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触摸屏在提升机PLC双线控制系统中的应用
摘 要:介绍了触摸屏的具体使用方法,研究讨论了怎样合理运用触摸屏和PLC以加强人机对话的功能。
关键词:触摸屏 PLC 双线控制 人机界面
1、引言
  矿井提升机是煤炭生产过程中大型关键设备,素有“矿山咽喉”之称。新版煤炭安全规程提出了提升机双线控制的要求。现阶段提升机的电控系统大都采用可编程序控制器(PLC)作为控制系统的核心。由于PLC功能完备、组合灵活、编程方便,同时稳定可靠,因而受到广泛欢迎并得以普遍应用。但在实际应用中单依靠PLC的人机对话方式显得较为单一,只利用拨码开关或手持编程器进行工艺参数及数据的设定,很难完成工控流程的实时控制和显示,给操作者带来不便。为解决这一矛盾,我们选用当今世界流行的先进人机对话设备—触摸屏作为新型的人机对话接口。实践证明,利用这种典型的人机界面,不仅可以替代传统的控制面板和键盘操作,而且它与PLC结合可以方便地修改控制参数及实时显示数据,并能以动画及曲线的方式描绘自动控制过程,拓展了PLC的功能应用。
  本文以无锡光洋(KOYO)公司的GC系列触摸屏在PLC双线控制系统中的应用,对触摸屏的人机对话方式进行讨论。
2、系统的工作过程及硬件构成
  本系统选用无锡光洋(KOYO)公司的产品,主控选用SM-24R型PLC,用TRK-J1000型旋转编码器发出的脉冲信号作为主控输入,以GC-53LC2型触摸屏实现人机交互界面。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

图2 触摸屏与PLC的接线图
  安装于提升机滚筒轴端的TRD-J1000型旋转编码器将提升容器的行程转化为脉冲信号送入PLC的高速计数模块,PLC对脉冲处理后,用于实时监测提升容器在井筒中的行程及速度,并根据需要对提升容器进行行程控制和速度保护。用专用电缆把PLC和GC连接起来(连接图如图2),GC就可以实时地显示提升容器在井筒中的运行情况,包括运行速度和行程,也可以显示提升容器的速度曲线图。
3、触摸屏界面设计
  GC触摸屏的界面编辑软件SCREEN CREATOR 5 ,提供了多种部品、控件和图形库文件,可组态出各种显示和控制功能,实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化。利用人机界面操作被监控系统,对PLC中的实时数据进行显示、记录,也可以设计动态画面来模拟控制过程,从而满足监控要求。软件还可以为操作人员设定操作密码,对一些重要参数的修改设定访问权限,从而保证系统和生产的安全。触摸屏界面的设计包括创建画面和信息,并将它们与PLC程序相连。
  具体可概括为以下三个步骤:
  (1)界面的整体规划
  在充分了解工控过程的基础上,对本系统的触摸屏界面作一个整体规划。界面图如图3所示。①在主画面(也是系统的默认画面)上进行总界面设计,通过触摸按钮可分别切换到运行画面和调试画面;②根据不同需要,运行画面的设计可以以动画的形式监控提升容器(本系统中是罐笼),也可以以曲线的形式显示提升容器的速度,在这两个画面下提升容器的速度和提升容器在井筒中的位置都以数字的形式实时地显示出来;③现场要求调试时有两种情况,模拟运行调试和故障低速调试。模拟运行调试用来检测各保护点的位置是否合理,而故障低速调试是在系统出现故障时低速运行来检查并排除故障,或是某些特殊情况(如运送炸药等),本身就需要低速运行;④本系统中的各保护点(如上、下减速点,上、下过卷值等)需要在实践中不断地修改,因此在调试画面中增加了参数设置画面。而这些参数又关系到一线的生产、生命安全问题,不能随便更改,因此我们在进入参数修改画面时设置了密码画面,只有输入正确的密码后才能修改参数,增加了系统的安全可靠性。

图3 触摸屏画面切换示意图
  (2)设定变量
  变量在触摸屏的部品、控件(输入/输出区域、指示灯等)与PLC的相应I/O接点及存储单元之间建立联系,实现触摸屏敏感部件对PLC的控制及参数的输入、PLC当前过程值及报警信号向触摸屏的输出。设置后的部分变量如表1:
  表1 变量设定表


  (3)具体画面的制作及显示
  ① 数据的设定和显示
  在参数需要实时修改的情况下,传统上都是借助手持编程器来将数据写到PLC的寄存器中,给操作人员带来一定的不便。利用触摸屏,直接触摸要修改的数据可以弹出一个小数字键盘,这样就可以方便地修改数据并保存到PLC的寄存器中。其界面如图4A所示,当触摸“上过卷值”时,会弹出如图4B中所示的小数字键盘,用数字键盘可以很方便地修改上过卷值。

图4 修改数据界面图
  另外,本系统中提升容器的速度值和位置需要实时显示。传统上用数码管显示,不但不直观,还易使操作者产生视疲劳。而利用触摸屏,只要把相应的PLC数据寄存器号写入“显示部品”的属性框中,触摸屏就可以按扫描周期实时显示,效果柔和,降低了视疲劳,辅以动画直观显示,大大降低了工人的劳动强度。
  ② 报警及故障画面的显示
  提升机控制系统中,在提升容器减速时要提醒操作者,而超速时要报警以便操作者及时限速。类似于这种需要提醒或报警的情况很多,这就要求控制系统尽可能多地指出故障或报警点,我们将能够预想到的大量的故障和报警画面储存在报警菜单中。若遇到提升机异常,触摸屏能迅速地调出与之对应的故障内容并显示在触摸屏上,便于维修人员发现故障类型,及时排除故障。

图5 报警界面图
  报警画面如图5所示,从速度图显示画面上弹出的报警窗口中可以看出,报警产生的原因是提升机(即绞车)速度超限。操作者可根据提示来排除故障。
4、K-basic编程功能
  GC系列触摸屏的画面编辑软件SCREEN CREATOR 5 提供了K-basic程序语言。当你用手指触摸屏幕的时候,你希望某部品显示数值、字符、或使某个开关动作时,你需要使用K-basic语言编制程序。SCREEN CREATOR 5软件自带了一个部品库,把常用的部品如开关、指示灯、数据显示器、按钮等放到部品库里。我们选用部品库里的部品是不需要自己编写K-basic程序的,SCREEN CREATOR 5 软件自带了它们的K-basic控制程序,我们只需设置这些部品的属性就可以使用它们了。可是,对于现场所需要的一些特殊部品(如本系统中的提升容器—罐笼),部品库里往往是没有的,这时我们就得制作这些部品,并用K-basic语言编制它们的控制程序,以实现现场控制的要求。使用K-basic语言可以方便地编写动画显示的控制程序。以下是本系统中的一个动画画面(图6)以及用K-basic语言编制的部分控制程序。

图6 罐笼显示图
  declare BcdBinConvert%(mode%,data%)
  init
  local type%,id@,data%
  static now_data%
  static timeid@
  flag%=0
  cyclic [局号]~[寄存器号]
  cyclic [局号]~[连接设备名称]
  end init
  conf
  end conf
  evnt
  input type%,id@,data%
  now_data% = BcdBinConvert%([BIN:1,signed BIN:2,BCD:3],data%)
  if type%=16 and id@=[局号]~[寄存器号] and now_data%=0 then
  open .yx00.,0
  close .yx01.
  close .yx02.
  close .yx03.
  close .yx04.
  close .yx05.
  close .yx06.
  else if type%=16 and id@=[局号]~[寄存器号] and now_data%=1 then
  open .yx01.,0
  timeid@ = opentim()
  settim timeid@,1,0
  starttim timeid@
  close .yx00.
  close .yx02.
  close .yx03.
  close .yx04.
  close .yx05.
  close .yx06.
  stoptim timeid@
  closetim timeid@
  else if type%=16 and id@=[局号]~[寄存器号] and now_data%=2 then
  open .yx02.,0
  timeid@ = opentim()
  settim timeid@,1,0
  starttim timeid@
  close .yx00.
  close .yx01.
  close .yx03.
  close .yx04.
  close .yx05.
  close .yx06.
  stoptim timeid@
  closetim timeid@
  end if
  end evnt
5、结束语
  触摸屏在可编程序控制器(PLC)控制系统中的应用,不但简化了现场操作,而且提高了控制程序和人机交互界面的灵活性。通过屏幕完成功能操作,改变程序就可以进行触摸键的添加及功能扩展,克服了以往加一个开关就要破坏整个控制面板格局的窘境,使控制变得更加灵活。同时设计者可以各显其能,充分利用触摸屏的软件资源,自由设计动画界面以更贴实际地模拟现场操作。使之真正成为现代化矿井提升系统中的一个亮点。该控制系统已成功应用于新汶矿业集团孙村煤矿的立井提升系统中,得到了现场操作者的认可和好评。
参考文献
  [1] GC系列触摸屏操作手册。无锡:光洋电子有限公司,2002
  [2] GC系列触摸屏画面编辑软件SCREEN CREATOR 5 操作手册。无锡:光洋电子有限公司,2002
  [3] 代洁 触摸屏和PLC在造纸机械控制系统中的应用 机电工程,2002,19(2):21—23。
  
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