PLC触摸屏配置方案优缺点分析及改进研究

金 晶 王东升 刘 宁

(西安陕鼓动力股份有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

鼓风机组广泛应用于高炉鼓风、电厂及炼油厂脱硫鼓风、高炉和焦炉煤气加压输送等工艺流程，此类机组在整个工艺过程中是非常关键的设备，一旦停机或者损坏，整个工艺过程都有可能停产［1－2］。此类机组的检测点较少、控制回路相对简单、无需频繁操作，一般选用中型PLC进行机组监控，如施耐德M340系列、西门子300系列等;上位机常采用工控机、台式机或者触摸屏进行实时监测。其中，触摸屏具有占用空间小、配置成本低等优点，在许多机组中得到了应用。

分析现场应用反馈回来的触摸屏使用问题可知，“触摸屏+PLC”配置方案存在一些不足，对机组的正常操作和可靠运行也造成了一定影响。因此，对该方案的优缺点展开分析并进行改进研究具有现实意义。

1 “触摸屏+PLC”方案分析

1.1 “触摸屏+PLC”方案优势

触摸屏是一种附加在显示器表面的透明介质，其通过使用者的手指触摸该介质来实现对计算机的操作定位，最终实现对计算机的查询和输入，从而简化计算机的输入方式，真正实现零距离操作［3］。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表面，用于检测用户触摸位置，然后将信号送至触摸屏控制器。触摸屏控制器的主要作用是接收触摸检测装置发出的触摸信息，然后转换成触点坐标发送给CPU，同时接收执行CPU发出的命令信息。

根据传感器类型划分，触摸屏主要分为表面声波式、电阻式、电容式、红外式和新概念式等类型。由于电阻式触摸屏价格相对便宜，市场占有率较高，鼓风(通风)机组控制系统中的触摸屏主要采用电阻式［4－6］。

在鼓风机组控制系统中，“触摸屏+PLC”配置方案如图1所示。

图1 “触摸屏+PLC”配置方案Fig.1 “Touch screen+PLC”configuration

图1中，压力变送器、轴振动变送保护表、调节阀电动执行机构等4～20 mA模拟量输入信号，Pt100等热电阻输入信号，压力开关等数字量输入信号以及调节阀阀位控制等模拟量输出信号，电机控制等数字量输出信号与PLC输入输出模块连接;PLC与触摸屏可以通过以太网进行通信(如有需要，PLC也可以和上层控制系统进行通信)，触摸屏自带上位运行软件。

“台式机+PLC”配置方案如图2所示。PLC与台式机通过以太网通信(如有需要，PLC也可以和上层控制系统进行通信)，台式机配置有上下位编程及运行软件，具备工程师站功能。

图2 “台式机+PLC”配置方案Fig.2 “Desktop+PLC”configuration

由图2可知，若采用“台式机+PLC”配置方案，时间一长，键盘鼠标容易卡死，主机频繁死机，严重影响机组运行安全及工艺过程稳定性。

1.2 “触摸屏+PLC”方案不足

根据上述分析，现场无需设置控制室时，“触摸屏+PLC”配置方案优势较为明显。在鼓风机组控制系统中，出于成本方面考虑，也经常选用这种配置方案。但是在机组现场投运及后续运行过程中，出现的问题较多，下述为部分现场反馈问题。

(1)现场一:①时间一长触摸不灵敏，损坏后维修麻烦，触摸屏上位程序的二次安装不方便;②机组运行过程中程序不便于后续改进;③数据存储时间短。

(2)现场二:①用户操作不方便，屏幕较小，分辨率及亮度较低;②工作不稳定，有时会出现通信中断，经常出现死机等状况，造成工程部服务人员多次重复现场处理问题，大大增加了服务成本，且存储量小，无法保存长时间的历史数据(只能存储15 min)。

(3)现场三:控制柜安装在室外(当地气温有时低于－10℃)，使用温度超出了触摸屏的工作温度(0～50℃)，触摸屏不能正常工作，影响系统稳定性。

根据上述统计触摸屏运行过程中出现的问题，“触摸屏+PLC”配置方案的不足主要表现在以下几个方面。

旱育秧3叶内以旱为主，促其根系发达、长成壮秧，尽量做到床土不开裂不浇水、秧苗不卷叶不浇水。3叶以后要适当提高床土水分含量，保持土壤湿润，切忌用大水漫灌。阴雨天要盖膜挡水，并及时排干畦沟水，达到最大限度地控水。

①数据存储时间短，无法保存长时间的历史趋势数据。例如某品牌触摸屏存储容量为64 MB，上位组态画面约占用30 MB，剩余34 MB主要用于存储数据。鼓风机组中需要存储的模拟量点约20个，数字量约40个。如果设定数据每秒存储一次，则每秒存储容量为(20×4 B+40÷8 B)=85 B，而一天存储容量约为7 MB，则此触摸屏可以存储约4.9天的数据。对于存储容量小于64 MB的触摸屏，其存储时间更短，现场一的历史数据只能存储15 min，不利于机组事故停机后研究历史趋势、分析事故原因。

②鼓风机组控制系统主要采用电阻式触摸屏，使用寿命较短(一般为3 a)，长时间使用触摸不灵敏。如果触摸屏出现故障，操作人员很难判断是屏幕表面损坏还是屏内器件故障，维修不方便，只能直接换新且重新安装上位程序。

③在前期机组自控系统设计过程中，触摸屏品牌的选择通常依据PLC品牌，而PLC品牌的选择主要由用户要求决定。用户要求的PLC品牌不同，所配置的触摸屏品牌也可能不同;还有部分用户指定触摸屏品牌，从而造成上位编程人员需要熟悉各种触摸屏编程环境，编程任务较重。

④存在个别特殊情况，如现场三，触摸屏嵌入控制柜表面，控制柜直接放置于现场，但没有考虑到触摸屏的工作温度一般为0～50℃(当地气温有时低于－10℃)，导致触摸屏频繁故障，影响控制系统运行稳定性。

总结“触摸屏+PLC”配置方案的优缺点，寻找适合鼓风机组的配置方案，对提升机组控制水平具有重要推动作用。

2 “触摸屏+PLC”方案改进

①在鼓风机组控制系统设计过程中，建议优先采用“台式机+PLC”配置方案。

②对于某些特殊的场合，如无独立的控制室、台式机无处放置或控制室离PLC较远需要进行光纤通信等不得不采用触摸屏时，建议采用“触摸屏一体机+PLC”或“触摸显示器+主机+PLC”配置方案。

3 结束语

“触摸屏+PLC”配置方案具有其适合的应用场所，如玻璃纤维生产线捻线机自动控制［7］、焦化厂推焦车控制［8］、汽轮机冷却水泵控制［9］等，无需设置独立的控制室。但在鼓风机组控制系统中，大多建有独立的控制室，“触摸屏+PLC”配置方案的不足尤显突出。“台式机+PLC”、“触摸屏一体机+PLC”以及“触摸显示器+主机+PLC”配置方案有效地解决了前者存储时间及使用寿命短等不足，减少了工程服务人员的后期维护成本，提高了控制系统的可靠性、稳定性及可操作性，大大提升了机组控制水平。

［1］吴玉林，陈光庆，刘树红.通风机和压缩机［M］.北京:清华大学出版社，2005.

［2］李方涛，李书丞，苏成利，等.离心式压缩机防喘振控制及故障诊断系统研究与应用［J］.化工自动化及仪表，2011，38(5):589－592.

［3］韩冰.触摸屏技术及应用［M］.北京:化学工业出版社，2008.

［4］吴志晟.PLC控制系统与触摸屏在鼓风机中的应用［J］.杭氧科技，2009(3):28－33.

［5］许琼.PLC与触摸屏在鼓风机中的应用［J］.杭氧科技，2010(Z1):87－89.

［6］路海东.对于触摸屏在PLC的高温风机控制系统的改进［J］.中国水泥，2010(5):73 －74.

［7］赵显红，张晓红.触摸屏与PLC在捻线机自动控制系统中的应用［J］.自动化仪表，2008，29(7):66 －68.

［8］唐一科，王久斌，谢志红.煤化工炼焦推焦车自动行走控制系统的研制［J］.重庆大学学报:自然科学版，2003，26(12):32 －34.

［9］傅光辉，李创军.汽轮机循环冷却水泵变频改造［J］.能源研究与管理，2010(1):51 －59.