赵剑威

北京起重运输机械设计研究院有限公司北京

摘要：随着计算机技术及电子科技的发展，一种全新的人机交互技术—触摸屏技术走进人们的视线。该技术目前已在工业、教育、医疗、物流等领域得到广泛应用。文中以常见触摸屏技术特点为切入点，结合项目应用实例，浅谈触摸屏技术在堆垛机系统中几种功能应用的实现。

关键词：堆垛机；触摸屏技术；PLC；功能应用

中图分类号：TH文献标识码：A文章编号：-（）21--04

0引言

21世纪以来，在计算机技术不断创新的引领下，一种全新的人机交互技术应运而生，这就是触摸屏技术。在这种技术的支持下，人们不再受传统鼠标及键盘的限制，真正实现了人机自由交互。随着触摸屏技术的不断发展创新及生产生活需求，各种新型的触摸屏技术被广泛应用到社会的各行各业中。利用触摸屏技术,用户只需要用手指轻轻触碰显示屏上的文字或是符号就可以实现对主机的控制，使人机交互更为直接，用户使用更方便。

随着工业智能化的发展，PLC在工业中得到广泛应用。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置。它采用可以编制程序的存储器执行逻辑运算、顺序运算等操作指令，并通过数字量或模拟量的输入和输出来控制机械或生产过程。

工业用触摸屏HMI一般与PLC系统配套使用，取代传统的机械按钮及指示灯，在触摸屏上用相关符号来代表机械按钮，在操作系统中，触摸屏常作为PLC的输入和输出设备，通过相关的软件设计适合用户要求的控制画面，实现对操作对象的控制和显示。

1触摸屏技术的特点

触摸屏的基本原理：用手指或其他物体触摸屏幕时，所触摸的位置由触摸屏控制器进行检测，并通过相关接口输送到中央处理器，从而确定输入的信息，再由中央处理器处理接收的信息，输出相关指令。常用的触摸屏可分为电阻式触摸屏、表面电容式触摸屏、红外式触摸屏、表面声波式触摸屏4类。

1.1电阻式触摸屏

电阻式触摸屏的结构是在玻璃基板上形成透明的导电膜，其上设置隔片，然后设置透明导电薄膜。在上侧导电薄膜与下侧玻璃基板上分别在垂直方向上施加电场。当手指或其他物体触摸到上侧导电薄膜的任意位置后，则该部分会与下侧的玻璃基板上的导电膜通电，通过测量此时的电压下降来计算触摸的位置。

1.2电容式触摸屏

电容式触摸屏在触摸屏四边均镀有狭长的电极，电压连接到四角，在导电体内形成一个低电压交流电场。当手指触摸屏幕表面时，手指与导体间会形成一个耦合电容。四边电极发出的电流流向触摸点，因工作面上接有高频信号，手指会吸走一个很小的电流，这个电流分别从触摸屏四角上的电极流出，而电流的强弱与手指到电极的距离成正比，从而可精确计算出触摸点的位置。

1.3红外式触摸屏

红外式触摸屏在屏幕框架的四边排列有红外线发射管及接收管，一一对应形成横竖交错的红外矩阵，用户以手指触摸屏幕某一点时，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，中央处理器以此计算出触摸点的位置。主要由装在触摸屏外框上的红外发射与接收感测元件构成。

1.4表面声波式触摸屏

表面声波式触摸屏是在显示器表面加装声波发生器、反射器和声波接收器，声波发生器发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波被阻止，中央处理器由此确定触摸点的位置。

2触摸屏技术在堆垛机中的功能应用

随着物流行业飞速发展，触摸屏技术已经在堆垛机系统中得到广泛应用。目前，可选用的品牌，一般以使用环境和满足客户需求为先决条件进行选型，安装的位置较灵活，根据用户不同的需求，可安装在控制柜表面或安装在载货台操作室或在地面上设置独立支架单独摆放。不同的触摸屏具备的功能也有所不同。本文以某药业项目为例介绍工业触摸屏在堆垛机系统中的常见功能应用。

2.1触摸屏组态

所述项目选用西门子S7-系列PLC，触摸屏选用西门子电阻式触摸屏KTPBasicPN，触摸屏通过工业以太网与PLC相连进行信息交互。通过TIAPortalV13软件对触摸屏进行组态编辑，完成网络连接，如图1所示。

图1触摸屏组态界面

2.2设备状态显示及运行监控

2.2.1指示灯显示

根据触摸屏的图形动画显示功能和文本域功能，将PLC中变量信息与图形动画显示相结合，可以更加直观地显示出堆垛机的I/O点状态。此处以堆垛机联网为例，当堆垛机处于手动状态时，触摸屏上的联网指示灯显示为白色（见图2），当堆垛机处于联网状态时，触摸屏上的联网指示灯显示为绿色（见图3）。该模式还可以查看PLC中各输入点的状态，进而判断堆垛机系统中各电气元件通断情况。

图2手动状态

图3联网状态

触摸屏的强大显示功能代替了传统的单一指示灯显示，避免了线路老化和接触不良等情况的发生，大大提高了系统的稳定性。用户可以直观了解堆垛机目前所处的状态，当系统发生故障时，可以通过触摸屏的显示功能很快判断出故障点的位置，给设备的维护及故障处理带来极大的方便。

2.2.2报文状态显示

根据触摸屏I/O域读写功能，可以查看堆垛机系统与上位机系统实时信息交互，见图4。没有引入触摸屏技术时，用户想要知道堆垛机当前执行的任务需到总控室的上位机系统中查看，用户需经常往返于总控室与设备之间，当总控室距离设备相对较远时，会浪费大量时间，给用户带来不便。利用触摸屏上I/O域读写功能可有效解决此类问题。

图4信息电报显示

2.2.3故障显示

根据触摸屏的故障显示功能，用户不仅可以方便直观地查看堆垛机设备的当前故障，也可以查看当前故障的处理方法，如果属于可解除的故障，便可直接使用触摸屏复位按钮解除故障，如图5所示，无需到上位机系统中查看和解除故障，节省了查看及判断故障的时间，提高了设备的使用效率。通过“查看记录”功能可以查看本台设备的历史故障记录，方便用户分析和统计该设备在一定时间内的运行情况，并可据此有针对性制定该设备的维护保养计划，重点检查维护故障点较高的位置，有效排除潜在问题，进一步提高设备零部件的使用寿命，降低设备故障率。

图5报警信息显示

2.2.4运行监控

根据触摸屏实时监控功能用户可以方便地查看当前堆垛机的运动数据,包括行走距离、行走速度、起升距离、起升速度、货叉速度及运动过程中距离目标位置的误差等数据，如图6所示。以货叉监控数据为例，当载货台处在较高位置报警时，凭肉眼无法准确判断货叉位置，此时用户就可以根据触摸屏的运行监控画面来判断货叉的位置，一般设定货叉的当前位置数据在-10~10之间时。当货叉当前位置数据大于10时，说明货叉没有在原位，货叉已向左侧伸叉；当货叉当前位置数据小于-10时，说明货叉没有在原位，货叉已向右侧伸叉。这样用户就可以精准判断出货叉的位置，并进行有效操作。提高了处理故障的效率，及时有效避免了用户的误操作，降低了系统的风险系数。

图6运行数据显示

2.3自动控制

根据触摸屏的自动控制功能，用户可以直接在触摸屏中输入执行指令，当指令输入正确，堆垛机会自动执行该命令。以入库作业为例介绍触摸屏自动控制功能（见图7），用户只需在触摸屏上依次选择入库口地址，输入排、列、层，按下启动按钮，堆垛机就会自动到指定的取货口取货，然后再自动放入到指定货位。相比于传统的人为手动操作取、放货，所述设备不仅大大节约了时间成本，而且极大地提高了设备的使用率和设备的可操作性。对于类似的自动控制，触摸屏还可以完成自动出库作业、自动倒库作业、自动召回到指定位置、自动直出作业以及自动空托盘收集等作业。

图7入库操作界面

2.4权限管理

由于触摸屏的可执行性较强，给用户提供了很大的自由操作空间，为便于操作及用户管理，触摸屏配有用户管理权限功能（见图8），即在用触摸屏操作前对用户权限进行设置，根据不同的操作人员设置不同的权限，对触摸屏特殊的功能进行加密保护。这样既方便管理也提高了触摸屏的安全性。

图8权限设置界面

3结束语

随着触摸屏技术的不断创新成熟，在未来的智能工厂应用中，触摸屏技术也将处于举足轻重的地位，工业触摸屏正朝着专业化、立体化、大屏幕化、智慧化等多元化方向发展，为用户提供更便捷、智能、人性化的服务。同时，触摸屏技术在堆垛机系统中的应用也会更加广泛，更加有效地增强系统的稳定性和安全性。

参考文献

[1]崔坚，李佳，杨光.西门子工业网络通信指南(下册)[M].北京：机械工业出版社，.

[2]曲海波，陈莉.触摸屏技术的原理及应用[J].中国教育技术装备,(11)：49-51.

[3]周志敏,纪爱华.触摸屏实用技术与工程应用[M].北京：人民邮电出版社,.

[4]陈禹哲.触摸屏技术的特性、类别与应用[M].成都:实验外国语学校,.