基于触摸屏的绕线机交流伺服控制系统设计.doc

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1、 基于触摸屏的绕线机交流伺服控制系统设计 摘 要: 绕线机是专供连续绕制多圈电位器绕阻的专用机床设备.本文介绍了采用PLC作为主控制机器，触摸屏作为操作界面，步进电机、伺服电机驱动的绕线机系统.描述了触摸屏的原理、分类和触摸屏人机界面的控制方式，完成了触摸屏人机界面设计.介绍了伺服电机控制系统及工作原理、伺服电机及其驱动器的选型，最终实现了基于触摸屏和PLC的伺服电机控制系统.该课题的研究目的是设计一个低成本、高速、可靠的绕线机伺服系统以代替原系统，论文给出整个系统的控制方案、主要部件的选型及成本核算.完成了触摸屏的应用程序设计和PLC伺服电机控制程序设计,基本实现了所要求的设计目标.关键词：

2、触摸屏，PLC，交流伺服电机The Design of AC Servo Control System of Winding Machine Based on Touch Screen.Abstract: The winding machine is a special equipment which can exclusively wound muliti-turn potentiometer winding continuously. Using the PLC as the main control machine, the touch screen as user interface,

3、 step motor, servo motor drive of the winding machine system was introduced in the article. The principle, classification of touch screen and the control style of touch screen human-machine interface was also described in detail. The human-machine interface design of touch screen was completed. The

4、control system, working principle of servo motor and the selection of servo motor and its driving machine was also introduced in the article. Finally made the servo motor control system based on touch screen and PLC come true. The research purpose of the subject is to design a low-cost, high-speed,

5、reliable servo system of winding machine to replace the original system, the article provide the control program, the selection of main components and cost accounting of the entire system. This article completed the application design of the touch screen and the control program design of PLC servo m

6、otor, basically realized the target of the design as required.Key words：Touch screen; PLC; AC servo motor目录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1 课题背景及研究意义21.2 绕线机的发展历史21.3 绕线机的分类31.4 绕线机的应用领域31.5 绕线机国内现状和发展趋势52 基于触摸屏的绕线机控制系统总体方案62.1绕线机控制系统总体方案设计62.2 触摸屏的原理62.3 触摸屏的分类72.31 电阻触摸屏72.32 红外线触摸屏72.33 电容式触摸屏82.34 表面声

7、波触摸屏92.35 近场成像触摸屏102.4 触摸屏的选型102.5 PLC的选型112.51 PLC的基本概念122.52 PLC的基本构成122.53 PLC的特点132.54 触摸屏对PLC的控制143 伺服电机控制系统设计173.1 伺服电机的概述183.2 伺服电机的工作原理183.3 伺服电机的选型203.4 伺服电机驱动器及其选型选型213.5 PLC对伺服电机的控制244 触摸屏人机界面控制设计274.1 触摸屏人机界面的控制特点274.2 触摸屏人机界面的功能274.3 触摸屏人机界面的编程275 工作总结及展望30参考文献31附录32致谢37 III 常州大学毕业设计 1.

8、 绪论 绕线机主要用于电机、电器绕组的制造，是电子工业中的重要工装设备.随着我国国民经济的迅速发展，汽车、摩托车及电动设备等对转子的需求量越来越大，要求越来越高.电子工业中的重老式绕线机在使用存在的一些功能缺陷：匝数记数不清、线盘甩线等；在绕制细微漆包线时.出现无法达到整齐排线.绕线张力无法控制等问题.特别是绕制线径较小的一些音圈、连续工作期间工件的累计总数1.传感器机芯等线圈时.问题尤为突出.这些缺点严重影响了绕线的质量.绕线机是用来绕制线圈的设备.在使用的各种绕线机中，有最早的手工绕线，现在大都用机械式的绕线机2.机械式绕线机精度较差，线圈需逐匝检验，工作效率较低，劳动强度高,尤其是机械式

9、绕线机由于没有采用自动控制技术,线滚子由于惯性超越运,散线易划去表面绝缘层,影响产品质量.从绕线机的控制形式上看，从单一的开环控制发展到使用直流伺服系统和交流伺服系统的闭环控制，已经形成了由单轴绕制线圈到多轴同时绕制多个线圈的系列产品3 .但这些先进的绕线机产品价格很高，对中小型电机制造企业的绕线使用来说，功能有比较大的冗余，价格太高，一旦出现故障自己难以维修.随着机电产品对绕组质量要求的要求的提高，原有的PLC控制系统的绕线机已很难满足不断发展的机电产品的要求.PLC控制系统的绕线机存在成本高，工作方式单一和人机交互不便等缺点.随着家用电器、电动工具、仪器仪表、电动玩具、通信和交通等领域产品

10、的发展，微电机的需求增长很快.其中微电机绕组是微电机的重要部件，绕组的好坏直接影响到电机的可靠性和运行性能5. 所以，高档微电机的生产制造必须有相应的高性能的绕线设备作保证.在该绕线机中采用PLC和触摸屏相结合的方式进行控制，使电控系统简洁紧凑，控制系统故障率低，软、硬件模块便于修改和维护，具有高可靠性，可大大提高生产率.绕线机的工作原理如图1.1.图1.1 绕线机工作原理图1.1 课题背景及研究意义随着我国国民经济的迅速发展，汽车、摩托车及电动设备等对转子的需求量越来越大，要求越来越高.老式绕线机在使用存在的一些功能缺陷：匝数记数不清；线盘甩线等；在绕制细微漆包线时，出现无法达到整齐排线，绕

11、线张力无法控制等问题，特别是绕制线径较小的一些音圈、传感器机芯等线圈时，问题尤为突出8 .这些缺点严重影响了绕线的质量.而近年来PLC以其模块化的结构、丰富的IO接口、编程简单易学和抗干扰能力强、可靠性高等诸多优势被广泛应用于各个领域，特别是工业生产过程的自动控制中10 .本文研制了一种基于 PLC控制的绕线系统.本设计中的绕线机采用PLC和触摸屏相结合的方式进行柔性化控制，使电控系统简洁紧凑，控制系统故障率低，软、硬件模块便于修改和维护，具有高可靠性，可大大提高生产率.该绕线机适用于细微漆包线的缠绕，用它绕制的细微漆包线线圈，不仅张力稳定，排线整齐，而且利用触摸屏提供了友好的人机界面，实现了

12、绕线工艺的柔性化，工艺参数修改方便，效果较好.由于步进电机转速低、控制性能差，故拟将原系统改为伺服控制系统.本设计旨在设计一低成本、高速、可靠的绕线机双电机调速控制系统以替代原系统.绕线机实物如图1.2.图1.2 绕线机实物图1.2 绕线机的发展历史 绕线机发展经历了多次技术革新，从早期的手摇式绕线机到现在的采用高精度控制系统的全自动型，不光是效率和性能得到了大幅度的提升，线圈绕线机的自动化程度也越来越高.在整个线圈绕线机发展历程中大致可分为三个阶段.即简易控制系统、CNC控制系统、伺服高精度控制三个阶段.（1）简易控制系统 该系统应用于早期的简易数控线圈绕线机中，功能非常简单，仅能实现电子计

13、数、产量累计、主轴正反向控制等简易功能.核心控制单元一般都采用单片机.（2）CNC控制系统 CNC控制系统，经过了几年的计数消化和投入，CNC控制器是目前线圈绕线机使用最多的控制器，其优越的扩展性能使CNC线圈绕线机的分类非常多，有单轴、多轴等.（3）伺服高精度控制系统 高精度控制系统的出现是为了满足现代高品质漆包线线圈的要求，由于系统采用了伺服加PLC的设计，其控制精度要远远高于普通线圈绕线机，PLC的控制单元使绕线机的功能自定义性更强，常用于超细线的线圈加工和高精度要求的线圈加工.1.3 绕线机的分类常用绕线机绕制的线多为漆包铜线(绕制电子、电器产品的电感线圈)，纺织线(绕制纺织机用的纱绽

14、、线团)，还有绕制电热器具用的电热线以及焊锡线，电线，电缆等. 绕线机的种类繁多，按其用途分类，可分为通用型和专用型.通用型：由1根或数根线适合安装多种框架绕线的绕线机.1根园形绕轴的叫“单头机”，依此类堆有“双头机”“3头机”“6头机”.专用型：是装有固定的专用绕线夹头，只能绕制一种线圈的绕线机.常见的专用绕线机有：（1）绕制变压器方形变压器专用机方形变压器专用(细线专用机，粗线专用机)环形变压器专用(大环机，中环机，小环机)其它型式变压器专用（2）绕制电动机线圈专用机风扇电机专用机(座扇,吊扇,转页扇)玩具微型电机专用机(飞叉式,专用绕头式)串激式转子线圈专用机(电动工具)分马力电机，及大

15、马力电机专用机.（3）绕制电感线圈的专用机中周及色码电感专用机小磁环电感线圈专用机音箱分频线圈专用机 喇叭音圈绕线机日光灯(电子节能灯)镇流器专用机（4）其它专用绕线机喇叭音圈专用机喇叭音圈专用机电热管专用机缘胶带包带机纺织纱绽专用机绕线机按自动化程度又可分为简易型、半自动型、全自动型.电子控制方式有数控式微电脑单片机及IBM电脑控制.按安装方式分类为桌面式和落地式机.1.4 绕线机的应用领域近年来，由于机械电子工业的飞速发展，小型及微型线圈已进入到各个领域，在轻工业，日用品工业部门，对它们的需求量正在日益剧增.各类绕线机也应运而生，品种繁多，有的绕制平行线圈，有的绕制环状、扇状线圈，有的也绕

16、制马鞍形和异形线圈.由于各种线圈产品的功能要求不同，使得绕线机的种类也多样化了，目前常见绕线机的有全自动绕线机、半自动绕线机、环行绕线机、伺服精密变压器绕线机、电感线圈绕线机等机种.全自动绕线机是近几年才发展起来的新机种，为了适应高效率、高产量的要求，全自动机种一般都采用多头联动设计，国内的生产厂家大多都是参照了台湾等地的进口机型的设计，采用可编程控制器作为设备的控制核心，配合机械手、气动控制元件和执行附件来完成自动排线、自动缠脚、自动剪线、自动装卸骨架等功能，这种机型的生产效率极高，大大的降低了对人工的依赖，一个操作员工可以同时照看几台这样的设备，生产品质比较稳定，非常适合产量要求高的加工场

17、合.但是，这种机型由于集成了数控、气动、光控许多的新技术，所以价格小则几万元高则十几万元，价格也使得许多的用户望而叹步，另外由于功能要求决定了该设备的零部件采用了大量非标准件和定制件，所以一旦出现故障相对的维修过程将会很复杂，周期也会比较长.它的先进性和高产量还是吸引了客户.波特自动化网主营各类全自动绕线机等，强大专业的产品质量保障，为中国和东南亚提供各类自动化产品. 半自动绕线机是目前使用最广泛的机型也称为CNC自动绕线机，该能够自动排线，加上不同的机械结构即可完成不同的绕制要求具有高效、维护方便、性价比高等诸多优点，国内厂家一般都采用CNC控制器，也有部分厂家采用自行开发的控制器作为控制核

18、心，CNC机型已经是一种非常成熟的机种了，许多厂家在功能和用途上都作了创新和升级，使用产品的系列不断的得到延伸，作为市场上应用最广泛的机型，该机型的价格比起全自动绕线机动则几万元的价格，就低了很多，根据用途的不同有几千到上万不等的价格，该机种的缺点就是一台必须配一名操作人员.目前在镇流器、电感线圈生产等一些场合都能看该机型的应用8. 环行绕线机是特殊专用机型，常见的有边滑式和皮带式，是绕制环行线圈的专用机型，该机型从出现到现在没有很大的技术变动，目前，机头部分主要还是以进口为主，比较常见的有美国高曼等品牌，进口机头相对于国产机头有许多优点做工都比较的精细，材质一般都采用特殊合金耐磨表现优异，机

19、头都能承受长时间的作业加工要求，有些机头采用了分体式结构设计上下储线环变的更为方便快捷.环行绕线机一般都为台式机构，设备主要以机械构造为主，价格主要区分为进口机头和国产机头两类11. 伺服精密绕线机是当今高新技术结合的产物也是目前最先进功能最为强大的机型，高端机型可以完全模拟人手的排线动作，主轴和排线均采用高精度伺服电机，控制系统采用具有极高运算能力的PLC系统，具有自动运算、自动判别、误差修正等功能，由于采用了闭环控制，所以当出现排线失步等现象时设备可以自动修正，高分辨率的伺服电机可以保证在高低速时设备运转的稳定性，该机型的附件装置也是比较先进的，比如有辅助卸模装置，主动式张力放线架，电磁自

20、动调节式张力器等，由于使用了大量的高新技术，所以价格要比CNC自动绕线机高不少，一般使用在对线圈参数有特定要求的场合. 变压器绕线机是比较常见的机型，结构形式来分有卧式和立式，我们一般比较常见的是卧式绕线机是用来绕制变压器线圈的专用设备，传统的变压器绕线机比较单一均为人工排线整形的机型，现代机型已经有自动排线系列了，变压器是大型电气件，所以绕线机的结构都比较大，重量也根据绕线机的级别从几百公斤到几千公斤，由于现代技术不断在变压器绕线机上的应用，新的机型功能上也变得更强大，柔性预压紧装置的出现代替了传统的人工敲打整形的烦琐工艺，使变压器绕制过程变得更为简单.1.5 绕线机国内现状和发展趋势绕线机

21、是电气行业常见加工设备，其结构、控制系统、功能随着行业生产工艺的需求，迫使绕线机生产单位加大技术投入和研发，以适应现代漆包线加工的高品质要求，从传统机械式、数控型、半自动型向全自动型转变.绕线加工早已不是费时费力的工作.目前我国绕线机生产单位已超百家，但有将近一半的生产单位没有技术研发能力，技术停留在抄袭和防止阶段，造成了市场机种单一，产品无论是外观还是配置吴技术亮点，绕线机技术的核心在控制系统.目前国内厂家大多采用由系统供应商提供的成套控制系统，产品标准一旦制定无法根据客户工艺要求修改.由于部分控制系统供应商对绕线机行业的工艺要求并不熟悉，导致了许多好看却并不实用的功能.绕线机厂家对控制系统

22、的技术应用掌握程度也影响着制造工艺.目前市场上多见的是普通数控型、CNC机型和厂家自制控制系统的机型.目前，国内只有几家大电机厂使用了进口绕线机设备，这主要是由于国内的绕线机起步较晚，而且主要是仿造日本的产品，一些关键技术如自动编程是保密的，仿造不了.所以国内大部分绕线机设备质量可靠性差、加工精度较低、生产率较低，虽然价格低于国外同类产品，但还是法占领市场.近年来，国内外许多厂家，将传统的挂钩式换向器， 采用刻槽式的工艺来代替，以提高电机的各项性能指标.06本文在绕线机结构上吸收国外先进产品的优点，同时又根据国内生产状况、结合国内需求的实际情况，自主开发了全自动双飞叉嵌线式转子绕线机.07 未

23、来随着行业工艺要求的提高，绕线机控制技术必将向着自动化、智能化等方向发展.全自动机型就是在这种行业需求的推动下研发而成的，实现了一人看管多台设备，极大程度满足了高产能的要求：全伺服控制应用于绕线机打打提高了绕线机的绕线精度，满足了高品质线圈的加工要求，未来更智能化、绕线精度更高的机型必将诞生以满足电气行业的发展要求.2 基于触摸屏的绕线机控制系统总体方案随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，而PIE控制器强大的功能及复杂的数据处理也要求有一种功能与之匹配而操作简便的人机界面.触摸屏的出现无疑是2l世纪自动化领域的一个巨大革新.触摸屏和PLC的组合使用已经成为主导形式

24、.PIE是一种结构简单、通用性好、功能较完备的新型控制元件，其主要优点是抗干扰能力强，可以提高系统的可靠性和稳定性以及生产效率，特别适用于工业控制.触摸屏是一种连接人和机器的人机界面，它代替了原始的控制台和显示器，可用于数据显示和参数设置，并且可以用动态曲线的形式描述系统的控制过程；扩展了PLC的功能，减少了按钮、开关、仪表等仪器的使用.2.1绕线机控制系统总体方案设计 图2.1 系统控制框图 图2.1为整个系统的控制框图. 本系统是利用PLC产生的脉冲对步进电机驱动器和伺服电机驱动器的控制，进而对步进电机和伺服电机进行控制，实现一个绕线机的效果.系统主要由机架，床身，导杆，滚珠丝杠，左端位置

25、固定的左旋转夹头，中间由丝杠驱动的移动拖板，其上安置有可调放线张力的放丝机构与芯线扶持支座，两导轨上还装有根据不同产品芯杆长度确定位置的右旋转夹头之移动拖板及与其由拉压簧相连的锁紧拖板，机床右端上方的电气操作箱与下方的电气控制箱等组成.电气控制系统采用文本显示器作为人机界面，可编程控制器作为总控制单元.2.2 触摸屏的原理为了操作方便，人们用触摸屏来代替鼠标和键盘.工作时，我们必须用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入.触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成.触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制

26、器.而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，将它转换为出点坐标，送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行.2.3 触摸屏的分类触摸屏系统一般包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置两个部分.其中，触摸屏控制器(卡)的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行：触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制卡. 2.31 电阻触摸屏 电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面相匹配的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层

27、外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘.当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，这种接通状态被控制器侦测到后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得到触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理.电阻类触摸屏的关键在于材料科技.电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线、六线等多线电阻触摸屏.电阻式触摸屏在强化玻璃表面分别涂上两层OTI透明氧化金属导

28、电层，最外面的一层OTI涂层作为导电体，第二层OTI则经过精密的网络附上横竖两个方向的+5V至0V的电压场，两层OTI之间以细小的透明隔离点隔开.当手指接触屏幕时，两层OTI导电层就会出现一个接触点，电脑同时检测电压及电流，计算出触摸的位置，反应速度为 10-20ms.五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命，但是工艺成本较为高昂.镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触摸屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层. 电阻触摸屏是一种对外界完全隔

29、离的工作环境，不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用.电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废.不过,在限度之内，划伤只会伤及外导电层，外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说没有关系,而对四线电阻触摸屏来说是致命的. 2.32 红外线触摸屏红外线触摸屏安装简单，只需在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器.光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网.用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，电脑便

30、可即时算出触摸点的位置.任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作.早期观念上，红外触摸屏存在分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限，因而一度淡出过市场.此后第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题，第三代和第四代在提升分辨率和稳定性能上亦有所改进，但都没有在关键指标或综合性能上有质的飞跃.但是，了解触摸屏技术的人都知道，红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜恶劣的环境条件，红外线技术是触摸屏产品最终的发展趋势.采用声学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障，如单一传感器的受损、老化，触摸界面怕受污染、破坏性使用，维护繁杂等等问题.红外线触摸屏只要真正实现了高稳

31、定性能和高分辨率，必将替代其它技术产品而成为触摸屏市场主流.过去的红外触摸屏的分辨率由框架中的红外对管数目决定，因此分辨率较低，市场上主要国内产品为32*32、 40*32，另外还有说红外屏对光照环境因素比较敏感，在光照变化较大时会误判甚至死机.这些正是国外非红外触摸屏的国内代理商销售宣传的红外屏的弱点.而最新的技术第五代红外屏的分辨率取决于红外对管数目、扫描频率以及差值算法，分辨率已经达到了1000*720，至于说红外屏在光照条件下不稳定，从第二代红外触摸屏开始，就已经较好的克服了抗光干扰这个弱点.第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术产品，它实现了1000*720高分辨率、多层次自调节和自

32、恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别识别，可长时间在各种恶劣环境下任意使用.并且可针对用户定制扩充功能，如网络控制、声感应、人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等.原来媒体宣传的红外触摸屏另外一个主要缺点是抗暴性差，其实红外屏完全可以选用任何客户认为满意的防暴玻璃而不会增加太多的成本和影响使用性能，这是其他的触摸屏所无法效仿的. 红外线式触摸屏价格便宜、安装容易、能较好地感应轻微触摸与快速触摸.但是由于红外线式触摸屏依靠红外线感应动作，外界光线变化，如阳光、室内射灯等均会影响其准确度.而且红外线式触摸屏不防水和怕污垢，任何细小的外来物都会引起误差，影响其性能，不适宜置于户外和公共场所使

33、用. 2.33 电容式触摸屏 电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器. 此外，在附加的触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场.用户触摸屏幕时，由于人体电场、手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而其强弱与手指及电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置.电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素给触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置. 电容触摸屏的透光率和

34、清晰度优于四线电阻屏，当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比.电容屏反光严重，而且，电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图像字符的模糊.电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量容值的电容时，流走的电流就足够引起电容屏的误动作.我们知道，电容值虽然与极间距离成反比，却与相对面积成正比，并且还与介质的的绝缘系数有关.因此，当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况尤为严重，手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近

35、显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作.电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了更为绝缘的介质.电容屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确.例如：开机后显示器温度上升会造成漂移：用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移；电容触摸屏附近较大的物体搬移后回漂移，你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移；电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足，环境电势面（包括用户的身体）虽然与电容触摸屏离得较远，却比手指头面积大的多，他们直接影响了触摸位置的测定.此外，理论上许多应该线性的关系实际上却是非线性

36、，如：体重不同或者手指湿润程度不同的人吸走的总电流量是不同的，而总电流量的变化和四个分电流量的变化是非线性的关系，电容触摸屏采用的这种四个角的自定义极坐标系还没有坐标上的原点，漂移后控制器不能察觉和恢复，而且，4个A/D完成后，由四个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的X、Y坐标值的计算过程复杂.由于没有原点，电容屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准.电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层ITO，不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO层，电容屏就不能正常工作了.2.34 表面声波触摸屏 表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一

37、块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面.这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层.玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器.玻璃屏的四个周边则刻有45角由疏到密间隔非常精密的反射条纹. 工作原理以右下角的X-轴发射换能器为例：发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X-轴的接收换能器，接收

38、换能器将返回的表面声波能量变为电信号. 当发射换能器发射一个窄脉冲后，声波能量历经不同途径到达接收换能器，走最右边的最早到达，走最左边的最晚到达，早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号，不难看出，接收信号集合了所有在X轴方向历经长短不同路径回归的声波能量，它们在Y轴走过的路程是相同的，但在X轴上，最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离.因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置，也就是X轴坐标. 发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样.当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接

39、收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口. 接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标.之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标.除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外，表面声波触摸屏还响应第三轴Z轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值.其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到.三轴一旦确定，控制器就把它们传给主机. 表面声波触摸屏一个特点是抗暴，因为表面声波触摸屏的工作面是一层看不见、打不坏的声波能量，触摸屏的基层玻璃没有任何夹层和结构应力（表面声波触摸屏可以发展到直接做在CRT表面从而没有任何屏幕），因此非常抗暴力使

40、用，适合公共场所. 表面声波第二个特点反应速度快，是所有触摸屏中反应速度最快的，使用时感觉很顺畅.表面声波第三个特点是性能稳定，因为表面声波技术原理稳定，而表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置，所以表面声波触摸屏非常稳定，精度也非常高，目前表面声波技术触摸屏的精度通常是40964096256级力度. 表面声波触摸屏的第四个特点是控制卡能知道什么是尘土和水滴，什么是手指，有多少在触摸.因为：我们的手指触摸在40964096256级力度的精度下，每秒48次的触摸数据不可能是纹丝不变的，而尘土或水滴就一点都不变，控制器发现一个触摸出现后纹丝不变超过三秒钟即自动识别为干扰

41、物.表面声波触摸屏第五个特点是它具有第三轴Z轴，也就是压力轴响应，这是因为用户触摸屏幕的力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深.目前在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能，有了这个功能，每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简单状态，而是成为能感知力的一个模拟量值的开关了.这个功能非常有用，比如在多媒体信息查询软件中，一个按钮就能控制动画或者影像的播放速度.表面声波触摸屏的缺点是触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表面声波的传递，虽然聪明的控制卡能分辨出来，但尘土积累到一定程度，信号也就衰减得非常厉害，此时表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作，因此，表面声波触摸屏一方面推出防尘型

42、触摸屏，一方面建议别忘了每年定期清洁触摸屏. 2.35 近场成像触摸屏 近场成像(NFI, Near Field Imaging)触摸屏的传感机构是中间有一层透明金属氧化物导电涂层的两块层压玻璃.在导电涂层上施加一个交流信号，从而在屏幕表面形成一个静电场.当有手指（带不带手套均可）或其他导体接触到传感器的时候，静电场就会受到干扰.而与之配套的影像处理控制器可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标参数传给操作系统.近场成像触摸屏非常耐用，灵敏度很好，可以在要求非常苛刻的环境中使用，也比较适用于无人值守的公众场合，但其不足之处是价格比较贵.2.4 触摸屏的选型为了节约成本，实现选材的合理优化，

43、笨设计选择台达的TP05触摸屏.价格在1000元左右.TP05G (BS2/BT2) 为分辨率 16080，当字体为新细明体字体大小8 时，可显示147个中文字的文本显示器.支持多国文字显示，以及内建两个通讯口（RS-232及 RS-485/RS-422 ，其中RS-232与 RS-485可同时使用）.并内建万年历、通讯/警告指示 LED等功能.使用者可另购外接程序复制单元，快速移植程序，节省程序下载时间.软件规划部份更提供多种对象图形可供使用者选用.搭配台达 DVPPS01，DVPPS02（电源模块）一起使用. 实物如图2.2所示.功能规格如表2.1所示.图2.2 TP05触摸屏实物图表2.

44、1 功能规格2.5 PLC的选型随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等.有人将其称为现代工业控制的三大支柱（即PLC，机器人，CAD/CAM）之一.可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.由于其可编程性好，能适应工业生产环境，抗干扰能力强，可靠性高，故在工

45、业控制中应用十分广泛.2.51 PLC的基本概念现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、对规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置.PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展.PLC仍然处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动

46、化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位.PLC应用面之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的.国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC 标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存储器，用来在其内部程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备，都应该易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充起功能的原则设计.”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功

47、能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能.2.52 PLC的基本构成 可编程逻辑控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成.PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务.其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为:（1）电源 如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视.可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用.一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去. （2）中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢.它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误.当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内.等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行. 同时为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近几年来