淺談工業觸摸屏的應用

【摘 要】工業觸摸屏，是通過觸摸式工業顯示器把人和機器連為一體的智能化界面。它是替代傳統控制按鈕和指示燈的智能化操作顯示終端。它可以用來設置參數，顯示數據，監控設備狀態，以曲線/動畫等形式描繪自動化控制過程。更方便、快捷、表現力更強，并可簡化為PLC的控制程序，功能強大的觸摸屏創造了友好的人機界面。觸摸屏作為一種特殊的計算機外設，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。

【關鍵詞】工業觸摸屏；安全性；信息交互

0.引言

工業觸摸屏HMI是Human Machine Interface 的縮寫，也叫“人機接口”。工業觸摸屏（又稱用戶界面或使用者界面）是系統和用戶之間進行交互和信息交換的媒介， 它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在著工業觸摸屏。工業觸摸屏是實現操作人員同控制系統之間的對話以及其相互作用的一種專用的設備。傳統控制系統中，PLC的輸入信號通常是各按鈕和傳感器，輸出信號則是各種執行元件與指示元件。該系統的缺點是：（1）硬件的結構和連線多，因此易出故障且維修不便；（2）缺少直觀形象的畫面顯示；（3）硬件輸入的設備多，操作繁瑣，易出現失誤操作的事故；（4）傳統數值的輸入方法多使用按鍵或是BCD碼數字的撥輪開關并配合有關功能的指令進行輸入，因此顯然使用不便且回顯的內容少，參數檢查和修改很麻煩。工業級的人機界面能取代傳統控制面板的多數功能，使用時節省PLC的I/O模板、按鈕、數字設定以及指示燈等，還能立即顯示所有重要信息。操作時只需要按控制元件即可實現對機器的操作。觸摸屏畫面可根據實際需要進行設計，不會引起失誤操作。軟件的編程可滯后于系統的配置，程序可改動，就算投產后也可更改程序，且硬件無需改變。

1.觸摸屏的分類

根據觸摸屏的工作原理，可分類為四大類，即電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏、電阻式觸摸屏、表面聲波式觸摸屏。

1.1電容式觸摸屏

這種觸摸屏是利用人體的電流感應進行工作的。該種觸摸屏上貼有一層透明的薄膜層，它是種特殊的金屬導電物質。人體電場、用戶和薄膜層形成一個禍合電容，當人體手指觸屏幕時，由人體手指與導電體之問形成的禍合電容即會改變，通過觸摸屏的控制器檢到觸摸點的位置。電容式觸摸屏的特點是反映速度極快，只要輕微地觸摸，控制器就在3ms左右顯示執行指令。

1.2紅外線式觸摸屏

這種觸摸屏在顯示屏外框四周有紅外發射管與接收感測器，從而在X、Y方向上形成橫豎交叉的紅外線矩陣，當手指碰觸顯示屏某一點時，手指就會擋住經影響工業觸摸屏的安全性主要因素。

人通過視覺和聽覺可以從人機系統中獲取信息，但是實現真正的交互還需要向機器發出指令，之一功能的實現一般靠控制器。控制器是將人的操控信號傳遞給機器，通過顯示裝置顯示共同形成人機聯系。控制裝置的可靠性和安全性直接永祥工業觸摸屏的系統安全。所以控制系統設計時要求能準確的、迅速的、安全的將人的指令發送給機器并實現操控。另外隨著現代社會對人性化的要求人在操控設備時還更加追求舒適度，減少緊張和疲勞，因此控制器除了有操控機器的基本功能外還必須考慮到人的生理和心里因素，滿足人的生理特點和心里習慣。

工業觸摸屏是操作者和機電設備信息交換的接口，其安全性主要涉及人體特性、機器特性和環境因素的匹配協調，工業觸摸屏的安全分析包含了人體工程、系統工程、安全工程、計算機、心理學等多個學科的有機集成。分析工業觸摸屏的安全首先考慮的是機械控制中的主體人的因素。

2.HMI的組成及工作原理

人機界面產品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數據存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI 產品的性能高低，是HMI的核心單元。根據HMI的產品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統軟件和運行于PC機Windows操作系統下的畫面組態軟件（如JB-HMI畫面組態軟件）。使用者都必須先使用HMI的畫面組態軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI 產品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。

3.觸摸屏技術的應用

摸屏是通過外部物體接觸面板上的按鈕開關或參數設置來完成工藝流程的控制，面板上的操作內容可以人為的通過編程軟件來進行編輯，同時可以把完成的工藝狀態顯示在觸摸屏上，所以它既是一個輸入設備，也是一個輸出設備，其操作靈活，功能強大。PLC系統只需通過DP網絡即可和觸摸屏連接起來，減少了外部信號傳輸線路，實現了資源的有機整合。

4.結束語

隨著社會的發展對工業觸摸屏進行安全分析，越來越重視對人的因素的分析和認識，在工業生產中人的因素是變化的，相對于于機器，在人機環境系統中仍然難以建立或難以完整地建立起人與機械、環境的合理關系。我們不能孤立的、簡單的、分割看待機器和操作者。當今人們對人機進行的安全分析、設計和評價，都是受到其認識水平的局限和制約，這樣的系統只能是在一定時間和條件下才是安全的，不可能有所謂的絕對安全，在人一機一環境系統中，安全分析是一個十分重要而又值得不斷深入研究的項目。 [科]

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