觸摸屏在老設備上的應用

丁振洪

摘要：一些老的電氣控制系統沒有配備觸摸屏，設備故障報警功能不完善，沒有報警歷史記錄可查。為此將觸摸屏引入電氣控制系統，并在PLC程序中增加故障捕捉功能，使設備具備“自診斷”功能，為設備的維護與檢修提供及時有效信息。

關鍵詞：觸摸屏；故障報警；PLC程序；故障捕捉；自診斷

人機界面（HMI）是操作人員與PLC之間進行對話和相互作用的接口設備。用戶可以通過人機界面與控制控制系統進行信息交換，向控制系統輸入數據，信息和控制命令，而控制系統又可以通過人機界面回送控制系統的數據與有關信息給用戶。因此人機界面已經成為現代工業控制系統不可缺少的設備之一，其應用越來越廣泛，一些老設備可以通過增加觸摸屏的方法來升級電氣控制系統，為操作人員提供更多的有用信息。

某氧化鋁廠擁有的三臺從荷蘭進口的隔膜泵是該廠重要的核心設備，其電氣控制柜PLC選用西門子S7300，原設計沒有配置觸摸屏?？刂乒耖T上配有操作電鈕及少量故障指示燈，但由于安裝位置有限，不能安裝太多的故障指示燈，導致原系統所能提供的信息量比較少，有些引起設備停車的故障沒辦法顯示，經常造成“不明原因”故障停機，尤其是外部聯鎖信號引起的停車故障，停車后不會留下痕跡，這就給故障的診斷和處理帶來了困難。

原有控制系統不能提供更多故障信息，且沒有歷史故障信息記錄，影響設備的檢修與維護，為解決這個問題，將電氣控制系統升級，引入西門子觸摸屏MP277，同時將原314CPU改為315-2DP，其中DP口用于通過PRIFIBUS通信與觸摸屏連接，另一個MPI口用于編程和監控。硬件的升級完成后，還需要相關軟件來支撐，即觸摸屏組態程序與相關PLC程序的創建與修改。

首先分析原PLC程序，列出所有可能引起設備停機的原因，并將這些故障中間變（位），組合到一個16位的字中，方便觸摸屏調用，因為觸摸屏是報警使用的變量是以字（16位）為單位。對于原PLC程序里面沒有保持的故障，需要通過程序來加以捕捉和鎖定，瞬間波動會引起設備故障停機，但不一定會在觸摸屏報警視圖中報故障，因為受變量更新采樣周期的限制，觸摸屏接收不到瞬間變化的信號，從而出現“不明原因故障”。例如，外部聯鎖停機信號是常閉型，故障狀態下PLC對應的輸入點是沒有信號的，可在程序中用下降沿脈沖命令捕捉和鎖定外部聯鎖信號140.6，經過程序處理的外部聯鎖信號的中間變量M79.2就能被觸摸屏接收，并在報警歷史記錄里面查詢，避免出現“不明原因”故障停機。中間變量M79.2可在主機運行的上升沿自動復位和人工手動復位。外部聯鎖控聯鎖停主電機的信號的捕捉程序如下，其他會引起主機停車但沒有保持的信號都用此方法進行程序鎖定處理。

然后在觸摸屏建立與PLC一致的報警變量，并定義每一位報警的文字內容，創建報警視圖，在報警視圖的屬性視圖對話框中選擇“報警事件”，這樣就可以顯示歷史報警。此外還創建觸摸屏操作畫面，原控制柜門所有操作都能在觸摸屏上實現，當然這也需要修改PLC程序，實現觸摸屏的操作控制設備的功能，觸摸屏通過PROFIBUS網絡與CPU連接安裝在設備旁邊，方便崗位人員操作。而且還增加了啟動條件畫面，無論什么原因造成設備無法正常啟動，只要查看此畫面就一目了然了。此外還利用觸摸屏的數據記錄功能，創建隔膜室排、注油次數及泵出口壓力趨勢畫面和泵出口流量統計功能，尤其是流量統計功能，可以查閱三天內各班次的累計輸送流量數據，在電氣控制系統上實現了以往只有DCS才能實現的數理統計功能。從此這一進口設備有了“記憶”和數理統計功能，增加許多原系統不可能具備的新功能，這對掌握設備的狀態和泵的預知性維修創造了有利條件。例如，通過分析觸摸屏推進液系統排、注油次數趨勢畫面（推進液是隔膜泵的重要傳動介質），可以掌握推進液系統的運行狀況和初步推測推進液系統存在的問題。一方面使問題及時發現、及時處理；另一方面能準確排除故障，避免過剩維修，使全廠最核心的設備——隔膜泵——得到及時備用。

系統升級后完善報警功能，使設備具有“自診斷功能”，消除了設備“不明原因”故障停車現象，原來不能在控制柜報的故障都能在觸摸屏顯示，所有設備故障都能在觸摸屏上找到原因和頻次，為設備故障的查找與處理提供線索，縮短了設備故障停車時間。避免出現以前電氣、儀表兩家互相爭執、推諉的情形。觸摸屏的運用優化了電氣控制系統，提高了設備的可靠性和核心設備運轉率，取得了較好的經濟效果。觸摸屏直觀生動的操作界面，使得各種工藝參數和故障信息一目了然，為操作和設備維護創造了一個良好的人機界面，現該氧化鋁廠通過增加觸摸屏對三臺進口隔膜泵控制系統全部進行了升級。