觸摸屏技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)控制中的應(yīng)用

    一、概 述
        工業(yè)觸摸屏，是通過觸摸式工業(yè)顯示器把人和機(jī)器連為一體的智能化界面。它是替代傳統(tǒng)控制按鈕和指示燈的智能化操作顯示終端。它可以用來設(shè)置參數(shù)，顯示數(shù)據(jù)，監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，以曲線/動畫等形式描繪自動化控制過程。更方便、快捷、表現(xiàn)力更強(qiáng)，并可簡化為PLC的控制程序，功能強(qiáng)大的觸摸屏創(chuàng)造了友好的人機(jī)界面。觸摸屏作為一種特殊的計算機(jī)外設(shè)，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。
        二、工業(yè)觸摸屏原理
        觸摸屏系統(tǒng)一般包括觸摸屏控制器（卡）和觸摸檢測裝置兩個部分。其中，觸摸屏控制器（卡）的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行：觸摸檢測裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制卡。
        工業(yè)觸摸屏具有很強(qiáng)的靈活性，可以按照設(shè)計要求更換或增加功能模塊，擴(kuò)展性強(qiáng)，可以滿足復(fù)雜的工藝控制過程，甚至可以直接通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和PLC通訊，大大方便了控制數(shù)據(jù)的處理與傳輸，減少了維護(hù)量。下圖為ROCKWELL Panel View Plus型工業(yè)觸摸屏典型結(jié)構(gòu)：

 
 1. 觸摸顯示模塊
     
 電阻型觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面相匹配的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小 （小于千分之一英寸）的透明隔離點把它們隔開絕緣。
        當(dāng)手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點位置有了一個接觸，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，這種接通狀態(tài)被控制器偵測到后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比即可得到觸摸點的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技。電阻屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線、五線、六線等多線電阻觸摸屏。電阻式觸摸屏在強(qiáng)化玻璃表面分別涂上兩層OTI透明氧化金屬導(dǎo)電層，最外面的一層OTI涂層作為導(dǎo)電體，第二層OTI則經(jīng)過精密的網(wǎng)絡(luò)附上橫豎兩個方向的+5V至0V的電壓場，兩層OTI之間以細(xì)小的透明隔離點隔開。當(dāng)手指接觸屏幕時，兩層OTI導(dǎo)電層就會出現(xiàn)一個接觸點，電腦同時檢測電壓及電流，計算出觸摸的位置，反應(yīng)速度為 10-20ms。
        五線電阻觸摸屏的外層導(dǎo)電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導(dǎo)電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導(dǎo)電層雖然延展性好，但是只能作透明導(dǎo)體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導(dǎo)電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。
        電阻型觸摸屏是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，它可以用任何物體來觸摸,可以用來寫字畫畫，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)使用。電阻型觸摸屏共同的缺點是因為復(fù)合薄膜的外層采用塑膠材料,不知道的人太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個觸摸屏而導(dǎo)致報廢。不過,在限度之內(nèi)，劃傷只會傷及外導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層的劃傷對于五線電阻觸摸屏來說沒有關(guān)系,而對四線電阻觸摸屏來說是致命的。
        2. 邏輯控制與通訊模塊

   邏輯控制模塊包含24V直流輸入（18-32）電源，SDRAM內(nèi)存及CF閃存卡、10/100BaseT以太網(wǎng)端口、可用于文件傳送,打印及與可編程控制器通訊的232串行端口、可用于連接鼠標(biāo)，鍵盤或打印計的USB端口。內(nèi)部電路板上內(nèi)嵌了CPU處理芯片，負(fù)責(zé)顯示屏的輸入、輸出以及通訊數(shù)據(jù)的處理工作。通訊模塊負(fù)責(zé)特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。
        三、觸摸屏使用及維護(hù)要點
        由于技術(shù)上的局限性和設(shè)備環(huán)境不同，屏幕上會由于水滴、灰塵等污染而無法正常使用，所以觸摸屏幕也同普通機(jī)器一樣需要定期保養(yǎng)維護(hù)。并且由于觸摸屏是多種電器設(shè)備高度集成的觸控一體機(jī)，所以在使用和維護(hù)時應(yīng)注意以下的一些問題：
        1） 在開機(jī)之前，用軟干布擦拭屏幕；
        2） 水滴或飲料落在屏幕上，會使軟件停止反應(yīng)，這是由于水滴和手指具有相似的特性，需把水滴擦去；
        3） 觸摸屏控制器能自動判斷灰塵，但積塵太多會降低觸摸屏的敏感性，只需用干布把屏幕擦拭干凈；
        4） 應(yīng)用玻璃清潔劑清洗觸摸屏上的臟指印和油污；
        5） 嚴(yán)格按規(guī)程開、關(guān)電源，關(guān)閉電源則以相反的順序進(jìn)行；
        6） 硬盤上產(chǎn)生大量臨時文件，如果經(jīng)常斷點或者不退出Windows就直接關(guān)機(jī)，很快就會導(dǎo)致硬盤錯誤。因此，需要定期運行Scandisk掃描硬盤錯誤，應(yīng)用程序中最好能設(shè)置密碼方式退出應(yīng)用程序和Windows再斷電；
        7） 純凈的觸摸屏程序是不需要鼠標(biāo)光標(biāo)的，光標(biāo)只會使用戶注意力不集中；
        8） 應(yīng)選擇足夠應(yīng)用程序使用的最簡單的防鼠標(biāo)模式，因為復(fù)雜的模式需要犧牲延時和系統(tǒng)資源；
        9） 視環(huán)境惡劣情況，定期打開機(jī)頭清潔觸摸屏的反射條紋和內(nèi)表面。具體的方法是：在機(jī)內(nèi)兩側(cè)打開蓋板，可以找到松開扣住機(jī)頭前部鎖舌的機(jī)關(guān)，打開機(jī)關(guān)即可松開鎖舌。抬起機(jī)頭前部，可以看到觸摸屏控制卡，拔下觸摸屏電纜，向后退機(jī)頭可卸下機(jī)頭和觸摸屏。仔細(xì)看清楚固定觸摸屏的方法后，卸下觸摸屏清洗，注意不要使 用硬紙或硬布，不要劃傷反射條紋。最后，按相反順序和原結(jié)構(gòu)將機(jī)頭復(fù)原；
        10）觸摸屏屬于人機(jī)界面一體機(jī)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，發(fā)熱量比較大，必需采取對觸摸屏本體及周邊環(huán)境進(jìn)行降溫措施。
        四、觸摸屏技術(shù)的實際應(yīng)用
        觸摸屏是通過外部物體接觸面板上的按鈕開關(guān)或參數(shù)設(shè)置來完成工藝流程的控制，面板上的操作內(nèi)容可以人為的通過編程軟件來進(jìn)行編輯，同時可以把完成的工藝狀態(tài)顯示在觸摸屏上，所以它既是一個輸入設(shè)備，也是一個輸出設(shè)備，其操作靈活，功能強(qiáng)大。PLC系統(tǒng)只需通過DP網(wǎng)絡(luò)即可和觸摸屏連接起來，減少了外部信號傳輸線路，實現(xiàn)了資源的有機(jī)整合。下圖為濟(jì)鋼中板廠軋機(jī)控制設(shè)備網(wǎng)絡(luò)圖：

        圖2 濟(jì)鋼中板廠軋機(jī)控制設(shè)備網(wǎng)絡(luò)圖

        隨著這幾年鋼鐵行業(yè)的大規(guī)模結(jié)構(gòu)調(diào)整，濟(jì)鋼中板廠的設(shè)備也進(jìn)行了整體性改造，優(yōu)化了工藝，減少了勞動強(qiáng)度，美化了操作環(huán)境，特別是一改以前的操作模式，全部啟用新型的觸摸系統(tǒng)代替老式的按鈕或者指示燈，并優(yōu)化了工藝流程，減少了電氣設(shè)備數(shù)量，大大減少了設(shè)備故障率，保障了設(shè)備的穩(wěn)定生產(chǎn)，觸摸屏系統(tǒng)主要應(yīng)用在濟(jì)鋼中板廠的加熱爐、精軋機(jī)、矯直、精整線等操作臺上。目前觸摸屏系統(tǒng)已經(jīng)在生產(chǎn)線使用1年半了，穩(wěn)定性非常強(qiáng)，沒有出現(xiàn)任何死機(jī)或控制失效現(xiàn)象，操作人員操作也集中有簡單。
        下圖為精扎機(jī)操作臺觸摸屏界面部分：
 

        圖3 精扎機(jī)操作臺觸摸屏界面部分

        五、結(jié)束語
        觸摸屏有著良好的抗干擾特性與應(yīng)用穩(wěn)定性控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，在工業(yè)生產(chǎn)線乃至日常生活的不同應(yīng)用環(huán)境下都有著廣闊的應(yīng)用前景，是目前電腦微型化應(yīng)用的替代品。相信在不久的將來觸摸屏一定會在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用。而我們對于觸摸屏的深入研究與應(yīng)用推廣也就顯得格外的重要。