解决工业触摸屏控制面板面临的断电挑战

二十一世纪的工厂以令人吃惊的速度发展，而如何跟上这样的发展速度，成为了人力操作型控制面板的一个巨大挑战。曾经庞大的机器怪兽，如今正在被采用大型LCD触摸式显示屏用于人机互动的电脑控制型系统快速代替。
这些新型系统的一个关键要求就是要能够从突发的意外断电事件中快速恢复。本文将评述采用此类触摸屏显示控制面板的系统的优势，讨论断电情况下面临的主要难题，后还将解释如何利用一个基于nvSRAM存储器和软件事务日志的客户端/服务器架构，来轻松经济地找到解决方案。
工厂控制面板的发展
在过去的数十年里，工厂自动化已经发展到大型机械控制面板的运用，包括开关、按键、旋转手柄、键盘、仪表和视频显示器（如图1）。工厂越复杂，其控制面板就越复杂，所需要的控制面板数量就更多。我们可以想象得到，每次添加一个控制面板，培训和操作的难度就增加，设计和执行成本就会暴涨，而且，由于增加了更多的机器设备，总的可靠性就下降了。

图1：在过去的数十年里，工厂自动化已经发展到大型机械控制面板的运用，包括开关、按键、旋转手柄、键盘、仪表和视频显示器。
如今，触摸显示屏正在替代机械控制面板，简化了操作，提高

图2：过去需要通过机械式控制面板来实现的功能，现在可以由一个嵌入式数字系统来实现，并由一个操作员利用一个大型的触摸显示屏来控制。
有了触摸显示屏，操作员不需要按动真实的按键或转动一个机械手柄，而是只要将手指轻轻按在显示屏里的一个按键或手柄图标上并作出同样的动作，就可实现同样的效果。这些大屏幕控制面板与大量的数字开关、传感器、仪表和视觉系统连接，可以轻松显示100多个图标，每个图标都可代替旧式机械面板中的对应机械部件，而且还能提供更强的功能。比如，操作员几乎不需要进行培训，*凭借对原有机械控制面板的熟悉程度来操作，并且可以瞬间从一个显示界面转向另一个显示界面。
比如，当不能轻松在一个界面上显示所有功能时，操作员可以对系统进行设置，按照需求将不同的控制面板“界面”显示在液晶屏上。一个触摸显示屏面板上可以调出并显示无数的不同“界面”，所以当工厂需要将控制屏从一个工作任务转到另一个采用不同控制屏的工作任务时，这一点就特别有用。这种“软屏幕”方法的另一个*优势是，在一个特定的控制面板中，功能的安排可以根据每个操作员的情况进行优化配置，比如右手操作的操作员采用一个显示方案，而左手操作的操作员则采用另一个布局方案。
断电：隐藏的敌人
虽然我们对于将触摸屏集成到现代工业控制环境中的技术已经了如指掌，但它仍然有一个“阿喀琉斯之踵” － 意外的断电。机械控制面板可以通过机械元器件的静态本性来保障关键状态信息不被丢失，但是采用触摸屏控制面板的嵌入式系统却不一样，需要对断电事件有非常可靠且自动防故障的响应，来确保工厂的状态信息得到安全存储，并在恢复供电后返回到该状态。
没有恰当的重启和恢复智能的面板方案，会让工厂的停工和复工成为一个的噩梦，导致损失惨重的停工期、浪费的材料甚至工人的人身伤亡。工厂老板不会允许替换可靠的机械面板，除非新型的数字式液晶触摸屏可以100％地准确替换它。机械面板常常可以在断电之后恢复原状，所以采用触摸屏的嵌入式控制面板也要能做到这一点。
　机械控制面板概览
如图3a中所示，该系统的核心是工厂的主服务器。通过控制工厂的联网式I/O板，主服务器协调着所有监控和数据采集传感器 － 例如用来测量电压、电流、水压、重量、气流、读写条形码的传感器等，并管理工厂中所有运行中的控制点，如启动器、螺线管、马达、风扇、洗涤器、传动带和加热器等。虽然已经有很小一部分的工厂实现了100％自动化，而且此类工厂的比率还在增加，但仍然有大部分工厂需要人力操作员来监测工厂所有方面的运行。
图3a：工厂的主服务器是一个机械式控制面板系统的核心，协调着所有监控和数据采集传感器，并管理工厂中所有运行中的控制点。

为了帮助这些工人，人力操作型控制面板被分布在工厂的各个角落，并通过CAN、ProfiBus或ModBus这样的网络总线与主服务器连接。在使用机械式控制面板时，操作员利用按键、选择器开关和可变电阻器等进行调节，随后这些设置会被数字化，并通过网络总线传输到主服务器。
同样的，传感器数据也通过网络总线被从I/O板发送到控制面板上，并通过模拟仪表、数字读出器和LED等方式显示给操作员。当断电事件发生时，主服务器会继续从一个UPS电源获得电能，并保存工厂里的成百上千套设置，以便当工厂恢复供电时，可以快速并有序地恢复各个操作

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