觸摸屏在地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳如舜，米紅亮，張曉翠

（許繼電氣股份有限公司，許昌 461000）

觸摸屏在地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳如舜，米紅亮，張曉翠

（許繼電氣股份有限公司，許昌 461000）

基于PLC控制的地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)，觸摸屏通過PLC采集環(huán)控電控系統(tǒng)中風機、風閥等地鐵通風空調(diào)設(shè)備的狀態(tài)信息，觸摸屏相應(yīng)的控制命令經(jīng)過PLC處理后下發(fā)到各個智能元器件中，實現(xiàn)對地鐵通風空調(diào)設(shè)備的控制，觸摸屏可以清晰、直觀的顯示各種狀態(tài)信息，可以方便快捷控制相應(yīng)的風機和風閥等地鐵通風空調(diào)設(shè)備，方便運營人員現(xiàn)場操作和后期維護。

觸摸屏PLC；環(huán)控電控系統(tǒng)

0 引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，PLC被廣泛的應(yīng)用到計算機集成制造系統(tǒng)、工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。這就要求PLC在處理數(shù)據(jù)時具有更高的操作性和簡便性。PLC與觸摸屏構(gòu)建的控制系統(tǒng)使得PLC不僅具有以上優(yōu)點而且在可視化和靈活度上也有很大的優(yōu)勢。在地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)中，PLC與觸摸屏組合控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用。

1 概述

環(huán)控電控系統(tǒng)是采用先進的計算機技術(shù)、電力電子控制技術(shù)、微電子技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)設(shè)計制造的具有運行狀態(tài)和電量參數(shù)自動檢測、自動控制和自動故障應(yīng)急處理能力，并具有網(wǎng)絡(luò)通信能力的高性能、高可靠性的地鐵通風空調(diào)配電和控制系統(tǒng)。本文以鄭州地鐵2號線南延線環(huán)控電控系統(tǒng)為例，觸摸屏通過專有通訊與環(huán)控電控系統(tǒng)配合實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線實時對通風空調(diào)設(shè)備的控制、保護、測量等功能，可不借助后臺工程機實現(xiàn)對智能元件各種參數(shù)的設(shè)置及故障復(fù)位，減少對運營人員高專業(yè)技能要求，保證控制系統(tǒng)的智能性和可操作性及便捷維護性。

2 地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)的組成

地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)按功能區(qū)分有車站小系統(tǒng)、公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)和隧道通風系統(tǒng)。以上系統(tǒng)又分為若干模式，通過BAS下達的指令從而執(zhí)行相應(yīng)的模式，各個系統(tǒng)有著不同的功能，以保證地鐵車站能夠正常運行并且在遇到緊急情況時可以減少損失保障乘客的安全。

地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)設(shè)有兩間環(huán)控電控室，分別位于車站的兩端。每間環(huán)控電控室里各安放一套環(huán)控電控柜。每一套環(huán)控電控柜基本都有兩個進線開關(guān)，一個母聯(lián)開關(guān)；兩個進線開關(guān)分別從0.4kV開關(guān)柜室的兩個饋線回路中各取一路電源作為進線，以保證一個進線回路失電的情況下，通過閉合母聯(lián)開關(guān)，使另一段進線承擔起所有一類負荷供電任務(wù)，達到為失電的進線進行供電的目的。環(huán)控電控柜還設(shè)置一個或兩個三類負荷開關(guān)，此三類負荷開關(guān)下帶的設(shè)備均為非消防設(shè)備，當一路進線失電時，三類負荷開關(guān)跳閘，以減少單獨一條進線回路供給整套環(huán)控電控設(shè)備的負載。環(huán)控電控柜內(nèi)智能低壓控制系統(tǒng)（環(huán)控電控系統(tǒng)）由智能元件、現(xiàn)場總線及通信管理器等組成，并與BAS（機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）連接。其中，通信管理器主要由電源模塊、CPU模塊、通信模塊等組成。智能元件主要包括電機保護控制模塊、智能儀表、變頻器、軟啟動器、PLC及智能I/O等。系統(tǒng)所用的總線方式有：Modbus、DeviceNet、ControlNet。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共三層，主要是在設(shè)備測控層和通訊管理層。以鄭州地鐵2號線南延線為例，PLC采用AB公司的Rockwell RSlogix 5000系列產(chǎn)品，和BAS之間的通訊網(wǎng)絡(luò)采用開放性冗余網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)ControlNet直接進行通訊。設(shè)備測控層和通訊管理層網(wǎng)關(guān)通過DeviceNet通訊協(xié)議進行通訊，通過DeviceNet現(xiàn)場總線進行智能設(shè)備的信息采集及監(jiān)控，分擔了總線上的通訊負荷，減少了總線上從站的數(shù)量，提高了系統(tǒng)通訊的響應(yīng)速度。PLC將環(huán)控電控柜中的馬保、智能I/O、變頻器和軟啟動器等智能元器件組成環(huán)控電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示。

環(huán)控電控系統(tǒng)通過PLC采集設(shè)備的狀態(tài)并對設(shè)備進行控制，經(jīng)過專用通訊協(xié)議與BAS系統(tǒng)連接，BAS系統(tǒng)采集PLC上傳被監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)信息并下發(fā)指令到PLC，通過PLC對地鐵通風空調(diào)設(shè)備進行控制，從而達到BAS系統(tǒng)對地鐵通風空調(diào)設(shè)備的監(jiān)控。觸摸屏則是通過關(guān)聯(lián)PLC程序中的變量從而實現(xiàn)對地鐵通風空調(diào)設(shè)備的可視化監(jiān)視和控制。

圖1 環(huán)控電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

3 觸摸屏和PLC相互關(guān)系

觸摸屏全稱叫做觸摸式圖形顯示終端，是一種人機交互裝置，故又稱人機界面。觸摸屏是在顯示器屏幕上加了一層具有檢測功能的透明薄膜，使用者只要用手指輕輕地碰觸摸屏上的圖符或文字，就能實現(xiàn)對主機操作和信息顯示，人機交互更為簡捷方便。

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller簡稱PLC），其具有編程簡單、可靠性高、維修方便等優(yōu)點，基于以上特點地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)選用PLC作為控制器。以鄭州地鐵2號線南延線為例，選用A B公司的R o c k w e l l RSlogix 5000系列PLC作為地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)的處理器，其采用機架形式，將電源模塊，主控制器及通訊模塊集中在一個機架上，可實現(xiàn)模塊的帶電插拔與靈活更換。通訊模塊為DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的DNB模塊，DNB模塊將馬保和智能I/O通過組網(wǎng)進行通訊。風機通過馬保進行控制，風閥通過I/O模塊控制，變頻器和軟啟動器直接通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通訊。以此將一端的智能元器件組成網(wǎng)絡(luò)，A、B兩端通訊采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通過光纖形式連接組成環(huán)網(wǎng)。BAS系統(tǒng)則是通過通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換用的NT50網(wǎng)關(guān)和PLC進行數(shù)據(jù)交換。觸摸屏同樣采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與PLC連接通訊、傳輸數(shù)據(jù)信息，由專用軟件完成畫面制作和傳輸，實現(xiàn)其作為圖形操作和顯示終端的功能。在環(huán)控電控系統(tǒng)中，觸摸屏作為PLC輸入和輸出終端，通過使用專業(yè)軟件設(shè)計適合地鐵運營要求的控制畫面，實現(xiàn)對控制對象的操作和顯示。

要達到觸摸屏對地鐵通風空調(diào)設(shè)備的控制，還需要對PLC進行編程。地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)需要控制大量的風閥、小風機和大風機，并且需要將采集到的設(shè)備狀態(tài)反饋至觸摸屏畫面中。這就需要進行系統(tǒng)的編程，下面我們選取一部分風閥的控制程序進行說明。如圖2所示。

圖2 風閥的梯形圖程序

通過上圖PLC邏輯編程程序可以控制風閥的開閥和關(guān)閥。HPK代表觸摸屏下發(fā)命令。從上面的梯形圖可以看出，當轉(zhuǎn)換開關(guān)打到屏控位時，觸摸屏下達開閥命令HPK_V_Start后風閥會開閥運行KF_Run形成閉鎖，一直到開閥運行到位KF_Rst斷開結(jié)束；同理，風機的開關(guān)控制編程與風閥的開關(guān)控制原理大同小異，觸摸屏通過PLC搭建的編程平臺實現(xiàn)了其對地鐵通風空調(diào)設(shè)備的監(jiān)視和控制。

4 觸摸屏實現(xiàn)可視化監(jiān)控的過程

地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)主要通過PLC進行信息的采集和上傳以及控制命令的下發(fā)，但是PLC采集信息之后沒有直觀的體現(xiàn)出來，并且控制命令的下發(fā)大多也需要在梯形圖中通過變量的賦值來實現(xiàn)。這個過程涉及到太多的專業(yè)化語言，這樣就給環(huán)控電控系統(tǒng)的操作維護造成了許多不必要的麻煩。而觸摸屏可以更直接的體現(xiàn)PLC所采集的各種設(shè)備狀態(tài)信息，對于運營人員來說也更加直觀和簡便。觸摸屏通過關(guān)聯(lián)變量將PLC中的變量關(guān)聯(lián)到觸摸屏的圖片或者按鍵之中，當PLC將不同的變量發(fā)送給觸摸屏之后，觸摸屏會根據(jù)變量賦值的變化顯示不同的畫面。下圖以鄭州地鐵2號線南延線為范例，以AB公司FactoryTalk View Studio軟件編輯的觸摸屏界面為題進行詳細說明。

圖3 觸摸屏畫面的系統(tǒng)變量關(guān)聯(lián)

上圖中的圖片關(guān)聯(lián)不同風閥和風機等地鐵通風空調(diào)設(shè)備的系統(tǒng)變量，當系統(tǒng)變量的賦值變化時風閥會顯示開閥或者關(guān)閥；風機或顯示運行或者停止。給用戶更加直觀的體驗。

觸摸屏界面中主要使用了三種類型的按鈕，這三種按鈕就是制作觸摸屏界面的基本元素。這三種按鈕分別是Multistate Indicator屬性按鈕、Momentary Push Button屬性按鈕和Goto Display Button屬性按鈕。

Multistate Indicator屬性按鈕可以顯示多種狀態(tài)，因此用這類按鈕關(guān)聯(lián)的變量在賦值不同的情況下可以顯示不同的信息。比如關(guān)聯(lián)一個變量在其賦值為0和1是分別對應(yīng)兩個不同的圖片，當所關(guān)聯(lián)的變量賦值發(fā)生變化時會有不同的圖片顯示。用此類按鈕關(guān)聯(lián)變量做成的界面可以直接監(jiān)視各個設(shè)備的狀態(tài)。

如果想要到達控制的效果就需要Momentary Push Button屬性按鈕，它就是一個瞬間動作按鈕，當?shù)罔F運營人員通過了安全評估，獲得了操作員許可，觸摸屏就進入控制配置模式，按下按鈕，它改變狀態(tài)0到狀態(tài)1，然后觸摸屏發(fā)送狀態(tài)1值到reset_system功能標簽。當操作員釋放按鈕時，它會從狀態(tài)1返回狀態(tài)0，并將狀態(tài)0值發(fā)送到reset_system功能標簽。通過這樣的方式將控制命令傳導給PLC進行設(shè)備控制，以此實現(xiàn)控制命令的下發(fā)。

Goto Display Button屬性按鈕，此類按鈕只能關(guān)聯(lián)單個變量的一個賦值，所以也只能顯示一種狀態(tài)，但是這類按鈕可以實現(xiàn)頁面的跳轉(zhuǎn)，所以用這類按鈕關(guān)聯(lián)數(shù)量龐大的地鐵通風空調(diào)設(shè)備，并將眾多的地鐵通風空調(diào)設(shè)備的控制界面關(guān)聯(lián)到這個按鈕上，當按下這個按鈕時可以跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)設(shè)備的控制界面，實現(xiàn)外科手術(shù)式的精確操作。如圖4所示。

圖4 地鐵通風空調(diào)設(shè)備正反轉(zhuǎn)風機的控制界面

為了提高觸摸屏的實用性，在環(huán)控電控系統(tǒng)中A、B端增加一臺以太網(wǎng)交換機，實現(xiàn)A、B兩端PLC數(shù)據(jù)交換，以此來建立起一臺觸摸屏對整個環(huán)控電控系統(tǒng)全方位多角度的監(jiān)視和控制。觸摸屏的應(yīng)用使運營人員免于兩個環(huán)控電控室來回奔波，更加方便用戶去觀察設(shè)備，減少工作量。

5 觸摸屏實際應(yīng)用中的硬件要求

觸摸屏作為一個可編程序終端（PT）。需要配置TFT LCD觸摸中文顯示屏，高亮度真彩色液晶顯示觸摸屏，內(nèi)存容量不小于32M，內(nèi)存容量需滿足存儲內(nèi)容，可支持外部擴展，需配置2個USB接口。

觸摸屏需要具有強大驅(qū)動輸出能力和0.25MIPS以上冗余處理能力的處理器，整個通信路徑（從用戶輸入到觸覺響應(yīng)啟動）的延時應(yīng)該小于30ms。

[1] 鄧李.集成架構(gòu)中型系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2014.

[2] 薛迎成.PLC與觸摸屏控制技術(shù)[M].北京：中國電力出版社,2008.

The application of touch screen in the electric control system of subway

CHEN Ru-shun, MI Hong-liang, ZHANG Xiao-cui

TP29

：B

：1009-0134(2017)05-0041-03

2017-02-28

陳如舜（1992 -），男，河南息縣人，本科，主要從事低壓成套設(shè)備和低壓工控設(shè)備的設(shè)計研發(fā)工作。