工業(yè)控制中觸摸屏技術(shù)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(dòng)畫等形式描繪自動(dòng)化控制過程。更方便、快捷、表現(xiàn)力更強(qiáng)，并可簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)外設(shè)，它是目前最簡(jiǎn)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(cè)裝置兩個(gè)部分。其中，觸摸屏控制器(卡)的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)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(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行：觸摸檢測(cè)裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測(cè)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(jì)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(diǎn)把它們隔開絕緣。

　　當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點(diǎn)位置有了一個(gè)接觸，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場(chǎng)，使得偵測(cè)層的電壓由零變?yōu)榉橇?，這種接通狀態(tài)被控制器偵測(cè)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(diǎn)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(gè)方向的+5V至0V的電壓場(chǎng)，兩層OTI之間以細(xì)小的透明隔離點(diǎn)隔開。當(dāng)手指接觸屏幕時(shí)，兩層OTI導(dǎo)電層就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，電腦同時(shí)檢測(cè)電壓及電流，計(jì)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(zhǎng)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?yàn)樗鼘?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(duì)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(diǎn)是因?yàn)閺?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(gè)觸摸屏而導(dǎo)致報(bào)廢。不過,在限度之內(nèi)，劃傷只會(huì)傷及外導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層的劃傷對(duì)于五線電阻觸摸屏來說沒有關(guān)系,而對(duì)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(jì)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、觸摸屏技術(shù)的實(shí)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(shí)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(gè)輸入設(shè)備，也是一個(gè)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(hào)傳輸線路，實(shí)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(dòng)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(tái)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(jiǎn)單。

　　下圖為精扎機(jī)操作臺(tái)觸摸屏界面部分：

　　圖3 精扎機(jī)操作臺(tái)觸摸屏界面部分

　　四、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。