胡慶何

（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，215000）

PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用

胡慶何

（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，215000）

當(dāng)前，在科技力量的支持下，人機(jī)操作界面被普遍應(yīng)用于各種機(jī)器當(dāng)中。PLC在處理數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)人機(jī)界面的操作性、簡(jiǎn)便性提出了更高的要求。PLC與觸摸屏組織控制系統(tǒng)應(yīng)用后，使PLC在可視化、靈活度方面，具有更大的優(yōu)勢(shì)。

PLC觸摸屏；組合；控制系統(tǒng)；應(yīng)用

1　PLC與觸摸屏概述

PLC指的是：采用數(shù)字運(yùn)算操作，實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制的電子系統(tǒng)，又被翻譯為可編程邏輯控制器。其中，可編程存儲(chǔ)器是PLC的重要組成部分，該存儲(chǔ)器不僅能完成內(nèi)部程序的存儲(chǔ)，而且可以執(zhí)行用戶的相關(guān)指令。常見的有順序控制命令、邏輯運(yùn)算指令、算術(shù)操作指令等。PLC利用輸入、輸出模擬方式，控制機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程。當(dāng)前，科學(xué)、技術(shù)得到了快速的發(fā)展，也進(jìn)一步擴(kuò)展了PLC的控制范圍，打破在邏輯控制方面的限制。在此基礎(chǔ)上，使其普遍應(yīng)用到計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化控制當(dāng)中，并發(fā)揮著重要的作用。觸摸屏就是可編程終端，主要是在生產(chǎn)中設(shè)置機(jī)械參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。觸摸屏改變了傳統(tǒng)的鍵盤操作，取代了顯示器、控制臺(tái)。實(shí)踐證明，將PLC與觸摸屏有效結(jié)合，使其功能進(jìn)一步擴(kuò)大，增強(qiáng)了PLC的可視化與靈活性。

2　PLC與觸摸屏組合控制系統(tǒng)

本文提出的PLC與觸摸屏組合控制系統(tǒng)包括兩個(gè)重要的組成部分，分別是迪文觸摸屏、S7-200可編程控制器。以上結(jié)構(gòu)可以對(duì)電動(dòng)閥、溫度控制器、電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。S7-200 PLC在傳感器下采集信號(hào)。比如，利用溫度傳感器，主要是采集溫度信號(hào)。利用壓力傳感器，主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的壓力信號(hào)進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)采集完成后，通過(guò)觸摸屏進(jìn)行數(shù)值變換、轉(zhuǎn)換，并輸入到觸摸屏當(dāng)中。此時(shí)，觸摸屏?xí)?duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行判斷，顯示出具體的參數(shù)，包括溫度數(shù)值、壓力數(shù)值等。同時(shí)，在傳遞信號(hào)與執(zhí)行命令的過(guò)程中，還能形成對(duì)應(yīng)的壓力、溫度曲線。另外，觸摸屏可以設(shè)置PID參數(shù)，然后將指令發(fā)送到PLC。PLC接收到指令后，根據(jù)自身的存儲(chǔ)器的執(zhí)行命令，進(jìn)而對(duì)下場(chǎng)的電動(dòng)閥、溫度控制器、電磁閥進(jìn)行控制。

3　PLC與觸摸屏的通信

3.1觸摸屏的數(shù)據(jù)傳輸。首先，對(duì)觸摸屏的數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行介紹。一般而言，每個(gè)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括4個(gè)數(shù)據(jù)模塊，分別是：幀頭數(shù)據(jù)模塊、幀尾結(jié)束符數(shù)據(jù)模塊、指令數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)模塊。其中，幀頭以O(shè)XAA來(lái)表示，是固定不變的。指令指的是觸摸屏設(shè)計(jì)的指令集合，數(shù)據(jù)≤249B。另外，幀尾固定的結(jié)束符為：OXCC、OX33、OXC3、OX3C。其中，所有數(shù)據(jù)與指令均為16進(jìn)制數(shù)和兩字節(jié)數(shù)據(jù)。字節(jié)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，先傳送高字節(jié)，方向?yàn)樯闲?、下行。?shù)據(jù)以下行方向傳遞時(shí)，就會(huì)傳送到觸摸屏。反之，以上行傳遞時(shí)，觸摸屏就會(huì)將相關(guān)指標(biāo)、數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC。

3.2PLC的自由通信。PLC自由通信數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議可以通過(guò)用戶程序來(lái)設(shè)定，然后利用編程來(lái)實(shí)現(xiàn)通信業(yè)務(wù)。在自由通信方式下，可以對(duì)波特頻率進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)與觸摸屏、條碼閱讀器的通信。通常，波特率的范圍為1200-115200bit/s。PLC自由口通信的主要業(yè)務(wù)時(shí)收發(fā)指令，并對(duì)寄存的指令進(jìn)行控制。針對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，利用自由口工作模式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。同時(shí)，通過(guò)特殊寄存器設(shè)置數(shù)據(jù)位、選擇協(xié)議，以及自由口波特率。由于PLC的CPU通信為半雙工通信口，所以無(wú)法同時(shí)激活指令的接收與發(fā)送。

4　PLC程序

4.1收集、發(fā)送模擬量。模擬量采集完成后，要利用PLC內(nèi)部的相關(guān)轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際值。下面以壓力為例，進(jìn)行具體探討。首先，壓力傳染期自動(dòng)采集壓力模擬信號(hào)，該信號(hào)在模擬量輸入模塊的轉(zhuǎn)換下轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然后，將其儲(chǔ)存到PLC存儲(chǔ)器當(dāng)中。存儲(chǔ)器根據(jù)傳感器的具體模量，將數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換為實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)壓力數(shù)值。值得注意的是，在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，要遵循數(shù)值之間對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)換算關(guān)系。模擬量根據(jù)自身的相關(guān)通道進(jìn)行輸入，在輸入的過(guò)程中很容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。所以，經(jīng)常采用求取平均值的辦法來(lái)采集模擬量，保證模擬量的穩(wěn)定性。另外，PLC在掃描模擬量時(shí)，會(huì)耗費(fèi)一定時(shí)間。為了節(jié)省時(shí)間，可以采用移位除法來(lái)解決。

4.2觸摸控制。觸摸控制提高了控制系統(tǒng)的靈活性，在觸摸屏中起著重要的作用。按下觸摸屏的相關(guān)按鈕后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成坐標(biāo)位置，并發(fā)送給PLC。PLC接受到按鈕坐標(biāo)后，首先判斷按鈕坐標(biāo)的位置。若坐標(biāo)位置正確，PLC就會(huì)立刻執(zhí)行命令。同時(shí)，還會(huì)顯示出相關(guān)的曲線圖，以及實(shí)時(shí)參數(shù)，電動(dòng)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制命令等。

4.3通信程序。一般而言，社會(huì)人員的思維方式、技術(shù)能力，硬件運(yùn)行、軟件運(yùn)行等要素都會(huì)對(duì)PLC編程造成影響，表現(xiàn)為編程方法上的差異性。通常情況下，PLC編程主要包括兩種辦法，分別是語(yǔ)言編程、梯形圖編程。其中，前一種編程方法類似于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言表達(dá)形式。后一種編程則與繼電器控制表達(dá)形式很相似。盡管如此，語(yǔ)言編程、梯形圖編程都體現(xiàn)了繼電器表達(dá)的思想。本系統(tǒng)采用語(yǔ)言編程辦法，編寫了PLC與觸摸屏之間的通信、觸摸屏觸摸控制功能。觸摸屏控制功能程序編寫指的是：通過(guò)PLC來(lái)接收觸摸屏發(fā)出的指令，然后執(zhí)行相關(guān)命令，以此來(lái)對(duì)解機(jī)構(gòu)程序進(jìn)行控制，屬于編程語(yǔ)言。

5　用戶界面的設(shè)計(jì)與制作

5.1顯示界面設(shè)計(jì)。首先，要選擇一組畫圖軟件的觸摸屏用戶界面，然后進(jìn)行繪制。其次，繪制界面前，要設(shè)計(jì)出用戶界面。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要求用戶界面的HMI物理分配率與觸摸屏的HMI物理分配率相同。然后，將其下載到HMI終端上。

5.2按鈕的制作。觸摸屏界面中，包括多個(gè)按鈕，每個(gè)按鈕有獨(dú)立的功能。在操作的過(guò)程中，需要根據(jù)工藝的要求來(lái)制作。首先，設(shè)置按鈕坐標(biāo)，然后將信息傳輸給PLC。PLC對(duì)按鈕的坐標(biāo)格式進(jìn)行分析、判斷，進(jìn)而執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相關(guān)控制。以溫度曲線按鈕為例。其有效區(qū)域?yàn)樽鴺?biāo)的左下角、右上角，此處的坐標(biāo)分別是、。按鈕被按下后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)以坐標(biāo)指令的形式將其坐標(biāo)發(fā)送到PLC，表現(xiàn)為（）。PLC要對(duì)坐標(biāo)形式進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。當(dāng)時(shí)，表示上面的坐標(biāo)形式是正確的。那么，PLC就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行溫度曲線上顯示的命令。同時(shí)，觸摸屏上會(huì)顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)曲線。反之，若按鈕坐標(biāo)的范圍不是時(shí)，PLC則不執(zhí)行命令。另外，也不會(huì)在觸摸屏上顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)曲線。

6　PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用中的問(wèn)題

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，往往存在以下幾個(gè)問(wèn)題。第一，PLC的通信接口無(wú)法與觸摸屏接口匹配，對(duì)正常通信造成了影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)問(wèn)題。鑒于此，可以利用接口轉(zhuǎn)換器來(lái)解決。另外，也可以設(shè)計(jì)出新的轉(zhuǎn)換電路，解決連接問(wèn)題。第二，PLC在收、發(fā)指令時(shí)，出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象，降低了信息接收與發(fā)送的效率。針對(duì)該問(wèn)題，利用軟件設(shè)計(jì)方法對(duì)信息的控制字進(jìn)行調(diào)節(jié)就可以解決。比如，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有接收或者發(fā)送信息時(shí)，就會(huì)自動(dòng)停止業(yè)務(wù)。第三，PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)中，要求二者的通信波特率相同，不能出現(xiàn)偏差。

7　結(jié)束語(yǔ)

從上述分析中可以看出，PLC具有強(qiáng)大的控制功能。與此同時(shí)，觸摸屏能夠提供友好的人機(jī)交互界面。所以，將二者結(jié)合以后，綜合其獨(dú)立的優(yōu)勢(shì)。除此之外，減少了開關(guān)的數(shù)量，使控制系統(tǒng)更加安全、可靠。本文對(duì)PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望可以促進(jìn)工控領(lǐng)域的發(fā)展。

［1］ 李騰飛. PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)應(yīng)用［J］. 無(wú)線互聯(lián)科技，2016（1）：62-63.

［2］ 吳雷. PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用［J］. 科研，2015（60）：00050-00050.

［3］ 邱金升. PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的實(shí)踐［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2015（31）：136-136.

［4］ 楊德君. PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用［J］. 中國(guó)科技投資， 2014（A12）：409-409.

Application of PLC and touch panel control system

Hu Qinghe
（School of Mechanical and Electric Engineering，Soochow University，215000）

At present，with the support of scientific and technological forces，the man-machine interface is widely used in all kinds of machines.PLC in the processing of data，the man-machine interface of the operation，the simplicity of the higher requirements.PLC and touch screen after the application of the organization control system，so that PLC in visualization，flexibility，with a greater advantage.

PLC touch screen；combination；control system；application