李騰飛

摘要：隨著科技的發(fā)展，人機(jī)操作界面廣泛的應(yīng)用于各種機(jī)器的操作中，PLC對(duì)于數(shù)據(jù)的處理也時(shí)人機(jī)界面的簡(jiǎn)便陛和操作性有著一定的要求，觸摸屏與PLC的組合控制對(duì)于實(shí)現(xiàn)PLC應(yīng)用的靈活性和可視化有著重要的意義?；谝陨?，文章AKPLC程序設(shè)計(jì)、觸摸屏界面制作等方面研究了PLC與觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用，旨在為促進(jìn)PLC與觸摸屏組合控制系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；組合控制系統(tǒng)；應(yīng)用

PLC有著運(yùn)算速度快、指令豐富、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，其在控制領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要，但PLC的人機(jī)交互功能較差一直是制約其發(fā)展的重要因素。觸摸屏能夠?qū)鹘y(tǒng)的鍵盤操作以及控制面板進(jìn)行取代，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)畫形式的自動(dòng)化控制，將PLC與觸摸屏結(jié)合不僅能夠解決PLC人機(jī)交互功能較差的問題，同時(shí)其能夠減少開關(guān)、儀表等數(shù)量，對(duì)于實(shí)現(xiàn)PLC應(yīng)用的可視化、靈活化有著重要的意義?；谝陨希恼潞?jiǎn)要研究了PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

1.PLC與觸摸屏概述

PLC是以數(shù)字運(yùn)算操作進(jìn)行相關(guān)控制的電子系統(tǒng)，中文名稱為可編程邏輯控制器，在PLC中有一種十分重要的設(shè)備，即可編程存儲(chǔ)器，其能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)內(nèi)部程序的存儲(chǔ)，同時(shí)能夠執(zhí)行面向用戶的相關(guān)指令，例如算術(shù)操作指令、順序控制指令、定時(shí)指令、邏輯運(yùn)算指令等。PLC能夠通過對(duì)輸入和輸出模擬的形式來實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)機(jī)械以及生產(chǎn)過程的有效控制，隨著科技的發(fā)展，PLC的控制范圍不再僅僅局限于邏輯控制，其在工業(yè)自動(dòng)化控制以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中都有著重要的應(yīng)用。

觸摸屏指的是可編程終端，其主要功能是對(duì)機(jī)械及生產(chǎn)過程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠以動(dòng)畫的形式來模擬描繪機(jī)械及生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。觸摸屏一改傳統(tǒng)控制中的鍵盤操作，替代了傳統(tǒng)控制的顯示器以及控制臺(tái)。

將PLC與觸摸屏相互結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)PLC功能的擴(kuò)展，提升了PLC的可視化和靈活性，此外，二者的結(jié)合能夠減少開關(guān)、按鈕的使用，整個(gè)控制方便、簡(jiǎn)單、靈活。

2.PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的構(gòu)成

本文所研究的PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要為迪文觸摸屏和S7-200可編程控制器，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的電磁閥、溫度控制器、電動(dòng)閥、電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行控制。具體來說，S7-200PLC通過傳感器來采集相關(guān)信號(hào)，例如溫度傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)，壓力傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)壓力信號(hào)，采集的信號(hào)在S？200PLC上進(jìn)行數(shù)值變換以及A/D轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)降衔挠|摸屏上，此時(shí)觸摸屏?xí)鶕?jù)收到的信號(hào)來顯示具體的現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)值、壓力數(shù)值，通過信號(hào)的不斷傳輸和命令的執(zhí)行，還能夠形成壓力、溫度等的曲線以及PID曲線。觸摸屏能夠?qū)ID參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并發(fā)送相關(guān)指令給PLC，PLC通過自身的存儲(chǔ)器執(zhí)行命令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度控制器、電磁閥、電動(dòng)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

3.PLC和觸摸屏的通信研究

3.1觸摸屏的數(shù)據(jù)傳輸研究

首先要了解觸摸屏的數(shù)據(jù)模塊，對(duì)于迪文觸摸屏來說，其串口數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)共有4個(gè)數(shù)據(jù)模塊：幀頭數(shù)據(jù)模塊、指令數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)模塊、幀尾結(jié)束符數(shù)據(jù)模塊。幀頭是固定的，為0XAA，指令為迪文觸摸屏所設(shè)計(jì)的指令集合，數(shù)據(jù)小于等于249B。0XCC，0X33，0XC3，0X3C是幀尾固定的結(jié)束符（ox表示的是十六進(jìn)制數(shù)）。觸摸屏中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以及指令都采用十六進(jìn)制數(shù)和兩字節(jié)字形數(shù)據(jù)，在傳輸字節(jié)的過程中，首先要傳送高字節(jié)，傳送方向分為下行和上行兩種，當(dāng)數(shù)據(jù)下行傳送時(shí)，PLC將數(shù)據(jù)傳送給觸摸屏，當(dāng)數(shù)據(jù)上行傳送時(shí)，觸摸屏將相關(guān)指令數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC。

3.2PLC的自由口通信研究

PLC自由口通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議由用戶程序來決定，用戶要通過編程來完成所有的相關(guān)通信任務(wù)。在自由口通信方式下，PLC能夠與條碼閱讀器、觸摸屏等進(jìn)行通信，其波特率是可調(diào)整的，一般范圍在1200-115200bit/s之間。PLC自由口通信的核心是發(fā)送指令和接受指令，以及兩個(gè)指令所對(duì)應(yīng)的寄存器控制。對(duì)于本系統(tǒng)所采用的S7 200PLC來說，采用自由口0的工作模式來進(jìn)行通信，同時(shí)采用的特殊寄存器來設(shè)置字符數(shù)據(jù)位、協(xié)議選擇以及自由口波特率等。PLC的CPU上的通信口屬于一種半雙工的通信口，因此不能同時(shí)激活指令的發(fā)送和指令的接收。具體來說，PLC自由口通信過程中，可以通過特殊寄存器來對(duì)接受指令和發(fā)送指令進(jìn)行控制，若PLC在指定時(shí)間沒有發(fā)送出數(shù)據(jù)信息或接收到數(shù)據(jù)信息的時(shí)候，特殊寄存器會(huì)對(duì)接受指令和發(fā)送指令進(jìn)行控制，從而停止對(duì)數(shù)據(jù)信息的發(fā)送和接收。

4.PLC程序

4.1收集、發(fā)送模擬量

模擬量采集之后要通過PLC內(nèi)部的相關(guān)轉(zhuǎn)換，從而轉(zhuǎn)換為實(shí)際值，下面以壓力為例，來研究模擬量采集之后的轉(zhuǎn)換過程，首先，壓力傳感器會(huì)采集壓力的模擬量信號(hào)，模擬量信號(hào)在PLC模擬量輸入模塊的轉(zhuǎn)換下會(huì)由模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，之后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳送到PLC的存儲(chǔ)器中，結(jié)合壓力傳感器的具體量程，存儲(chǔ)器將壓力數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)壓力數(shù)值，在轉(zhuǎn)換過程中的比例換算中，要遵循PLC存儲(chǔ)器內(nèi)部的A/D和D/A的轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)關(guān)系，即模擬量與具體數(shù)值量之間對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)換算關(guān)系。

模擬量通過模擬量模塊中的相關(guān)通道進(jìn)行輸入，模擬量輸入的過程很可能導(dǎo)致輸入的不穩(wěn)定，因此通常采用求出多次采樣的平均值來進(jìn)行模擬量的采集，以此來提升輸入模擬量的穩(wěn)定性。PLC的CPU在掃描模擬量的過程中會(huì)耗費(fèi)一定的時(shí)間，為了減少掃描時(shí)間，在可以采用移位除法，用2的次方來表示采樣的次數(shù)，例如采樣次數(shù)為64次，則可以表示為采樣次數(shù)為2。

4.2觸摸控制

觸摸控制是觸摸屏的重要功能，對(duì)于整個(gè)PLC和觸摸屏控制系統(tǒng)的控制的靈活性至關(guān)重要。當(dāng)按下觸摸屏中的相關(guān)控制按鈕后，觸摸屏?xí)粹o的具體位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送給PLC，PLC在接收到控制按鈕位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)之后，首先會(huì)對(duì)控制按鈕位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷，如果位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)正確，則PIJc會(huì)執(zhí)行相關(guān)命令，例如相關(guān)參數(shù)曲線的顯示、相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示、電磁閥、電動(dòng)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制等命令。

4.3.通信程序

PLC編程受到多種因素的影響，例如程序設(shè)計(jì)人員的思維方式、技術(shù)能力、軟硬件的運(yùn)行方式等都會(huì)導(dǎo)致PLC編程方法出現(xiàn)差異。一般來說，語言編程和梯形圖編程是2種主要的PLC編程方法，語言編程與計(jì)算機(jī)的語言表達(dá)形式類似，而梯形圖編程則與繼電器控制的表達(dá)形式類似，但可以看出的是，兩種編程方法都在一定程度上體現(xiàn)了繼電器控制表達(dá)的思想。本系統(tǒng)所采用的PLC編程方法為語言編程，對(duì)于PLC與觸摸屏之間的通信以及觸摸屏的觸摸控制功能進(jìn)行程序編寫，觸摸控制功能程序編寫主要指對(duì)PLC接收觸摸屏發(fā)來的指令并執(zhí)行相關(guān)命令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)程序的語言編程。

5.用戶界面的設(shè)計(jì)和制作

用戶界面的實(shí)現(xiàn)主要分為觸摸屏顯示界面的設(shè)計(jì)和觸摸屏按鈕的制作2個(gè)步驟，下面對(duì)這兩個(gè)步驟進(jìn)行具體分析。

5.1顯示界面的設(shè)計(jì)

首先，可以選取一款畫圖軟件觸摸屏的用戶界面進(jìn)行繪制，而在繪制界面之前，要對(duì)用戶界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在用戶界面設(shè)計(jì)的過程中要保證觸摸屏HMI物理分配率與用戶界面的HMI物理分配率相同，之后將其下載到HMI終端上。

5.2按鈕的制作

觸摸屏用戶界面按鈕應(yīng)當(dāng)根據(jù)工藝要求進(jìn)行制作，按鈕可能很多，要保證不同按鈕能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，這就需要對(duì)按鈕的坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，通過將按鈕的坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給PLC，再由PLC來判斷按鈕坐標(biāo)格式的準(zhǔn)確性來實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相關(guān)控制。以“溫度曲線”按鈕為例，左下角和右上角兩個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)的組合是“溫度曲線按鈕的有效區(qū)域，其中左下角坐標(biāo)為X1Y1，而右上角坐標(biāo)為XoYo，當(dāng)按下“溫度曲線”按鈕之后，觸摸屏?xí)ⅰ皽囟惹€”按鈕的坐標(biāo)信息以坐標(biāo)指令（X，Y）的是形式發(fā)送到PLC，PLC則要對(duì)坐標(biāo)信息的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷，如果x大于等：PXo，而小于等于X1，且Y大于等于Y0，而小于等于Y1，則表示“溫度曲線”按鈕坐標(biāo)（X，Y）是準(zhǔn)確的，PLC就會(huì)執(zhí)行溫度曲線顯示的命令，則在觸摸屏上會(huì)顯示出現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)曲線，而如果PLC接收到的“溫度曲線”按鈕坐標(biāo)（X，Y）不在上述范圍之內(nèi)，則PLC不會(huì)執(zhí)行指令，觸摸屏上也不會(huì)顯示出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的溫度曲線。

6.PhC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中出現(xiàn)的問題

在PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中會(huì)出現(xiàn)以下幾種問題：（1）PLC和觸摸屏通信接口不匹配：指的是PLC的CPU通信接口與觸摸屏的接口不匹配，這就影響了二者之間的通信，影響了相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸，針對(duì)這個(gè)問題可以購買一個(gè)接口轉(zhuǎn)換器或設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換電路來解決；（2）PLC發(fā)送指令和接收指令不能同時(shí)激活：這會(huì)影響到PLC數(shù)據(jù)接收和發(fā)送效果，可以通過軟件設(shè)計(jì)的方法來調(diào)節(jié)接收信息或發(fā)送信息的控制字，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)PLC沒有接收到信息或發(fā)送出信息，則停止進(jìn)行接收或發(fā)送；（3）PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)中，PLC與觸摸屏的通信波特率要一致。

7.結(jié)語

綜上所述，PLC的控制功能十分強(qiáng)大，而觸摸屏能夠提供友好的人機(jī)交互界面，將二者組合形成的控制系統(tǒng)不僅能夠拓展PLC的性能，還能夠減少開關(guān)數(shù)量，增加控制的可靠性和靈活性。本文簡(jiǎn)要研究了PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用，旨在通過PLC和觸摸屏的組合控制來促進(jìn)工控領(lǐng)域的發(fā)展。