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一、 TP 介绍
（ 1) 简介
TP 触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种连接人类和机器（主要为 PLC ）的人机界面（国外称为 HMI 或 MMI ），被称为PLC 的脸面。它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化PLC 的控制程序。
比之模拟仪表、操作台控制的优点：
1 ） 体积变小，几乎不占空间；
2 ） 连线简单化。
(2) TP触摸屏的主要作用
监视：以数据、曲线、图形、动画等各种形式来反映 PLC 内部位状态，存储器数值，从而直观反应工业控制系统的流程、走向。
控制：可以通过触摸操作改变 PLC 内部位状态，存储器数值，从而参与过程控制。
(3) TP触摸屏主要功能
1 ） 以动画形式表现控制过程，可实现工况图、流程图，设备由静态到运行，画面模拟动画显示；
2 ） 离散点的 ON/OFF 表示；可实现管道、阀门、指示灯的颜色变化，电气开关闸刀的开合、档板的开关、多选一开关的实现等；
3 ） 参数设置、数据显示；可设计数据表格，制作操作面板的仿真图象；
4 ）棒图、（半）饼图、容器图、趋势图及各种仪表表示；可制作操作面板的仿真图象，可实现信号量值、液体深度的变化；模拟表头指针或游标的移动等；
5 ） 各种报警动作：生产过程中出现异常情况，自动报警并用文字显示故障类型，画面自动切换至故障所在的流程画面；
6 ） 可进行报表打印（非屏幕硬拷贝）、报警信息打印，打印时序可由用户确定；可连 CCTV 监视头（ NTSC制式），显示现场实时信息。
7) 把原来的开关、指示灯等移到触摸屏上，则可省去 PLC 上原来对应开关、指示灯等的输入输出点，从而可减小 PLC系统的规模。
8 ）权限管理：操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后，触摸屏才能进入运行状态
(4) TP触摸屏在恶劣条件下使用特点
1) 防尘、抗震
2) 防水、防电磁
二、可编程序控制器（ PLC）在搅拌楼控制中的应用特点：
1）可靠性高 PLC在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可直接安装于工业现场而稳定可靠的工作，防磁，抗震，防尘。
2）编程简单、容易掌握。
3）适应性强，应用灵活。搅拌楼中心控制室的 PLC系统可控制搅拌楼附属设备如：搅拌楼的骨料上料皮带、水泥及粉煤灰的脉冲控制系统。
4）控制系统设计、修改、调试方便，工作量少。
5）功能强大。 PLC 具有开关量输入 / 输出，模拟量输入 /输出，大量的内部中间继电器，时间继电器，特殊继电器，数据寄存器，可进行逻辑控制、数据处理、模拟量处理。
三、 TP 和 PLC在搅拌控制系统中的应用
1) 数据流程
在这套控制系统中， TP主要是发挥工业流程监控、数据显示、资料存储、打印、生产管理、发布生产操作命令的作用，它并不参与过程控制， PLC主要是采集现场生产信息 , 及时向 TP传送各类生产状态和数据如：配料门的限位、搅拌机的状态、各称量斗的传感信号，操作台的开关信号等，使 TP能以生动形象的动画形式及时显示出来， PLC 根据程序运行结果和 TP 发布的指令来控制现场设备。具体见如下框图：
2)系统配置框图
3) 系统主要构成：
触摸屏 : TP 采用 加拿大 TouchWin 公司 TP系列触摸屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过触摸屏实时了解现场运行状态，各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生，并可对工艺生产过程进行控制和调节, 触摸屏本身具有 “ 配方 ” 功能，通过其内部的宏指令可以将不同产品的不同工艺配方存储在其中，随时调用，大大节提高工作效率 ,它可以与近 30 个厂家的 PLC 通讯，兼容性极强，还可以和计算机通讯（开放式通讯协议），基于bbbbbbs98/2000/XP 操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。具有RS232/422/485 通讯口，方便于连接其它厂家的 PLC及外设产品（如：条形码、存储卡、变频器、个人计算机等）。触摸屏上的并行口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据。在编程软件中选择好触摸屏和PLC 型号后，在其系统设定中选择 PLC 型号，通讯的波特率为 38400bps ；奇偶校验为奇校验；数据长度 8 位；停止位 1位；通讯方式 RS-232 。
……PLC 可采用 XINJE 或西门子、欧姆龙等系列产品
…… 打印机 可采用 HP 或其他品牌的针式打印机和喷墨打印机
……TP 软件 采用 TP 专用的制作软件 TPsoft编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换 BMP 文件和 AUTOCAD中的 DXF文件。还具有留言板功能用于交接班记录用。在编程软件中可以设定触摸屏背光灯的关闭时间，节省其使用寿命。触摸屏中具有内部编程指令 ——宏命令，可以减轻 PLC 的编程负担，甚至有些简单的设备中可以取代 PLC ，由触摸屏编程直接和其它设备通讯
……PLC 编程软件 采用的是 XINJE 的 FC 编程软件，用它完成整个程序的编制、调试。
…… 监视摄像头
…… 软起动器
4) TP+PLC控制系统参数：
(1)A/D 转换 :1-16 路通道
(2) I/O 模块 : 采用 DC 输入输出 , 光电和机械隔离
(3) 配料精度 :
水泥 粉状 水剂 :±1%
砂石骨料 :±2%
5) 触摸屏和 PLC控制系统的主要功能：
(1) 整个控制过程处于中文系统下工作 , 管理完全汉化
(2) 实现配料 , 下料 , 拌和 , 出砼自动控制
(3) 拌和时间 , 下料顺序随即可调
(4) 配料 , 下料 , 拌和动态模拟显示
(5) 系统自动校称
(6) 配方可达 200 余种
(7)I/O 状态自动检测
(8) 自动生成数据库 , 生产流程图 , 报警系统图 , 参数报表
历史查询 , 报表制作和打印
四 . 下面以某电站 2× 1m3搅拌楼为例介绍各方面的制作
1) 系统组成：
…… 触摸屏选用 TFT 液晶显示器
…… 可编程序控制器选用信捷 FC-32R-E
…… 打印机选用 EPSON
2) 附属设备：
…… 强电柜一台，主要为各种动力设备提供电源、及各控制电源
…… 操作台一台
.
……PLC 及放大器柜
…… 上料皮带控制箱
…… 传感器 10 套
…… 其他低压电器
3) 触摸屏画面的制作采用 TouchWin编辑工具软件完成。各画面画面包括各控制菜单及视频窗口，首页可由相关单位编写广告画面欢迎词或系统机型说明。本系统主要包含以下几项：
在主菜单画面中设计了 9 个画面选择开关 , 用于打开 9 个不同功能的画面 , 画面分布 :
a) 流程控制 : 在生产过程中切换到此画面 , 用于生产流程监控和控制
b) 重量设定 : 主要是用于配方设定和修改
c) 时间设定 : 主要是用于搅拌机搅拌时间设定 , 配料抖动时间及提前量设定，下料顺序时间参数设定
d) 主控画面：在进行系统校验时用于主控系统运算的基本参数，这也是程序运算的核心，为了防止误修改在标定画面中加入了权限功能
e) 状态监控：真实反映现场的 I/O 状态，利于故障的检查和排除
f) 配方：用于存储配方和调用配方，在此系统中设计了 20 个配方
g) 数据列表：在生产过程中随时记录每一循环的称量数据，便于汇总查询和打印
h) 打印：根据数据报表的内容控制打印机，在本系统中采用的时针式打印机
i) 资料管理：主要是操作使用说明以及相关的接线信息
下面列举本系统几个主要画面：
在设计各画面控件时，在画面框中画出所需要的控件，进行大小比例调整，上色，进行属性连接，画面上的控件属性数据全部由下位机PLC 提供，TP 画面制作起来非常方便快捷，在实际运行过程中，若需在 TP画面中增加新的内容，如开关、菜单选择等，只需在设计软件中增加相应的项目传送至 TP 即可。
在 TP 和 PLC 进行通讯和调试参数前，需特别注意以下几点：
a) 选择直接传送方式：选择直接通讯方式 ( 选择 PLC 类型及对应 I/O 地址 ), 该方式下 ,TP 直接读取或改写 PLC的数据寄存器和继电器内容 , 这样可以大大减轻 PLC 用户程序的负担 .
b) 系统数据区：当选择直接传送方式时 ,TP 内部寄存器首地址开始的数个数据寄存器被规定为系统数据区 , 系统数据完成画面切换等动作,TP 和 PLC 内部占用特定的寄存器区 , 完成各种功能．系统数据区是 TP 与 PLC 交换数据的媒体 ,TP 初始化时 ,需确定 PLC 系统数据区的的起始定义号．
6)PLC 的程序分三部分设计：传感器模拟量数据采集及处理、逻辑控制部分、报表处理部分。在实际应用中，可根据需要随时增加 PLC的功能，如：搅拌楼（站）附属设备的控制，皮带系统和水泥、煤灰脉冲系统等． PLC 实时采集传感称量值和输入信号 , 经逻辑运算后 ,由输出模块控制称量斗、搅拌机、螺旋输送机的启停以及报警等。程序设计思想和步骤 :a)要全面了解被控制对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系； b)根据系统功能要求（包括输入、输出信号数量的多少、性质、参数；选择 PLC 型号及各种附加配置，并有规则、有目的的分配输入、输出点；根据控制及流程要求，对应输入、输出开发相应应用程序； c ）连接 PLC 与外部设备连线 , 将编制完成的程序写入 PLC中，模拟工况运行，进行调试及修改； d) 在模拟调试成功后，接入现场实际控制系统中进行调试，直至完全通过为止 . FC系列编程工具是 bbbbbbS 环境下的 PLC 编程软件 ,利用本软件可以进行程序设计，编程实现，编写注释说明文档和维护控制应用系统 , 它可以用两种方式编程即梯形图编程和命令语编程 ,见下图：
料皮带由于在配料过程中频繁起动，在这里采用的是软起动器。其目的主要是保护电机和机械，另一方面是防止因频繁起动引起的电网电压冲击
五．结束语
本系统由于采用目前占有量较高，技术成熟的加拿大 TouchWin 公司的人机界面及 FC 系统可编程控制器，既使生产过程中 PLC控制系统硬件发生故障，也可以立即查明原因更换相应器件，大限度的缩小在线维修时间 , 在这种配置中，当 TP因在运行中出现意外故障，无法显示和监控时， PLC能单独完成一系列的工作，互不受影响，这样是防止当人机界面出现问题时，带来系统控制失灵。在系统界面设计过程中，比较多的考虑了用户的实际需求，界面操作简洁，明了。当生产过程硬件状态发生变化时，勿需修改软件，仅需在线进行简单参数设定既可，系统维护性强。
武钢硅钢厂在生产硅钢带时，为连续生产，用滚焊机将前后两卷钢带首尾焊接，生产工艺完成后，再由剪切机切割分开，以提高生产效率。该厂的滚焊机系统是70年代从日本全套引进的，经过20多年的长期运行，电气设备老化严重，动作可靠性差，严重影响正常生产。在对其电控系统的技术改造中，用先进的PLC控制取代继电器逻辑控制，添加通信功能，实时显示各主体设备的状态变化及故障报警画面，组成控制、监管相结合的一体化系统。
1生产工艺简介
焊接时，两卷钢带首尾搭接，在接触面流通强电流，接触电阻及金属固有电阻产生电阻热，使焊接接点温度达到金属可熔化的适当温度，对其加压使之接合。
钢带焊接生产工艺如图1所示。主要由钢带搭接定位、压紧，钢带焊接，焊接复位、作业线运行三个阶段组成。简介如下。
运行中的先行带经钢带检测器检测到末端时，停止在下部电极上→挡板下降→后行带前进至挡板位置与先行带搭接→导辊下降→压板下降→电极下降→小车前进。
钢带检测器、电极轮及其升降装置搭载在小车上，小车前进到钢带上方时，钢带检测开关由OFF→ON，使电极通电开始焊接。焊接电流的传导方向为：焊接变压器→电极轮1→焊接钢带→下部电极→电极轮2→焊接变压器。当焊接到钢带边沿时，钢带检测开关变为OFF而使焊接停止。
小车前进到“前进极限点”停止→冲头下降，延时0.5S后自动上升→电极、挡板、压板依次上升→剥离器上升，使钢带脱离下部电极，延时2S后剥离器下降→导辊上升。
以上过程即完成一个单程焊接。为加固两带焊接，通常需来回焊接两次，即再增加一次后退焊接。当需后退焊接时，先将两钢带重合部向前移动一段（但不得偏离下部电极），再按以上次序将焊机各装置重复动作一次，所不同的是小车此次为后退运行，并后退到“原位置”停止。此时启动作业线又可循环运行。
2系统硬件配置
根据生产工艺，采用典型的两级监控方式。上位机为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。
上位机选用国内广泛应用的研华IPC-610工控机，配有PIII处理器、64MB内存，具有较高性价比。因现场通信距离较远，配置一块RS422/485通信卡，用双绞线将其串口与PLC通信模块（AJ71UC24）RS422端口相连，以串行通信方式完成二级间通信，实现监控焊接过程。上位机RS232口经适配器（SC-09）转换与PLCCPU模块连接，用于对PLC控制软件的编程。
钢带生产现场噪声干扰及环境污染严重。我们选作主控单元的三菱公司A2A系列PLC，采用模块式结构，可靠性高，配置灵活，且具有良好的环境适应性和抗干扰能力；使用简单，只需相应外设或编程软件包（如MEDOC），即可完成控制程序的编写。它负责焊接工艺的电气逻辑控制，包括各焊接设备的状态检测、钢带检测；执行逻辑、算术运算；输出执行指令，完成小车前后运行、焊接启停、各电磁阀及状态过程等的控制。PLC控制系统硬件配置如图2所示。
3系统优化及功能实现
系统设有自动/手动2种控制方式，由选择开关转换。由于钢带搭接定位时的不确定性，故以手动操作为主要控制方式。自动方式仅在手动操作将钢带搭接定位、压紧后，才自动按预定逻辑顺序运行。当系统发生紧急故障时，按急停按钮可终止当前所有设备运行；当设备出现故障或工艺参数不正常时，由PLC启动灯光及蜂鸣器报警，且仅当故障排除后，才能有效通过按钮使报警复位。焊机设备工作时，PLC控制主电控柜上的对应状态指示灯亮，上位机模拟显示现场各机电设备的动作，方便了中控室操作员对整个工艺流程的监视。
调节焊接电流和小车速度，可有效焊接不同板厚（0.28~0.9mm）钢带。小车驱动装置由变频调速器、控制电机、皮带及进给丝杆构成。工作时，变频调速器启动电机，经皮带传动进给丝杆，驱动小车前后移动，移动到前后极限点即停。通过设定变频调速器输出频率的上下限及调整速度调节器，可实现小车速度在要求范围内（6~12m/min）连续调节。
焊接电流与焊缝质量直接相关。焊接电流回路主要由晶闸管、电流监视器及焊接变压器3部分组成。在焊接变压器前串联了一套交流调压装置，控制晶闸管门极导通角，调节焊接电压值，即可控制焊接电流。由于晶闸管工作时电流较大（瞬间可达800A），易发热致损，为此设有循环冷却水路。对系统的气路、水路、焊接电流主回路中的电流平衡、晶闸管异常等都设有检测保护开关。各检测信号串联，作为PLC启动焊接的联锁条件，保证系统在正常条件下工作。
为提高系统的可靠性，还作了如下优化设计：
（1）控制电机选用具有先进抱闸技术的进口日立电机，它动态性能好，启动平稳，转矩大，停止反应迅速、准确，有效克服了原电机因反应滞后而产生的误动作。
（2）先行钢带检测由接近开关改为光电开关。由于钢带在运行中经常产生颤动而摩擦到接近开关，使其致损失灵。改用可远距离检测的光电开关后，隐患消除。
（3）对电极、压板、挡板、导辊及剥离器等动作的检测由限位开关改为接近开关。由于接近开关的非接触性检测，有效克服了气缸因气压不稳等因素对检测开关的冲撞。
（4）为抑制电源及变频调速器对PLC控制系统的噪声干扰，采用线路滤波器、隔离变压器及分离开关单独供电。线路滤波器安装时尽量靠近PLC电源，用短的双绞线连接，且将其输入、输出线的配线分开；变频调速器及其配置的滤波器尽量置于柜体底部，缩短柜内线段，滤波器的外壳接地。
（5）对检测开关、PLC的I/O信号采用专用的24V净化电源，提高信号线路的抗干扰能力及整套设备的电磁兼容性。
（6）采取合理的配线方式。控制线路、电源线路和信号线路分别独立配线，相互间保持一定距离，设法避免长距离平行配线，采取垂直交叉走线方式，以及输入、输出信号线分槽布置。对速度调节、时间设定等模拟信号采用双绞屏蔽电缆传送，并将信号线屏蔽层一端可靠接地。
4系统软件设计
4.1PLC软件设计
采用状态设计法编制控制程序梯形图。状态设计法就是根据具体对象的运动状态分配中间变量作标记，针对各个状态给予实际控制的设计方法。其关键是确定系统在工艺流程中的状态及状态转化的条件，分析系统的状态必须充分考虑各种情况。在本系统软件设计中，按工艺流程对焊机各运行状态（如挡板下降、导辊上升、小车前进、焊接开始等）分配中间变量；确定各状态的先后次序及联锁关系；明确系统所要涉及到的输入、输出量，画出PLC各输出信号与输入信号的逻辑关系；再由逻辑关系转化为梯形图。该程序分别由钢带定位、小车控制、过程监控、故障诊断等控制程序组成，采用状态设计法编制后，梯形图程序流程有序、逻辑清晰。钢带焊接过程时间虽短，但条件多，动作复杂，为此，将系统的运行和故障联锁等全部由PLC控制，以提高系统的可靠性；在软件设计中适当添加联锁条件，使各动作间严格确保相互约束或定时关系；建立合适的状态标志位，如对焊机的“焊接完了”、“小车前后条件”、“故障停机”等建立标志位，并准确应用于各控制状态的设计中；设置识别及处理故障的能力，对系统中的冷却水、空压及变频器等异常采用延时确认方式。
4.2上位机软件设计
上位机监控软件以中文bbbbbbs98作操作系统，选用Inbbblution公司的Fix6.1编程，该组态软件具有较高的稳定性和兼容性，直观的图形界面便于操作人员学习和使用。监控软件与PLC的通信采用三菱PLC的Multibbbb协议，波特率为19.2Kb/s，8位数据位，端口设为COM3。采用模块化结构方式编制，用以完成计算机通信硬件参数的初始化和PLC通信数据的格式定义，实现两极间的通信管理：包括PLC发送数据的接收、校验和译码；对PLC内存单元数据的实时采集、处理，在屏幕上以抽象图形模拟显示现场各机电设备的运行状态，反映系统各电气信号的数据变化；根据实际控制需要，向PLC内存写入新的数据，下发命令给CPU。当焊机出现故障时，除声音报警外，还动态显示故障点，并提供故障原因及解决措施的查询画面。若需要查明设备的工作状态，软件的管理部分给出了PLC程序实时运行时的梯形图，通过在线监视映象PLCI/O点的位软元件的开/断状态，来确认对应外部设备的动作是否到位、PLC输入输出点与程序内部各点是否一致，从而给操作人员提供了更直接的故障探查手段，以迅速确定故障点。在进入管理画面前设有口令管理，使合法操作员才可进入对PLC的监视。通过访问管理，可抛开PLC编程软件的监控，有效防止运行MEDOC对PLC可能产生的误操作。具体监控程序框图见图3。
5结束语
滚焊机采用PLC控制后，大大简化了复杂的继电器逻辑，提高了系统的可靠性；操作简单，运行稳定，焊接效果良好，圆满地完成了用户提出的控制要求。运行近一年来，保持lingguzhang，经济效益和社会效益显著。
[作者简介]肖麟芬（1971—），男（汉），江西吉水人，工程师，主要从事自动化技术的研究和应用工作