻輸入信號，壓力開關等數字量輸入信號以及調節閥閥位控制等模擬量輸出信號，電機控制等數字量輸出信號與PLC輸入輸出模塊連接;PLC與觸摸屏可以通過以太網進行通信(如有需要，PLC也可以和上層控制系統進行通信)，觸摸屏自帶上位運行軟件。

“臺式機+PLC”配置方案如圖2所示。PLC與臺式機通過以太網通信(如有需要，PLC也可以和上層控制系統進行通信)，臺式機配置有上下位編程及運行軟件，具備工程師站功能。

圖2 “臺式機+PLC”配置方案Fig.2 “Desktop+PLC”configuration

由圖2可知，若采用“臺式機+PLC”配置方案，時間一長，鍵盤鼠標容易卡死，主機頻繁死機，嚴重影響機組運行安全及工藝過程穩定性。

1.2 “觸摸屏+PLC”方案不足

根據上述分析，現場無需設置控制室時，“觸摸屏+PLC”配置方案優勢較為明顯。在鼓風機組控制系統中，出于成本方面考慮，也經常選用這種配置方案。但是在機組現場投運及后續運行過程中，出現的問題較多，下述為部分現場反饋問題。

(1)現場一:①時間一長觸摸不靈敏，損壞后維修麻煩，觸摸屏上位程序的二次安裝不方便;②機組運行過程中程序不便于后續改進;③數據存儲時間短。

(2)現場二:①用戶操作不方便，屏幕較小，分辨率及亮度較低;②工作不穩定，有時會出現通信中斷，經常出現死機等狀況，造成工程部服務人員多次重復現場處理問題，大大增加了服務成本，且存儲量小，無法保存長時間的歷史數據(只能存儲15 min)。

(3)現場三:控制柜安裝在室外(當地氣溫有時低于－10℃)，使用溫度超出了觸摸屏的工作溫度(0～50℃)，觸摸屏不能正常工作，影響系統穩定性。

根據上述統計觸摸屏運行過程中出現的問題，“觸摸屏+PLC”配置方案的不足主要表現在以下幾個方面。

旱育秧3葉內以旱為主，促其根系發達、長成壯秧，盡量做到床土不開裂不澆水、秧苗不卷葉不澆水。3葉以后要適當提高床土水分含量，保持土壤濕潤，切忌用大水漫灌。陰雨天要蓋膜擋水，并及時排干畦溝水，達到最大限度地控水。

①數據存儲時間短，無法保存長時間的歷史趨勢數據。例如某品牌觸摸屏存儲容量為64 MB，上位組態畫面約占用30 MB，剩余34 MB主要用于存儲數據。鼓風機組中需要存儲的模擬量點約20個，數字量約40個。如果設定數據每秒存儲一次，則每秒存儲容量為(20×4 B+40÷8 B)=85 B，而一天存儲容量約為7 MB，則此觸摸屏可以存儲約4.9天的數據。對于存儲容量小于64 MB的觸摸屏，其存儲時間更短，現場一的歷史數據只能存儲15 min，不利于機組事故停機后研究歷史趨勢、分析事故原因。

②鼓風機組控制系統主要采用電阻式觸摸屏，使用壽命較短(一般為3 a)，長時間使用觸摸不靈敏。如果觸摸屏出現故障，操作人員很難判斷是屏幕表面損壞還是屏內器件故障，維修不方便，只能直接換新且重新安裝上位程序。

③在前期機組自控系統設計過程中，觸摸屏品牌的選擇通常依據PLC品牌，而PLC品牌的選擇主要由用戶要求決定。用戶要求的PLC品牌不同，所配置的觸摸屏品牌也可能不同;還有部分用戶指定觸摸屏品牌，從而造成上位編程人員需要熟悉各種觸摸屏編程環境，編程任務較重。

④存在個別特殊情況，如現場三，觸摸屏嵌入控制柜表面，控制柜直接放置于現場，但沒有考慮到觸摸屏的工作溫度一般為0～50℃(當地氣溫有時低于－10℃)，導致觸摸屏頻繁故障，影響控制系統運行穩定性。

總結“觸摸屏+PLC”配置方案的優缺點，尋找適合鼓風機組的配置方案，對提升機組控制水平具有重要推動作用。

2 “觸摸屏+PLC”方案改進

①在鼓風機組控制系統設計過程中，建議優先采用“臺式機+PLC”配置方案。

②對于某些特殊的場合，如無獨立的控制室、臺式機無處放置或控制室離PLC較遠需要進行光纖通信等不得不采用觸摸屏時，建議采用“觸摸屏一體機+PLC”或“觸摸顯示器+主機+PLC”配置方案。

3 結束語

“觸摸屏+PLC”配置方案具有其適合的應用場所，如玻璃纖維生產線捻線機自動控制［7］、焦化廠推焦車控制［8］、汽輪機冷卻水泵控制［9］等，無需設置獨立的控制室。但在鼓風機組控制系統中，大多建有獨立的控制室，“觸摸屏+PLC”配置方案的不足尤顯突出。“臺式機+PLC”、“觸摸屏一體機+PLC”以及“觸摸顯示器+主機+PLC”配置方案有效地解決了前者存儲時間及使用壽命短等不足，減少了工程服務人員的后期維護成本，提高了控制系統的可靠性、穩定性及可操作性，大大提升了機組控制水平。

［1］吳玉林，陳光慶，劉樹紅.通風機和壓縮機［M］.北京:清華大學出版社，2005.

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［7］趙顯紅，張曉紅.觸摸屏與PLC在捻線機自動控制系統中的應用［J］.自動化儀表，2008，29(7):66 －68.

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