TouchWin觸摸屏TP和PLC在攪拌樓生產控制中的應用

本文著重介紹了觸摸屏作為上位機管理系統與PLC通訊在混凝土攪拌樓中的實際應用，主要闡述了該系統采用集中控制方式的優越性以及制作方法。該系統特點是觸摸屏通過RS232串行通訊，達到管理與控制相結合，便于實時監控，減少了故障率，大大提高了施工生產效率。

一、TP介紹

1. 簡介

TP 觸摸式工業圖形顯示器（簡稱觸摸屏）是一種連接人類和機器（主要為 PLC ）的人機界面（國外稱為 HMI 或 MMI ），被稱為 PLC 的臉面。它是替代傳統控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器。可用于參數設置、數據顯示、以曲線、動畫等形式描繪自動化控制過程，并可簡化 PLC 的控制程序。

比之模擬儀表、操作臺控制的優點：

·體積變小，幾乎不占空間；
·連線簡單化。

2. TP 觸摸屏的主要作用

·監視：以數據、曲線、圖形、動畫等各種形式來反映 PLC 內部位狀態，存儲器數值，從而直觀反應工業控制系統的流程、走向。
·控制：可以通過觸摸操作改變 PLC 內部位狀態，存儲器數值，從而參與過程控制。

3. TP 觸摸屏主要功能

·以動畫形式表現控制過程，可實現工況圖、流程圖，設備由靜態到運行，畫面模擬動畫顯示；
·離散點的 ON/OFF 表示；可實現管道、閥門、指示燈的顏色變化，電氣開關閘刀的開合、檔板的開關、多選一開關的實現等；
·參數設置、數據顯示；可設計數據表格，制作操作面板的仿真圖象；
·棒圖、（半）餅圖、容器圖、趨勢圖及各種儀表表示；可制作操作面板的仿真圖象，可實現信號量值、液體深度的變化；模擬表頭指針或游標的移動等；
·各種報警動作：生產過程中出現異常情況，自動報警并用文字顯示故障類型，畫面同時自動切換至故障所在的流程畫面；
·可進行報表打印（非屏幕硬拷貝）、報警信息打印，打印時序可由用戶確定；可連 CCTV 監視頭（ NTSC 制式），顯示現場實時信息；
·把原來的開關、指示燈等移到觸摸屏上，則可省去 PLC 上原來對應開關、指示燈等的輸入輸出點，從而可減小 PLC 系統的規模；
·權限管理：操作員只有在開機時輸入正確的登陸密碼后，觸摸屏才能進入運行狀態。

4. TP 觸摸屏在惡劣條件下使用特點

·防塵、抗震
·防水、防電磁

二、可編程序控制器（ PLC ）在攪拌樓控制中的應用特點

·可靠性高 PLC 在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使它可直接安裝于工業現場而穩定可靠的工作，防磁，抗震，防塵。
·編程簡單、容易掌握。
·適應性強，應用靈活 攪拌樓中心控制室的 PLC 系統可同時控制攪拌樓附屬設備如：攪拌樓的骨料上料皮帶、水泥及粉煤灰的脈沖控制系統。
·控制系統設計、修改、調試方便，工作量少。
·功能強大 PLC 具有開關量輸入 / 輸出，模擬量輸入 / 輸出，大量的內部中間繼電器，時間繼電器，特殊繼電器，數據寄存器，可進行邏輯控制、數據處理、模擬量處理。

三、TP和PLC在攪拌控制系統中的應用

1. 數據流程

在這套控制系統中， TP 主要是發揮工業流程監控、數據顯示、資料存儲、打印、生產管理、發布生產操作命令的作用，它并不參與過程控制， PLC 主要是采集現場生產信息,及時向 TP 傳送各類生產狀態和數據如：配料門的限位、攪拌機的狀態、各稱量斗的傳感信號，操作臺的開關信號等，使 TP 能以生動形象的動畫形式及時顯示出來， PLC 根據程序運行結果和 TP 發布的指令來控制現場設備。具體見如下框圖：

2. 系統配置框圖

3. 系統主要構成

(1) 觸摸屏：TP采用加拿大TouchWin公司TP系列觸摸屏，它負責處理現場與運行操作有關的人機界面，使操作員通過觸摸屏實時了解現場運行狀態，各種生產數據的當前值以及是否有故障報警發生，并可對工藝生產過程進行控制和調節，觸摸屏本身具有“配方”功能，通過其內部的宏指令可以將不同產品的不同工藝配方存儲在其中，隨時調用，大大節提高工作效率，它可以與近 30 個廠家的PLC通訊，兼容性極強，而且還可以和計算機通訊（開放式通訊協議），基于 Windows98/2000/XP 操作平臺下的專用組態軟件，界面友好直觀，易學易用，大大節省產品開發周期。具有RS232/422/485通訊口，方便于連接其它廠家的PLC及外設產品（如：條形碼、存儲卡、變頻器、個人計算機等）。觸摸屏上的并行口還可以直接和打印機連接實時或定時打印當前或歷史數據。在編程軟件中選擇好觸摸屏和PLC型號后，在其系統設定中選擇PLC型號，通訊的波特率為 38400bps ；奇偶校驗為奇校驗；數據長度8位；停止位1位；通訊方式RS-232。

(2) PLC：可采用XINJE或西門子、歐姆龍等系列產品。

(3) 打印機：可采用HP或其他品牌的針式打印機和噴墨打印機。

(4) TP軟件：采用TP專用的制作軟件 TPsoft 編程軟件中備有大量的圖形庫（開關、燈、棒圖等）供選擇，還可以根據用戶需求編輯所需要的工藝圖形，能夠轉換BMP文件和AUTOCAD中的 DXF 文件。還具有留言板功能用于交接班記錄用。在編程軟件中可以設定觸摸屏背光燈的關閉時間，節省其使用壽命。觸摸屏中具有內部編程指令 -- 宏命令，可以減輕PLC的編程負擔，甚至有些簡單的設備中可以取代 PLC ，由觸摸屏編程直接和其它設備通訊。

(5) PLC 編程軟件：采用的是XINJE的FC編程軟件，用它完成整個程序的編制、調試。

(6) 監視攝像頭

(7) 軟起動器

4. TP+PLC 控制系統參數

(1) A/D 轉換：1-16 路通道
(2) I/O 模塊：采用 DC 輸入輸出，光電和機械隔離
(3) 配料精度： 水泥 粉狀 水劑：±1% ，砂石骨料：±2%

5. 觸摸屏和 PLC 控制系統的主要功能

整個控制過程處于中文系統下工作，管理完全漢化；
實現配料，下料，拌和，出砼自動控制；
拌和時間，下料順序隨即可調；
配料，下料，拌和動態模擬顯示；
系統自動校稱；
配方可達200余種；
I/O 狀態自動檢測；
自動生成數據庫，生產流程圖，報警系統圖，參數報表，歷史查詢，報表制作和打印。


四、下面以某電站 2× 1m3 攪拌樓為例介紹各方面的制作

1. 系統組成

觸摸屏選用 TFT 液晶顯示器
可編程序控制器選用信捷 FC-32R-E
打印機選用 EPSON
2. 附屬設備

強電柜一臺，主要為各種動力設備提供電源、及各控制電源
操作臺一臺
PLC 及放大器柜
上料皮帶控制箱
傳感器 10 套
其他低壓電器

3. 觸摸屏畫面的制作采用

TouchWin 編輯工具軟件完成。各畫面畫面包括各控制菜單及視頻窗口，首頁可由相關單位編寫廣告畫面歡迎詞或系統機型說明。本系統主要包含以下幾項：

在主菜單畫面中設計了 9 個畫面選擇開關，用于打開 9 個不同功能的畫面，畫面分布：

a) 流程控制：在生產過程中切換到此畫面，用于生產流程監控和控制；
b) 重量設定：主要是用于配方設定和修改；
c) 時間設定：主要是用于攪拌機攪拌時間設定，配料抖動時間及提前量設定，下料順序時間參數設定；
d) 主控畫面：在進行系統校驗時用于主控系統運算的基本參數，這也是程序運算的核心，因此為了防止誤修改在標定畫面中加入了權限功能；
e) 狀態監控：真實反映現場的I/O狀態，利于故障的檢查和排除；
f) 配方：用于存儲配方和調用配方，在此系統中設計了20個配方；
g) 數據列表：在生產過程中隨時記錄每一循環的稱量數據，便于匯總查詢和打印；
h) 打印：根據數據報表的內容控制打印機，在本系統中采用的時針式打印機；
i) 資料管理：主要是操作使用說明以及相關的接線信息。

下面列舉本系統幾個主要畫面：

在設計各畫面控件時，首先在畫面框中畫出所需要的控件，然后進行大小比例調整，上色，接下來進行屬性連接，畫面上的控件屬性數據全部由下位機PLC提供，所以TP畫面制作起來非常方便快捷，在實際運行過程中，若需在 TP 畫面中增加新的內容，如開關、菜單選擇等，只需在設計軟件中增加相應的項目傳送至 TP 即可。

在TP和PLC進行通訊和調試參數前，需特別注意以下幾點：

a) 選擇直接傳送方式：選擇直接通訊方式 (選擇PLC類型及對應I/O地址)，該方式下，TP直接讀取或改寫PLC的數據寄存器和繼電器內容，這樣可以大大減輕PLC用戶程序的負擔。

b) 系統數據區：當選擇直接傳送方式時，TP內部寄存器首地址開始的數個數據寄存器被規定為系統數據區，系統數據完成畫面切換等動作，TP和PLC內部占用特定的寄存器區，完成各種功能。系統數據區是TP與PLC交換數據的媒體，TP初始化時，需確定PLC系統數據區的的起始定義號。

4. PLC 的程序分三部分設計

傳感器模擬量數據采集及處理、邏輯控制部分、報表處理部分。在實際應用中，可根據需要隨時增加 PLC 的功能，如：攪拌樓（站）附屬設備的控制，皮帶系統和水泥、煤灰脈沖系統等． PLC 實時采集傳感稱量值和輸入信號，經邏輯運算后，由輸出模塊控制稱量斗、攪拌機、螺旋輸送機的啟停以及報警等。程序設計思想和步驟：

a) 首先要全面了解被控制對象的機構、運行過程等，并明確動作邏輯關系；
b) 根據系統功能要求（包括輸入、輸出信號數量的多少、性質、參數；選擇 PLC 型號及各種附加配置，并有規則、有目的的分配輸入、輸出點； 根據控制及流程要求，對應輸入、輸出開發相應應用程序；
c) 同時連接 PLC 與外部設備連線，將編制完成的程序寫入PLC中，模擬工況運行，進行調試及修改；
d) 在模擬調試成功后，接入現場實際控制系統中進行再次調試，直至完全通過為止。FC系列編程工具是WINDOWS環境下的PLC編程軟件，利用本軟件可以進行程序設計，編程實現，編寫注釋說明文檔和維護控制應用系統，它可以用兩種方式編程即梯形圖編程和命令語編程，見下圖：

料皮帶由于在配料過程中頻繁起動，所以在這里采用的是軟起動器。其目的主要是保護電機和機械，另一方面是防止因頻繁起動引起的電網電壓沖擊。

五、結束語

本系統由于采用目前國內市場占有量較高，技術成熟的加拿大TouchWin公司的人機界面及 FC 系統可編程控制器，既使生產過程中PLC控制系統硬件發生故障，也可以立即查明原因更換相應器件，最大限度的縮小在線維修時間，另外在這種配置中，當TP因在運行中出現意外故障，無法顯示和監控時，PLC能單獨完成一系列的工作，互不受影響，這樣是防止當人機界面出現問題時，帶來系統控制失靈。在系統界面設計過程中，比較多的考慮了用戶的實際需求，界面操作簡潔，明了。當生產過程硬件狀態發生變化時，勿需修改軟件，僅需在線進行簡單參數設定既可，系統維護性強。