触摸屏在放电控制系统中应用

2014-05-07李建海苏学军王成刚杨帆

船电技术 2014年2期

李建海，苏学军，王成刚，杨帆

触摸屏在放电控制系统中应用

李建海，苏学军，王成刚，杨帆

（海军航空工程学院基础实验部，山东烟台 264001）

设计了一种基于触摸屏和PLC技术的蓄电池放电控制系统。该系统的下位机以PLC为控制核心，对放电电流和电压信号进行采集；触摸屏作为上位机，实时显示放电信息及设定放电参数。详细介绍了触摸屏的工作原理、系统硬件组成、触摸屏与PLC通信方法及触摸屏组态界面的设计。试验表明，系统具有人机交互方便、运行安全可靠、易于操作、自动化程度高等特点。

触摸屏放电系统 PLC

0 引言

触摸屏是一种附着在显示器的表面，与显示器配合使用，通过触摸产生模拟电信号，经过转换为数字信号由微处理器计算得出触摸点的坐标，从而得到操作者的意图并执行的新型器件。它的应用使得数据的显示和数据的输入结合为一体，使得人机交互界面更简单，更友好。PLC已被广泛应用于工业控制领域，其本身不具有友好的人机界面交互功能，而触摸屏正是与PLC 控制系统相匹配的人机界面，实现了PLC控制的可视化。触摸屏与PLC组合使用的控制系统已成为当前工业自动化的发展趋势，尤其是在人机交互频繁、工艺复杂的应用环境中，具有传统控制面板不可比拟的优越性。本文基于触摸屏与PLC技术设计了一种蓄电池智能放电控制系统。下面主要介绍触摸屏在放电控制系统中的应用[1-2]。

1 触摸屏原理及分类

触摸屏的本质就是传感器，由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面, 用于检测用户触摸位置, 接受后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息, 并将它转换成触点坐标, 再送给CPU，同时它能接收CPU发来的命令并加以执行，工作原理如图1所示。

根据工作原理和传输信息的介质，触摸屏可分为四种类型：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波式触摸屏。后三种触摸屏比电阻式触摸屏在实际应用上更复杂。因此，在实际中电阻式触摸屏使用的最多。电阻式触摸屏又可分为四线式和五线式2 种。它们在制作工艺上基本相同，都由4 层的透明薄膜构成，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，附着在上下两层内表面的两层为金属导电层，这两层由细小的透明隔离点进行绝缘。当手指触摸屏幕时，两导电层在触摸点处接触。触摸层的两个金属导电层分别用来测量x 轴和y 轴方向的坐标。用于x 坐标测量的导电层从左右两端引出两个电极，记为X+ 和X-。用于y 坐标测量的导电层从上下两端引出两个电极，记为Y+和Y-。这就是四线电阻触摸屏的引线构成。当在一对电极上施加电压时，在该导电层上就会形成均匀连接的电压分布图。若在x方向的电极对上施加一确定的电压，而y方向电极对上不加电压时，在x平行电压场中，触点处的电压值可在Y+（或Y-）电极上反映出来，通过测量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的x 坐标值。同理，当在y 电极对上加电压，而X 电极对上不加电压时，通过测量X + 电极的电压，便可得知触点的y 坐标。测量原理如图2 所示[3-4]。

2 控制系统组成

蓄电池放电监控系统由触摸屏、PLC、放电模块及采样模块等组成，如图3所示。PLC是整个系统的控制核心，负责控制系统的运行，同时与触摸屏进行实时通信，为触摸屏的显示提供数据，并对触摸屏的输入信息进行相应的控制处理。根据系统的要求，选取S7-200系列CPU226作为控制核心，CPU226 的I /O 点数是24/16，能满足系统的开关量的控制要求。S7-200 PLC 具有功能强大的指令集,它提供了８个回路的PID 功能,用以实现需要按照PID 控制规律进行自动调节的控制任务。由于PID 功能需要有模拟量输入，以反馈被控制物理量的实际值，故选用了1个EM235 模拟量输入模块，EM235有4路模拟量输入，负责电压和电流的采集和控制，将来自现场电流、电压信号进行A／D转换，并将转换结果送给CPU处理。

放电模块采用功率半导体器件作为开关元件，通过控制开关元件的占空比来调整输出电压，配合其它辅助模块共同实现蓄电池恒流放电。

触摸屏采用威伦通MT6000系列触摸屏，是Weintek研发出的新一代人机界面，采用4线精密电阻式工业级触控面板，32 位RISC处理器，主频400 MHz，64 M DDR2内存，使运行速度更快。该型号屏为7寸65536色TFT LCD屏，128M超大容量Flash，采用无风扇冷却系统；内置3组异步串行通信接口RS485/RS232，搭载USB 1.1 Host及USB 2.0 client高速传输埠各一组，多种标准的通讯接口和网络协议方便用户使用；内置电源隔离保护器，提高了产品的抗干扰能力，适应复杂环境下运行；大容量的数据存储功能，并且可以直接存储或备份到U 盘、SD 卡或上位机上，满足监控系统中数据信息管理。

3 触摸屏设计

3.1 触摸屏与PLC的通信[5]

威伦通MT6000系列触摸屏与S7-200 PLC控制器之间采用串行通信方式，通信端口采用9针D型接口，接线如表1所示，通信线的接法必须与选择的端口一致。PLC通信端口参数的设置必须与Easy Builder 800软件中PLC的通信参数一致，如波特率、端口号等。与S7-200 通讯时，一般将通讯延时、ACK 讯号延时分别设置为默认值5 ms、30 ms，也可根据通讯速率需求做适当修改。

3.2 触摸屏程序设计[6-8]

触摸屏界面设计程序采用Easy Builder 800软件专用编程软件进行编译、设计，然后从计算机中下载到触摸屏即可使用。软件自带在线模拟和离线模拟功能可充分满足界面开发需要。

触摸屏在整个系统所起的作用主要有： 1）设定并显示系统的放电参数；2）监控系统运行状况，显示电池的放电信息；3）故障报警和放电结束报警，并显示报警信息；4）以曲线图和柱状图的形式，动态显示电池电压和放电容量的变化情况；5）放电结束，以历史记录的形式存储放电信息；6）设置权限管理，分为普通用户和管理员，分别设置不同的操作权限，操作人员只有在开机输入正确的密码登录后，触摸屏才能进入工作状态。

系统触摸屏界面组成如图4所示，主要包括主界面、参数设置界面、放电信息界面、状态监视界面、报警记录界面和历史记录界面等，部分界面如图5和图6所示。

1）主界面：主界面包括了各个界面的切换按钮，单击按钮可以切换到相应的画面，其他画面均有“返回”按钮，单击可返回初始画面，便于用户进行画面切换。

2）参数设置界面：主要用来设定放电电流、放电容量、放电时间及电池终止电压等放电参数，以满足蓄电池放电的要求。

3）放电信息界面：主要显示放电全过程电池的状态信息，包括在线电池的电压、放电电流、放电时间和放出容量等。

4）状态监视界面：主要功能是以曲线图的形式显示蓄电池电压的实时数值，以棒图的形式记录电池的放电容量，显示直观，方便观察。

5）报警信息界面：主要用来显示历史故障记录,查询故障时间及原因。

6）历史记录界面：主要用来记录每一次放电设置的技术参数、放电时间和放电容量等。

7）权限管理界面：主要来设置用户的权限，只有授权用户才能启动系统。

4 结束语

触摸屏和PLC相组合的蓄电池放电系统既利用了PLC强大的控制功能，又发挥了触摸屏友好的人机交互、操控灵活等优点，大大减少了操纵台上的开关数量，省去了复杂的电气接线，使操作人性化，操作人员可以直接通过触摸屏的按钮来控制系统的运行，简化了操作难度。触摸屏可以实时显示系统的放电信息、电压曲线、容量棒图等，实现了PLC控制的可视化，提高了蓄电池恒流放电、容量检测的智能化水平。

[1] 马勇, 程铁栋, 臧其亮等. 触摸屏在井下水泵控制装置中的应用[J]. 工矿自动化, 2009, 11:84-86.

[2] 吕品. PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J]. 自动化仪表, 2010, 31(8): 45-47.

[3] 王立凤. 触摸屏技术及其应用[J]. 电子工业专用设备, 2006, 1: 63-65.

[4] 王立凤. 触摸屏技术及其性能分析[J]. 装备制造技术, 2010, 3: 69-71.

[5] 维纶通科技有限公司. EB800使用手册, 2011.

[6] 王立凤. 基于PLC 和触摸屏的砌块成型机控制系统的设计[J]. 黎明职业大学学报, 2010, 3: 37-39.

[7] 甘耀欢. WEINVIEW触摸屏在纸箱生产行业的应用[J]. PLC&FA, 2008, 5: 83-85.

[8] 张玉娟, 陈刚. 基于MT8056 触摸屏的ModBus 协议变频器控制系统[J]. 工业控制计算机, 2009, 22(12): 3-4.

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