PLC觸摸屏配置方案優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)研究

金 晶 王東升 劉 寧

(西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

鼓風(fēng)機(jī)組廣泛應(yīng)用于高爐鼓風(fēng)、電廠及煉油廠脫硫鼓風(fēng)、高爐和焦?fàn)t煤氣加壓輸送等工藝流程，此類(lèi)機(jī)組在整個(gè)工藝過(guò)程中是非常關(guān)鍵的設(shè)備，一旦停機(jī)或者損壞，整個(gè)工藝過(guò)程都有可能停產(chǎn)［1－2］。此類(lèi)機(jī)組的檢測(cè)點(diǎn)較少、控制回路相對(duì)簡(jiǎn)單、無(wú)需頻繁操作，一般選用中型PLC進(jìn)行機(jī)組監(jiān)控，如施耐德M340系列、西門(mén)子300系列等;上位機(jī)常采用工控機(jī)、臺(tái)式機(jī)或者觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。其中，觸摸屏具有占用空間小、配置成本低等優(yōu)點(diǎn)，在許多機(jī)組中得到了應(yīng)用。

分析現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用反饋回來(lái)的觸摸屏使用問(wèn)題可知，“觸摸屏+PLC”配置方案存在一些不足，對(duì)機(jī)組的正常操作和可靠運(yùn)行也造成了一定影響。因此，對(duì)該方案的優(yōu)缺點(diǎn)展開(kāi)分析并進(jìn)行改進(jìn)研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 “觸摸屏+PLC”方案分析

1.1 “觸摸屏+PLC”方案優(yōu)勢(shì)

觸摸屏是一種附加在顯示器表面的透明介質(zhì)，其通過(guò)使用者的手指觸摸該介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作定位，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的查詢和輸入，從而簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的輸入方式，真正實(shí)現(xiàn)零距離操作［3］。觸摸屏的本質(zhì)就是傳感器，由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕表面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，然后將信號(hào)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(cè)裝置發(fā)出的觸摸信息，然后轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送給CPU，同時(shí)接收?qǐng)?zhí)行CPU發(fā)出的命令信息。

根據(jù)傳感器類(lèi)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(lèi)型。由于電阻式觸摸屏價(jià)格相對(duì)便宜，市場(chǎng)占有率較高，鼓風(fēng)(通風(fēng))機(jī)組控制系統(tǒng)中的觸摸屏主要采用電阻式［4－6］。

在鼓風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)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(dòng)變送保護(hù)表、調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等4～20 mA模擬量輸入信號(hào)，Pt100等熱電阻輸入信號(hào)，壓力開(kāi)關(guān)等數(shù)字量輸入信號(hào)以及調(diào)節(jié)閥閥位控制等模擬量輸出信號(hào)，電機(jī)控制等數(shù)字量輸出信號(hào)與PLC輸入輸出模塊連接;PLC與觸摸屏可以通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信(如有需要，PLC也可以和上層控制系統(tǒng)進(jìn)行通信)，觸摸屏自帶上位運(yùn)行軟件。

“臺(tái)式機(jī)+PLC”配置方案如圖2所示。PLC與臺(tái)式機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)通信(如有需要，PLC也可以和上層控制系統(tǒng)進(jìn)行通信)，臺(tái)式機(jī)配置有上下位編程及運(yùn)行軟件，具備工程師站功能。

圖2 “臺(tái)式機(jī)+PLC”配置方案Fig.2 “Desktop+PLC”configuration

由圖2可知，若采用“臺(tái)式機(jī)+PLC”配置方案，時(shí)間一長(zhǎng)，鍵盤(pán)鼠標(biāo)容易卡死，主機(jī)頻繁死機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行安全及工藝過(guò)程穩(wěn)定性。

1.2 “觸摸屏+PLC”方案不足

根據(jù)上述分析，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需設(shè)置控制室時(shí)，“觸摸屏+PLC”配置方案優(yōu)勢(shì)較為明顯。在鼓風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)中，出于成本方面考慮，也經(jīng)常選用這種配置方案。但是在機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)及后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)的問(wèn)題較多，下述為部分現(xiàn)場(chǎng)反饋問(wèn)題。

(1)現(xiàn)場(chǎng)一:①時(shí)間一長(zhǎng)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(jī)組運(yùn)行過(guò)程中程序不便于后續(xù)改進(jìn);③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間短。

(2)現(xiàn)場(chǎng)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(wěn)定，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)通信中斷，經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)等狀況，造成工程部服務(wù)人員多次重復(fù)現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題，大大增加了服務(wù)成本，且存儲(chǔ)量小，無(wú)法保存長(zhǎng)時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)(只能存儲(chǔ)15 min)。

(3)現(xiàn)場(chǎng)三:控制柜安裝在室外(當(dāng)?shù)貧鉁赜袝r(shí)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(tǒng)穩(wěn)定性。

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)觸摸屏運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，“觸摸屏+PLC”配置方案的不足主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

旱育秧3葉內(nèi)以旱為主，促其根系發(fā)達(dá)、長(zhǎng)成壯秧，盡量做到床土不開(kāi)裂不澆水、秧苗不卷葉不澆水。3葉以后要適當(dāng)提高床土水分含量，保持土壤濕潤(rùn)，切忌用大水漫灌。陰雨天要蓋膜擋水，并及時(shí)排干畦溝水，達(dá)到最大限度地控水。

①數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間短，無(wú)法保存長(zhǎng)時(shí)間的歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)。例如某品牌觸摸屏存儲(chǔ)容量為64 MB，上位組態(tài)畫(huà)面約占用30 MB，剩余34 MB主要用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。鼓風(fēng)機(jī)組中需要存儲(chǔ)的模擬量點(diǎn)約20個(gè)，數(shù)字量約40個(gè)。如果設(shè)定數(shù)據(jù)每秒存儲(chǔ)一次，則每秒存儲(chǔ)容量為(20×4 B+40÷8 B)=85 B，而一天存儲(chǔ)容量約為7 MB，則此觸摸屏可以存儲(chǔ)約4.9天的數(shù)據(jù)。對(duì)于存儲(chǔ)容量小于64 MB的觸摸屏，其存儲(chǔ)時(shí)間更短，現(xiàn)場(chǎng)一的歷史數(shù)據(jù)只能存儲(chǔ)15 min，不利于機(jī)組事故停機(jī)后研究歷史趨勢(shì)、分析事故原因。

②鼓風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)主要采用電阻式觸摸屏，使用壽命較短(一般為3 a)，長(zhǎng)時(shí)間使用觸摸不靈敏。如果觸摸屏出現(xiàn)故障，操作人員很難判斷是屏幕表面損壞還是屏內(nèi)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(jī)組自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，觸摸屏品牌的選擇通常依據(jù)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(huán)境，編程任務(wù)較重。

④存在個(gè)別特殊情況，如現(xiàn)場(chǎng)三，觸摸屏嵌入控制柜表面，控制柜直接放置于現(xiàn)場(chǎng)，但沒(méi)有考慮到觸摸屏的工作溫度一般為0～50℃(當(dāng)?shù)貧鉁赜袝r(shí)低于－10℃)，導(dǎo)致觸摸屏頻繁故障，影響控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

總結(jié)“觸摸屏+PLC”配置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，尋找適合鼓風(fēng)機(jī)組的配置方案，對(duì)提升機(jī)組控制水平具有重要推動(dòng)作用。

2 “觸摸屏+PLC”方案改進(jìn)

①在鼓風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，建議優(yōu)先采用“臺(tái)式機(jī)+PLC”配置方案。

②對(duì)于某些特殊的場(chǎng)合，如無(wú)獨(dú)立的控制室、臺(tái)式機(jī)無(wú)處放置或控制室離PLC較遠(yuǎn)需要進(jìn)行光纖通信等不得不采用觸摸屏?xí)r，建議采用“觸摸屏一體機(jī)+PLC”或“觸摸顯示器+主機(jī)+PLC”配置方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

“觸摸屏+PLC”配置方案具有其適合的應(yīng)用場(chǎng)所，如玻璃纖維生產(chǎn)線捻線機(jī)自動(dòng)控制［7］、焦化廠推焦車(chē)控制［8］、汽輪機(jī)冷卻水泵控制［9］等，無(wú)需設(shè)置獨(dú)立的控制室。但在鼓風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)中，大多建有獨(dú)立的控制室，“觸摸屏+PLC”配置方案的不足尤顯突出?！芭_(tái)式機(jī)+PLC”、“觸摸屏一體機(jī)+PLC”以及“觸摸顯示器+主機(jī)+PLC”配置方案有效地解決了前者存儲(chǔ)時(shí)間及使用壽命短等不足，減少了工程服務(wù)人員的后期維護(hù)成本，提高了控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性及可操作性，大大提升了機(jī)組控制水平。

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