觸摸屏在放電控制系統中應用

李建海，蘇學軍，王成剛，楊帆

觸摸屏在放電控制系統中應用

李建海，蘇學軍，王成剛，楊帆

（海軍航空工程學院基礎實驗部，山東煙臺 264001）

設計了一種基于觸摸屏和PLC技術的蓄電池放電控制系統。該系統的下位機以PLC為控制核心，對放電電流和電壓信號進行采集；觸摸屏作為上位機，實時顯示放電信息及設定放電參數。詳細介紹了觸摸屏的工作原理、系統硬件組成、觸摸屏與PLC通信方法及觸摸屏組態界面的設計。試驗表明，系統具有人機交互方便、運行安全可靠、易于操作、自動化程度高等特點。

觸摸屏 放電系統 PLC

0 引言

觸摸屏是一種附著在顯示器的表面，與顯示器配合使用，通過觸摸產生模擬電信號，經過轉換為數字信號由微處理器計算得出觸摸點的坐標，從而得到操作者的意圖并執行的新型器件。它的應用使得數據的顯示和數據的輸入結合為一體，使得人機交互界面更簡單，更友好。PLC已被廣泛應用于工業控制領域，其本身不具有友好的人機界面交互功能，而觸摸屏正是與PLC 控制系統相匹配的人機界面，實現了PLC控制的可視化。觸摸屏與PLC組合使用的控制系統已成為當前工業自動化的發展趨勢，尤其是在人機交互頻繁、工藝復雜的應用環境中，具有傳統控制面板不可比擬的優越性。本文基于觸摸屏與PLC技術設計了一種蓄電池智能放電控制系統。下面主要介紹觸摸屏在放電控制系統中的應用[1-2]。

1 觸摸屏原理及分類

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前面, 用于檢測用戶觸摸位置, 接受后送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息, 并將它轉換成觸點坐標, 再送給CPU，同時它能接收CPU發來的命令并加以執行，工作原理如圖1所示。

根據工作原理和傳輸信息的介質，觸摸屏可分為四種類型：電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波式觸摸屏。后三種觸摸屏比電阻式觸摸屏在實際應用上更復雜。因此，在實際中電阻式觸摸屏使用的最多。電阻式觸摸屏又可分為四線式和五線式2 種。它們在制作工藝上基本相同，都由4 層的透明薄膜構成，最下面是玻璃或有機玻璃構成的基層，最上面是一層外表面經過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，附著在上下兩層內表面的兩層為金屬導電層，這兩層由細小的透明隔離點進行絕緣。當手指觸摸屏幕時，兩導電層在觸摸點處接觸。觸摸層的兩個金屬導電層分別用來測量x 軸和y 軸方向的坐標。用于x 坐標測量的導電層從左右兩端引出兩個電極，記為X+ 和X-。用于y 坐標測量的導電層從上下兩端引出兩個電極，記為Y+和Y-。這就是四線電阻觸摸屏的引線構成。當在一對電極上施加電壓時，在該導電層上就會形成均勻連接的電壓分布圖。若在x方向的電極對上施加一確定的電壓，而y方向電極對上不加電壓時，在x平行電壓場中，觸點處的電壓值可在Y+（或Y-）電極上反映出來，通過測量Y+電極對地的電壓大小，便可得知觸點的x 坐標值。同理，當在y 電極對上加電壓，而X 電極對上不加電壓時，通過測量X + 電極的電壓，便可得知觸點的y 坐標。測量原理如圖2 所示[3-4]。

2 控制系統組成

蓄電池放電監控系統由觸摸屏、PLC、放電模塊及采樣模塊等組成，如圖3所示。PLC是整個系統的控制核心，負責控制系統的運行，同時與觸摸屏進行實時通信，為觸摸屏的顯示提供數據，并對觸摸屏的輸入信息進行相應的控制處理。根據系統的要求，選取S7-200系列CPU226作為控制核心，CPU226 的I /O 點數是24/16，能滿足系統的開關量的控制要求。S7-200 PLC 具有功能強大的指令集,它提供了８個回路的PID 功能,用以實現需要按照PID 控制規律進行自動調節的控制任務。由于PID 功能需要有模擬量輸入，以反饋被控制物理量的實際值，故選用了1個EM235 模擬量輸入模塊，EM235有4路模擬量輸入，負責電壓和電流的采集和控制，將來自現場電流、電壓信號進行A／D轉換，并將轉換結果送給CPU處理。

放電模塊采用功率半導體器件作為開關元件，通過控制開關元件的占空比來調整輸出電壓，配合其它輔助模塊共同實現蓄電池恒流放電。

觸摸屏采用威倫通MT6000系列觸摸屏，是Weintek研發出的新一代人機界面，采用4線精密電阻式工業級觸控面板，32 位RISC處理器，主頻400 MHz，64 M DDR2內存，使運行速度更快。該型號屏為7寸65536色TFT LCD屏，128M超大容量Flash，采用無風扇冷卻系統；內置3組異步串行通信接口RS485/RS232，搭載USB 1.1 Host及USB 2.0 client高速傳輸埠各一組，多種標準的通訊接口和網絡協議方便用戶使用；內置電源隔離保護器，提高了產品的抗干擾能力，適應復雜環境下運行；大容量的數據存儲功能，并且可以直接存儲或備份到U 盤、SD 卡或上位機上，滿足監控系統中數據信息管理。

3 觸摸屏設計

3.1 觸摸屏與PLC的通信[5]

威倫通MT6000系列觸摸屏與S7-200 PLC控制器之間采用串行通信方式，通信端口采用9針D型接口，接線如表1所示，通信線的接法必須與選擇的端口一致。PLC通信端口參數的設置必須與Easy Builder 800軟件中PLC的通信參數一致，如波特率、端口號等。與S7-200 通訊時，一般將通訊延時、ACK 訊號延時分別設置為默認值5 ms、30 ms，也可根據通訊速率需求做適當修改。

3.2 觸摸屏程序設計[6-8]

觸摸屏界面設計程序采用Easy Builder 800軟件專用編程軟件進行編譯、設計，然后從計算機中下載到觸摸屏即可使用。軟件自帶在線模擬和離線模擬功能可充分滿足界面開發需要。

觸摸屏在整個系統所起的作用主要有： 1）設定并顯示系統的放電參數；2）監控系統運行狀況，顯示電池的放電信息；3）故障報警和放電結束報警，并顯示報警信息；4）以曲線圖和柱狀圖的形式，動態顯示電池電壓和放電容量的變化情況；5）放電結束，以歷史記錄的形式存儲放電信息；6）設置權限管理，分為普通用戶和管理員，分別設置不同的操作權限，操作人員只有在開機輸入正確的密碼登錄后，觸摸屏才能進入工作狀態。

系統觸摸屏界面組成如圖4所示，主要包括主界面、參數設置界面、放電信息界面、狀態監視界面、報警記錄界面和歷史記錄界面等，部分界面如圖5和圖6所示。

1）主界面：主界面包括了各個界面的切換按鈕，單擊按鈕可以切換到相應的畫面，其他畫面均有“返回”按鈕，單擊可返回初始畫面，便于用戶進行畫面切換。

2）參數設置界面：主要用來設定放電電流、放電容量、放電時間及電池終止電壓等放電參數，以滿足蓄電池放電的要求。

3）放電信息界面：主要顯示放電全過程電池的狀態信息，包括在線電池的電壓、放電電流、放電時間和放出容量等。

4）狀態監視界面：主要功能是以曲線圖的形式顯示蓄電池電壓的實時數值，以棒圖的形式記錄電池的放電容量，顯示直觀，方便觀察。

5）報警信息界面：主要用來顯示歷史故障記錄,查詢故障時間及原因。

6）歷史記錄界面：主要用來記錄每一次放電設置的技術參數、放電時間和放電容量等。

7）權限管理界面：主要來設置用戶的權限，只有授權用戶才能啟動系統。

4 結束語

觸摸屏和PLC相組合的蓄電池放電系統既利用了PLC強大的控制功能，又發揮了觸摸屏友好的人機交互、操控靈活等優點，大大減少了操縱臺上的開關數量，省去了復雜的電氣接線，使操作人性化，操作人員可以直接通過觸摸屏的按鈕來控制系統的運行，簡化了操作難度。觸摸屏可以實時顯示系統的放電信息、電壓曲線、容量棒圖等，實現了PLC控制的可視化，提高了蓄電池恒流放電、容量檢測的智能化水平。

[1] 馬勇, 程鐵棟, 臧其亮等. 觸摸屏在井下水泵控制裝置中的應用[J]. 工礦自動化, 2009, 11:84-86.

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[5] 維綸通科技有限公司. EB800使用手冊, 2011.

[6] 王立鳳. 基于PLC 和觸摸屏的砌塊成型機控制系統的設計[J]. 黎明職業大學學報, 2010, 3: 37-39.

[7] 甘耀歡. WEINVIEW觸摸屏在紙箱生產行業的應用[J]. PLC&FA, 2008, 5: 83-85.

[8] 張玉娟, 陳剛. 基于MT8056 觸摸屏的ModBus 協議變頻器控制系統[J]. 工業控制計算機, 2009, 22(12): 3-4.

Applications of Touch- screen to Batteries Discharging System

Li Jianhai, Su xuejun, Wang Chenggang, Yang Fan

（Department of Basic Experiment, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China）

TP273

A

1003-4862（2014）02-0010-03

2013-04-02

李建海(1976-)，碩士，講師。研究方向：電工電子技術和計算機測量與控制。