觸摸屏在工業控制中的研究與應用

【維文信TP-FPC】一、概 述

　　工業觸摸屏，是通過觸摸式工業顯示器把人和機器連為一體的智能化界面。它是替代傳統控制按鈕和指示燈的智能化操作顯示終端。它可以用來設置參數，顯示數據，監控設備狀態，以曲線/動畫等形式描繪自動化控制過程。更方便、快捷、表現力更強，并可簡化為PLC的控制程序，功能強大的觸摸屏創造了友好的人機界面。觸摸屏作為一種特殊的計算機外設，它是目前簡單、方便、自然的一種人機交互方式。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備。

　　二、工業觸摸屏原理

　　觸摸屏系統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，并將它轉換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發來的命令并加以執行：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。

　　工業觸摸屏具有很強的靈活性，可以按照設計要求更換或增加功能模塊，擴展性強，可以滿足復雜的工藝控制過程，甚至可以直接通過網絡系統和PLC通訊，大大方便了控制數據的處理與傳輸，減少了維護量。下圖為ROCKWELL Panel View Plus型工業觸摸屏典型結構：

　　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合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內表面也涂有一層透明導電層，在兩層導電層之間有許多細小(小于千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開絕緣。

　　當手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導電層就在觸摸點位置有了一個接觸，因其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，這種接通狀態被控制器偵測到后，進行A/D轉換，并將得到的電壓值與5V相比即可得到觸摸點的Y軸坐標，同理得出X軸的坐標，這就是所有電阻技術觸摸屏共同的基本原理。電阻類觸摸屏的關鍵在于材料科技。電阻屏根據引出線數多少，分為四線、五線、六線等多線電阻觸摸屏。電阻式觸摸屏在強化玻璃表面分別涂上兩層OTI透明氧化金屬導電層，外面的一層OTI涂層作為導電體，第二層OTI則經過精密的網絡附上橫豎兩個方向的+5V至0V的電壓場，兩層OTI之間以細小的透明隔離點隔開。當手指接觸屏幕時，兩層OTI導電層就會出現一個接觸點，電腦同時檢測電壓及電流，計算出觸摸的位置，反應速度為 10-20ms。

　　五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，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。鎳金導電層雖然延展性好，但是只能作透明導體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導電率高，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，比較適合工業控制領域及辦公室內使用。電阻型觸摸屏共同的缺點是因為復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致報廢。不過,在限度之內，劃傷只會傷及外導電層，外導電層的劃傷對于五線電阻觸摸屏來說沒有關系,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內存及CF閃存卡、10/100BaseT以太網端口、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，鍵盤或打印計的USB端口。內部電路板上內嵌了CPU處理芯片，負責顯示屏的輸入、輸出以及通訊數據的處理工作。通訊模塊負責特定的網絡傳輸，以提高數據傳輸速率。

　　三、觸摸屏使用及維護要點

　　由于技術上的局限性和設備環境不同，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器一樣需要定期保養維護。并且由于觸摸屏是多種電器設備高度集成的觸控一體機，所以在使用和維護時應注意以下的一些問題：

　　1) 在開機之前，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，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) 應用玻璃清潔劑清洗觸摸屏上的臟指印和油污;

　　5) 嚴格按規程開、關電源，關閉電源則以相反的順序進行;

　　6) 硬盤上產生大量臨時文件，如果經常斷點或者不退出Windows就直接關機，很快就會導致硬盤錯誤。因此，需要定期運行Scandisk掃描硬盤錯誤，應用程序中好能設置密碼方式退出應用程序和Windows再斷電;

　　7) 純凈的觸摸屏程序是不需要鼠標光標的，光標只會使用戶注意力不集中;

　　8) 應選擇足夠應用程序使用的簡單的防鼠標模式，因為復雜的模式需要犧牲延時和系統資源;

　　9)視環境惡劣情況，定期打開機頭清潔觸摸屏的反射條紋和內表面。具體的方法是：在機內兩側打開蓋板，可以找到松開扣住機頭前部鎖舌的機關，打開機關即可松開鎖舌。抬起機頭前部，可以看到觸摸屏控制卡，拔下觸摸屏電纜，向后退機頭可卸下機頭和觸摸屏。仔細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。后，按相反順序和原結構將機頭復原;

　　10)觸摸屏屬于人機界面一體機，發熱量比較大，必需采取對觸摸屏本體及周邊環境進行降溫措施。

　　四、觸摸屏技術的實際應用

　　觸摸屏是通過外部物體接觸面板上的按鈕開關或參數設置來完成工藝流程的控制，面板上的操作內容可以人為的通過編程軟件來進行編輯，同時可以把完成的工藝狀態顯示在觸摸屏上，所以它既是一個輸入設備，也是一個輸出設備，其操作靈活，功能強大。PLC系統只需通過DP網絡即可和觸摸屏連接起來，減少了外部信號傳輸線路，實現了資源的有機整合。下圖為濟鋼中板廠軋機控制設備網絡圖：

　　隨著這幾年鋼鐵行業的大規模結構調整，濟鋼中板廠的設備也進行了整體性改造，優化了工藝，減少了勞動強度，美化了操作環境，特別是一改以前的操作模式，全部啟用新型的觸摸系統代替老式的按鈕或者指示燈，并優化了工藝流程，減少了電氣設備數量，大大減少了設備故障率，保障了設備的穩定生產，觸摸屏系統主要應用在濟鋼中板廠的加熱爐、精軋機、矯直、精整線等操作臺上。目前觸摸屏系統已經在生產線使用1年半了，穩定性非常強，沒有出現任何死機或控制失效現象，操作人員操作也集中，簡單。

　　五、結束語

　　觸摸屏有著良好的抗干擾特性與應用穩定性，在工業生產線乃至日常生活的不同應用環境下都有著廣闊的應用前景，是目前電腦微型化應用的替代品。相信在不久的將來觸摸屏一定會在工業控制領域發揮更為重要的作用。而我們對于觸摸屏的深入研究與應用推廣也就顯得格外的重要。