李建海，蘇學(xué)軍，王成剛，楊帆

觸摸屏在放電控制系統(tǒng)中應(yīng)用

李建海，蘇學(xué)軍，王成剛，楊帆

（海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部，山東煙臺(tái) 264001）

設(shè)計(jì)了一種基于觸摸屏和PLC技術(shù)的蓄電池放電控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的下位機(jī)以PLC為控制核心，對(duì)放電電流和電壓信號(hào)進(jìn)行采集；觸摸屏作為上位機(jī)，實(shí)時(shí)顯示放電信息及設(shè)定放電參數(shù)。詳細(xì)介紹了觸摸屏的工作原理、系統(tǒng)硬件組成、觸摸屏與PLC通信方法及觸摸屏組態(tài)界面的設(shè)計(jì)。試驗(yàn)表明，系統(tǒng)具有人機(jī)交互方便、運(yùn)行安全可靠、易于操作、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

觸摸屏 放電系統(tǒng) PLC

0 引言

觸摸屏是一種附著在顯示器的表面，與顯示器配合使用，通過(guò)觸摸產(chǎn)生模擬電信號(hào)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)由微處理器計(jì)算得出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)，從而得到操作者的意圖并執(zhí)行的新型器件。它的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)的輸入結(jié)合為一體，使得人機(jī)交互界面更簡(jiǎn)單，更友好。PLC已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，其本身不具有友好的人機(jī)界面交互功能，而觸摸屏正是與PLC 控制系統(tǒng)相匹配的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了PLC控制的可視化。觸摸屏與PLC組合使用的控制系統(tǒng)已成為當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，尤其是在人機(jī)交互頻繁、工藝復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中，具有傳統(tǒng)控制面板不可比擬的優(yōu)越性。本文基于觸摸屏與PLC技術(shù)設(shè)計(jì)了一種蓄電池智能放電控制系統(tǒng)。下面主要介紹觸摸屏在放電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[1-2]。

1 觸摸屏原理及分類

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前面, 用于檢測(cè)用戶觸摸位置, 接受后送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息, 并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo), 再送給CPU，同時(shí)它能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行，工作原理如圖1所示。

根據(jù)工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，觸摸屏可分為四種類型：電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波式觸摸屏。后三種觸摸屏比電阻式觸摸屏在實(shí)際應(yīng)用上更復(fù)雜。因此，在實(shí)際中電阻式觸摸屏使用的最多。電阻式觸摸屏又可分為四線式和五線式2 種。它們?cè)谥谱鞴に嚿匣鞠嗤?，都? 層的透明薄膜構(gòu)成，最下面是玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過(guò)硬化處理從而光滑防刮的塑料層，附著在上下兩層內(nèi)表面的兩層為金屬導(dǎo)電層，這兩層由細(xì)小的透明隔離點(diǎn)進(jìn)行絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)處接觸。觸摸層的兩個(gè)金屬導(dǎo)電層分別用來(lái)測(cè)量x 軸和y 軸方向的坐標(biāo)。用于x 坐標(biāo)測(cè)量的導(dǎo)電層從左右兩端引出兩個(gè)電極，記為X+ 和X-。用于y 坐標(biāo)測(cè)量的導(dǎo)電層從上下兩端引出兩個(gè)電極，記為Y+和Y-。這就是四線電阻觸摸屏的引線構(gòu)成。當(dāng)在一對(duì)電極上施加電壓時(shí)，在該導(dǎo)電層上就會(huì)形成均勻連接的電壓分布圖。若在x方向的電極對(duì)上施加一確定的電壓，而y方向電極對(duì)上不加電壓時(shí)，在x平行電壓場(chǎng)中，觸點(diǎn)處的電壓值可在Y+（或Y-）電極上反映出來(lái)，通過(guò)測(cè)量Y+電極對(duì)地的電壓大小，便可得知觸點(diǎn)的x 坐標(biāo)值。同理，當(dāng)在y 電極對(duì)上加電壓，而X 電極對(duì)上不加電壓時(shí)，通過(guò)測(cè)量X + 電極的電壓，便可得知觸點(diǎn)的y 坐標(biāo)。測(cè)量原理如圖2 所示[3-4]。

2 控制系統(tǒng)組成

蓄電池放電監(jiān)控系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、放電模塊及采樣模塊等組成，如圖3所示。PLC是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)，并對(duì)觸摸屏的輸入信息進(jìn)行相應(yīng)的控制處理。根據(jù)系統(tǒng)的要求，選取S7-200系列CPU226作為控制核心，CPU226 的I /O 點(diǎn)數(shù)是24/16，能滿足系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量的控制要求。S7-200 PLC 具有功能強(qiáng)大的指令集,它提供了８?jìng)€(gè)回路的PID 功能,用以實(shí)現(xiàn)需要按照PID 控制規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制任務(wù)。由于PID 功能需要有模擬量輸入，以反饋被控制物理量的實(shí)際值，故選用了1個(gè)EM235 模擬量輸入模塊，EM235有4路模擬量輸入，負(fù)責(zé)電壓和電流的采集和控制，將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)電流、電壓信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送給CPU處理。

放電模塊采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)元件的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓，配合其它輔助模塊共同實(shí)現(xiàn)蓄電池恒流放電。

觸摸屏采用威倫通MT6000系列觸摸屏，是Weintek研發(fā)出的新一代人機(jī)界面，采用4線精密電阻式工業(yè)級(jí)觸控面板，32 位RISC處理器，主頻400 MHz，64 M DDR2內(nèi)存，使運(yùn)行速度更快。該型號(hào)屏為7寸65536色TFT LCD屏，128M超大容量Flash，采用無(wú)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)；內(nèi)置3組異步串行通信接口RS485/RS232，搭載USB 1.1 Host及USB 2.0 client高速傳輸埠各一組，多種標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方便用戶使用；內(nèi)置電源隔離保護(hù)器，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)行；大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，并且可以直接存儲(chǔ)或備份到U 盤(pán)、SD 卡或上位機(jī)上，滿足監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息管理。

3 觸摸屏設(shè)計(jì)

3.1 觸摸屏與PLC的通信[5]

威倫通MT6000系列觸摸屏與S7-200 PLC控制器之間采用串行通信方式，通信端口采用9針D型接口，接線如表1所示，通信線的接法必須與選擇的端口一致。PLC通信端口參數(shù)的設(shè)置必須與Easy Builder 800軟件中PLC的通信參數(shù)一致，如波特率、端口號(hào)等。與S7-200 通訊時(shí)，一般將通訊延時(shí)、ACK 訊號(hào)延時(shí)分別設(shè)置為默認(rèn)值5 ms、30 ms，也可根據(jù)通訊速率需求做適當(dāng)修改。

3.2 觸摸屏程序設(shè)計(jì)[6-8]

觸摸屏界面設(shè)計(jì)程序采用Easy Builder 800軟件專用編程軟件進(jìn)行編譯、設(shè)計(jì)，然后從計(jì)算機(jī)中下載到觸摸屏即可使用。軟件自帶在線模擬和離線模擬功能可充分滿足界面開(kāi)發(fā)需要。

觸摸屏在整個(gè)系統(tǒng)所起的作用主要有： 1）設(shè)定并顯示系統(tǒng)的放電參數(shù)；2）監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，顯示電池的放電信息；3）故障報(bào)警和放電結(jié)束報(bào)警，并顯示報(bào)警信息；4）以曲線圖和柱狀圖的形式，動(dòng)態(tài)顯示電池電壓和放電容量的變化情況；5）放電結(jié)束，以歷史記錄的形式存儲(chǔ)放電信息；6）設(shè)置權(quán)限管理，分為普通用戶和管理員，分別設(shè)置不同的操作權(quán)限，操作人員只有在開(kāi)機(jī)輸入正確的密碼登錄后，觸摸屏才能進(jìn)入工作狀態(tài)。

系統(tǒng)觸摸屏界面組成如圖4所示，主要包括主界面、參數(shù)設(shè)置界面、放電信息界面、狀態(tài)監(jiān)視界面、報(bào)警記錄界面和歷史記錄界面等，部分界面如圖5和圖6所示。

1）主界面：主界面包括了各個(gè)界面的切換按鈕，單擊按鈕可以切換到相應(yīng)的畫(huà)面，其他畫(huà)面均有“返回”按鈕，單擊可返回初始畫(huà)面，便于用戶進(jìn)行畫(huà)面切換。

2）參數(shù)設(shè)置界面：主要用來(lái)設(shè)定放電電流、放電容量、放電時(shí)間及電池終止電壓等放電參數(shù)，以滿足蓄電池放電的要求。

3）放電信息界面：主要顯示放電全過(guò)程電池的狀態(tài)信息，包括在線電池的電壓、放電電流、放電時(shí)間和放出容量等。

4）狀態(tài)監(jiān)視界面：主要功能是以曲線圖的形式顯示蓄電池電壓的實(shí)時(shí)數(shù)值，以棒圖的形式記錄電池的放電容量，顯示直觀，方便觀察。

5）報(bào)警信息界面：主要用來(lái)顯示歷史故障記錄,查詢故障時(shí)間及原因。

6）歷史記錄界面：主要用來(lái)記錄每一次放電設(shè)置的技術(shù)參數(shù)、放電時(shí)間和放電容量等。

7）權(quán)限管理界面：主要來(lái)設(shè)置用戶的權(quán)限，只有授權(quán)用戶才能啟動(dòng)系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

觸摸屏和PLC相組合的蓄電池放電系統(tǒng)既利用了PLC強(qiáng)大的控制功能，又發(fā)揮了觸摸屏友好的人機(jī)交互、操控靈活等優(yōu)點(diǎn)，大大減少了操縱臺(tái)上的開(kāi)關(guān)數(shù)量，省去了復(fù)雜的電氣接線，使操作人性化，操作人員可以直接通過(guò)觸摸屏的按鈕來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，簡(jiǎn)化了操作難度。觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的放電信息、電壓曲線、容量棒圖等，實(shí)現(xiàn)了PLC控制的可視化，提高了蓄電池恒流放電、容量檢測(cè)的智能化水平。

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Applications of Touch- screen to Batteries Discharging System

Li Jianhai, Su xuejun, Wang Chenggang, Yang Fan

（Department of Basic Experiment, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China）

TP273

A

1003-4862（2014）02-0010-03

2013-04-02

李建海(1976-)，碩士，講師。研究方向：電工電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制。