陳如舜，米紅亮，張曉翠

（許繼電氣股份有限公司，許昌 461000）

觸摸屏在地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳如舜，米紅亮，張曉翠

（許繼電氣股份有限公司，許昌 461000）

基于PLC控制的地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)，觸摸屏通過PLC采集環(huán)控電控系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的狀態(tài)信息，觸摸屏相應(yīng)的控制命令經(jīng)過PLC處理后下發(fā)到各個智能元器件中，實(shí)現(xiàn)對地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的控制，觸摸屏可以清晰、直觀的顯示各種狀態(tài)信息，可以方便快捷控制相應(yīng)的風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥等地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，方便運(yùn)營人員現(xiàn)場操作和后期維護(hù)。

觸摸屏PLC；環(huán)控電控系統(tǒng)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC被廣泛的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。這就要求PLC在處理數(shù)據(jù)時具有更高的操作性和簡便性。PLC與觸摸屏構(gòu)建的控制系統(tǒng)使得PLC不僅具有以上優(yōu)點(diǎn)而且在可視化和靈活度上也有很大的優(yōu)勢。在地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)中，PLC與觸摸屏組合控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用。

1 概述

環(huán)控電控系統(tǒng)是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子控制技術(shù)、微電子技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)設(shè)計(jì)制造的具有運(yùn)行狀態(tài)和電量參數(shù)自動檢測、自動控制和自動故障應(yīng)急處理能力，并具有網(wǎng)絡(luò)通信能力的高性能、高可靠性的地鐵通風(fēng)空調(diào)配電和控制系統(tǒng)。本文以鄭州地鐵2號線南延線環(huán)控電控系統(tǒng)為例，觸摸屏通過專有通訊與環(huán)控電控系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線實(shí)時對通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的控制、保護(hù)、測量等功能，可不借助后臺工程機(jī)實(shí)現(xiàn)對智能元件各種參數(shù)的設(shè)置及故障復(fù)位，減少對運(yùn)營人員高專業(yè)技能要求，保證控制系統(tǒng)的智能性和可操作性及便捷維護(hù)性。

2 地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)的組成

地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)按功能區(qū)分有車站小系統(tǒng)、公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)和隧道通風(fēng)系統(tǒng)。以上系統(tǒng)又分為若干模式，通過BAS下達(dá)的指令從而執(zhí)行相應(yīng)的模式，各個系統(tǒng)有著不同的功能，以保證地鐵車站能夠正常運(yùn)行并且在遇到緊急情況時可以減少損失保障乘客的安全。

地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)設(shè)有兩間環(huán)控電控室，分別位于車站的兩端。每間環(huán)控電控室里各安放一套環(huán)控電控柜。每一套環(huán)控電控柜基本都有兩個進(jìn)線開關(guān)，一個母聯(lián)開關(guān)；兩個進(jìn)線開關(guān)分別從0.4kV開關(guān)柜室的兩個饋線回路中各取一路電源作為進(jìn)線，以保證一個進(jìn)線回路失電的情況下，通過閉合母聯(lián)開關(guān)，使另一段進(jìn)線承擔(dān)起所有一類負(fù)荷供電任務(wù)，達(dá)到為失電的進(jìn)線進(jìn)行供電的目的。環(huán)控電控柜還設(shè)置一個或兩個三類負(fù)荷開關(guān)，此三類負(fù)荷開關(guān)下帶的設(shè)備均為非消防設(shè)備，當(dāng)一路進(jìn)線失電時，三類負(fù)荷開關(guān)跳閘，以減少單獨(dú)一條進(jìn)線回路供給整套環(huán)控電控設(shè)備的負(fù)載。環(huán)控電控柜內(nèi)智能低壓控制系統(tǒng)（環(huán)控電控系統(tǒng)）由智能元件、現(xiàn)場總線及通信管理器等組成，并與BAS（機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）連接。其中，通信管理器主要由電源模塊、CPU模塊、通信模塊等組成。智能元件主要包括電機(jī)保護(hù)控制模塊、智能儀表、變頻器、軟啟動器、PLC及智能I/O等。系統(tǒng)所用的總線方式有：Modbus、DeviceNet、ControlNet。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共三層，主要是在設(shè)備測控層和通訊管理層。以鄭州地鐵2號線南延線為例，PLC采用AB公司的Rockwell RSlogix 5000系列產(chǎn)品，和BAS之間的通訊網(wǎng)絡(luò)采用開放性冗余網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)ControlNet直接進(jìn)行通訊。設(shè)備測控層和通訊管理層網(wǎng)關(guān)通過DeviceNet通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，通過DeviceNet現(xiàn)場總線進(jìn)行智能設(shè)備的信息采集及監(jiān)控，分擔(dān)了總線上的通訊負(fù)荷，減少了總線上從站的數(shù)量，提高了系統(tǒng)通訊的響應(yīng)速度。PLC將環(huán)控電控柜中的馬保、智能I/O、變頻器和軟啟動器等智能元器件組成環(huán)控電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示。

環(huán)控電控系統(tǒng)通過PLC采集設(shè)備的狀態(tài)并對設(shè)備進(jìn)行控制，經(jīng)過專用通訊協(xié)議與BAS系統(tǒng)連接，BAS系統(tǒng)采集PLC上傳被監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)信息并下發(fā)指令到PLC，通過PLC對地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行控制，從而達(dá)到BAS系統(tǒng)對地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的監(jiān)控。觸摸屏則是通過關(guān)聯(lián)PLC程序中的變量從而實(shí)現(xiàn)對地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的可視化監(jiān)視和控制。

圖1 環(huán)控電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

3 觸摸屏和PLC相互關(guān)系

觸摸屏全稱叫做觸摸式圖形顯示終端，是一種人機(jī)交互裝置，故又稱人機(jī)界面。觸摸屏是在顯示器屏幕上加了一層具有檢測功能的透明薄膜，使用者只要用手指輕輕地碰觸摸屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作和信息顯示，人機(jī)交互更為簡捷方便。

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller簡稱PLC），其具有編程簡單、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，基于以上特點(diǎn)地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)選用PLC作為控制器。以鄭州地鐵2號線南延線為例，選用A B公司的R o c k w e l l RSlogix 5000系列PLC作為地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)的處理器，其采用機(jī)架形式，將電源模塊，主控制器及通訊模塊集中在一個機(jī)架上，可實(shí)現(xiàn)模塊的帶電插拔與靈活更換。通訊模塊為DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的DNB模塊，DNB模塊將馬保和智能I/O通過組網(wǎng)進(jìn)行通訊。風(fēng)機(jī)通過馬保進(jìn)行控制，風(fēng)閥通過I/O模塊控制，變頻器和軟啟動器直接通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通訊。以此將一端的智能元器件組成網(wǎng)絡(luò)，A、B兩端通訊采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通過光纖形式連接組成環(huán)網(wǎng)。BAS系統(tǒng)則是通過通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換用的NT50網(wǎng)關(guān)和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。觸摸屏同樣采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與PLC連接通訊、傳輸數(shù)據(jù)信息，由專用軟件完成畫面制作和傳輸，實(shí)現(xiàn)其作為圖形操作和顯示終端的功能。在環(huán)控電控系統(tǒng)中，觸摸屏作為PLC輸入和輸出終端，通過使用專業(yè)軟件設(shè)計(jì)適合地鐵運(yùn)營要求的控制畫面，實(shí)現(xiàn)對控制對象的操作和顯示。

要達(dá)到觸摸屏對地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的控制，還需要對PLC進(jìn)行編程。地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)需要控制大量的風(fēng)閥、小風(fēng)機(jī)和大風(fēng)機(jī)，并且需要將采集到的設(shè)備狀態(tài)反饋至觸摸屏畫面中。這就需要進(jìn)行系統(tǒng)的編程，下面我們選取一部分風(fēng)閥的控制程序進(jìn)行說明。如圖2所示。

圖2 風(fēng)閥的梯形圖程序

通過上圖PLC邏輯編程程序可以控制風(fēng)閥的開閥和關(guān)閥。HPK代表觸摸屏下發(fā)命令。從上面的梯形圖可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到屏控位時，觸摸屏下達(dá)開閥命令HPK_V_Start后風(fēng)閥會開閥運(yùn)行KF_Run形成閉鎖，一直到開閥運(yùn)行到位KF_Rst斷開結(jié)束；同理，風(fēng)機(jī)的開關(guān)控制編程與風(fēng)閥的開關(guān)控制原理大同小異，觸摸屏通過PLC搭建的編程平臺實(shí)現(xiàn)了其對地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的監(jiān)視和控制。

4 觸摸屏實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控的過程

地鐵環(huán)控電控系統(tǒng)主要通過PLC進(jìn)行信息的采集和上傳以及控制命令的下發(fā)，但是PLC采集信息之后沒有直觀的體現(xiàn)出來，并且控制命令的下發(fā)大多也需要在梯形圖中通過變量的賦值來實(shí)現(xiàn)。這個過程涉及到太多的專業(yè)化語言，這樣就給環(huán)控電控系統(tǒng)的操作維護(hù)造成了許多不必要的麻煩。而觸摸屏可以更直接的體現(xiàn)PLC所采集的各種設(shè)備狀態(tài)信息，對于運(yùn)營人員來說也更加直觀和簡便。觸摸屏通過關(guān)聯(lián)變量將PLC中的變量關(guān)聯(lián)到觸摸屏的圖片或者按鍵之中，當(dāng)PLC將不同的變量發(fā)送給觸摸屏之后，觸摸屏?xí)鶕?jù)變量賦值的變化顯示不同的畫面。下圖以鄭州地鐵2號線南延線為范例，以AB公司FactoryTalk View Studio軟件編輯的觸摸屏界面為題進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖3 觸摸屏畫面的系統(tǒng)變量關(guān)聯(lián)

上圖中的圖片關(guān)聯(lián)不同風(fēng)閥和風(fēng)機(jī)等地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的系統(tǒng)變量，當(dāng)系統(tǒng)變量的賦值變化時風(fēng)閥會顯示開閥或者關(guān)閥；風(fēng)機(jī)或顯示運(yùn)行或者停止。給用戶更加直觀的體驗(yàn)。

觸摸屏界面中主要使用了三種類型的按鈕，這三種按鈕就是制作觸摸屏界面的基本元素。這三種按鈕分別是Multistate Indicator屬性按鈕、Momentary Push Button屬性按鈕和Goto Display Button屬性按鈕。

Multistate Indicator屬性按鈕可以顯示多種狀態(tài)，因此用這類按鈕關(guān)聯(lián)的變量在賦值不同的情況下可以顯示不同的信息。比如關(guān)聯(lián)一個變量在其賦值為0和1是分別對應(yīng)兩個不同的圖片，當(dāng)所關(guān)聯(lián)的變量賦值發(fā)生變化時會有不同的圖片顯示。用此類按鈕關(guān)聯(lián)變量做成的界面可以直接監(jiān)視各個設(shè)備的狀態(tài)。

如果想要到達(dá)控制的效果就需要Momentary Push Button屬性按鈕，它就是一個瞬間動作按鈕，當(dāng)?shù)罔F運(yùn)營人員通過了安全評估，獲得了操作員許可，觸摸屏就進(jìn)入控制配置模式，按下按鈕，它改變狀態(tài)0到狀態(tài)1，然后觸摸屏發(fā)送狀態(tài)1值到reset_system功能標(biāo)簽。當(dāng)操作員釋放按鈕時，它會從狀態(tài)1返回狀態(tài)0，并將狀態(tài)0值發(fā)送到reset_system功能標(biāo)簽。通過這樣的方式將控制命令傳導(dǎo)給PLC進(jìn)行設(shè)備控制，以此實(shí)現(xiàn)控制命令的下發(fā)。

Goto Display Button屬性按鈕，此類按鈕只能關(guān)聯(lián)單個變量的一個賦值，所以也只能顯示一種狀態(tài)，但是這類按鈕可以實(shí)現(xiàn)頁面的跳轉(zhuǎn)，所以用這類按鈕關(guān)聯(lián)數(shù)量龐大的地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，并將眾多的地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的控制界面關(guān)聯(lián)到這個按鈕上，當(dāng)按下這個按鈕時可以跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)設(shè)備的控制界面，實(shí)現(xiàn)外科手術(shù)式的精確操作。如圖4所示。

圖4 地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備正反轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)的控制界面

為了提高觸摸屏的實(shí)用性，在環(huán)控電控系統(tǒng)中A、B端增加一臺以太網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)A、B兩端PLC數(shù)據(jù)交換，以此來建立起一臺觸摸屏對整個環(huán)控電控系統(tǒng)全方位多角度的監(jiān)視和控制。觸摸屏的應(yīng)用使運(yùn)營人員免于兩個環(huán)控電控室來回奔波，更加方便用戶去觀察設(shè)備，減少工作量。

5 觸摸屏實(shí)際應(yīng)用中的硬件要求

觸摸屏作為一個可編程序終端（PT）。需要配置TFT LCD觸摸中文顯示屏，高亮度真彩色液晶顯示觸摸屏，內(nèi)存容量不小于32M，內(nèi)存容量需滿足存儲內(nèi)容，可支持外部擴(kuò)展，需配置2個USB接口。

觸摸屏需要具有強(qiáng)大驅(qū)動輸出能力和0.25MIPS以上冗余處理能力的處理器，整個通信路徑（從用戶輸入到觸覺響應(yīng)啟動）的延時應(yīng)該小于30ms。

[1] 鄧?yán)?集成架構(gòu)中型系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[2] 薛迎成.PLC與觸摸屏控制技術(shù)[M].北京：中國電力出版社,2008.

The application of touch screen in the electric control system of subway

CHEN Ru-shun, MI Hong-liang, ZHANG Xiao-cui

TP29

：B

：1009-0134(2017)05-0041-03

2017-02-28

陳如舜（1992 -），男，河南息縣人，本科，主要從事低壓成套設(shè)備和低壓工控設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。