PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用

李振海

摘要：PLC已經(jīng)具備非常多的功能，但是為了能夠讓其具備更多的功能，也為了能夠讓其使用更加方便靈活，具備可視化的功能，可以將其與觸摸屏有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩者之間數(shù)據(jù)的相互傳輸。本文首先介紹了系統(tǒng)的組成，其次概述了PLC和觸摸屏的通信以及典型的PLC程序;最后探討了用戶界面以及可能會遇到的各種問題以及解決方法。

關(guān)鍵詞：PLC;觸摸屏;控制系統(tǒng);應(yīng)用

現(xiàn)階段，大部分機(jī)器都能夠與現(xiàn)場操作有機(jī)結(jié)合，共同應(yīng)用在人機(jī)界面中，因?yàn)镻LC功能多樣，尤其是數(shù)據(jù)的處理功能，無法比擬，因此如果將其與現(xiàn)場有機(jī)結(jié)合，融入到人機(jī)界面中，將會產(chǎn)生非常大的積極作用。

一、系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)采用Siemens S7-200和迪文觸摸屏組成的系統(tǒng)控制現(xiàn)場的電動閥、電磁閥、電動機(jī)和溫度控制器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。S7-200通過模擬量輸入模塊和溫度、壓力傳感器采集現(xiàn)場的溫度和壓力信號，信號通過PIE上的A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)值變換傳送到觸摸屏上，觸摸屏顯示實(shí)時(shí)的溫度值、壓力值、溫度曲線、壓力曲線和PID曲線;且PID參數(shù)可以通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)置，觸摸屏給PLC發(fā)送指令，以控制現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于PIE接口為RS-485，觸摸屏接口為RS-232，因此，需要增加一個(gè)RS·485/RS-232轉(zhuǎn)換線。

二、PLC和觸摸屏的通信

無論是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，還是計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送都存在兩種通信方式，一種是串行通信，另一種是并行通信，而本文說介紹的PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)而工作方式主要有三種，第一種是PPI方式，第二種是自由口方式，第三種是DP方式，而本文重點(diǎn)研究的是第二種方式，即自由口通信方式。

1、PLC的自由口通信

PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)自由口通信時(shí)，用戶程序具有非常大的功能，數(shù)據(jù)傳輸主要就是通過用戶程序來完成，其執(zhí)行的所有的通信任務(wù)都需要用戶編程自主完成。此外，自由口通信方式，可以使該系統(tǒng)各個(gè)終端進(jìn)行連接，其波特率范圍可以任意調(diào)整，最低為1200bit/s，最高為115200bit/s。自由口通信主要是通過接收以及發(fā)送兩條指令來進(jìn)行通信，并且還受到與之相同的寄存器的控制。自由口通信方式需要有一個(gè)自由口，而PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)主要是通過自由口0來進(jìn)行通信，在通信期間，利用系統(tǒng)中存在的特殊寄存器來完成校驗(yàn)以及協(xié)議選擇等設(shè)置，避免出現(xiàn)誤差。因?yàn)橄到y(tǒng)的自有接口以及通信接口不同，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需要制作一個(gè)連接線，以便兩者兩個(gè)接口能夠順利連接。因?yàn)楸疚难芯康南到y(tǒng)通信接口屬于半雙工通信口，這種形式的通信口存在一定的劣勢，即發(fā)送以及接受無法同時(shí)進(jìn)行，不能同時(shí)被激活，面對這種情況，相關(guān)人員可以利用控制特殊寄存器來實(shí)現(xiàn)接收的功能，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，PLC并沒有獲得相關(guān)的信息，接收指令會自動停止。

2、觸摸屏的數(shù)據(jù)傳送方式

串口數(shù)據(jù)幀是觸摸屏重要的構(gòu)成部分，其主要有四部分構(gòu)成，第一是幀頭，不同類型的觸摸屏，對幀頭都進(jìn)行了固定，比如迪文觸摸屏，將其固定為OXPLC和觸摸屏組合控制PLC和觸摸屏組合控制;第二是指令，每種類型的觸摸屏都有指令集，依據(jù)自身選擇的觸摸屏來進(jìn)行參考即可;第三種是數(shù)據(jù)，每種類型觸摸屏都有不同的數(shù)據(jù)內(nèi)存，以迪文觸摸屏為例，數(shù)據(jù)最多可以達(dá)到249B;第四種是幀尾結(jié)束符，一般而言，每個(gè)類型的觸摸屏其幀尾結(jié)束符都有固定的形式，以迪文觸摸屏為例，其幀尾結(jié)束符主要有四種固定形式，分別為OXCC/OX33/OXC3/OX3C等。這里提及的OX主要指的是16進(jìn)制數(shù)，從中可以發(fā)現(xiàn)，迪文觸摸屏無論是指令，還是數(shù)據(jù)，都應(yīng)該按照16進(jìn)制數(shù)格式來進(jìn)行操作，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)屬于字型的形式，在傳送時(shí)，可以選擇使用高字節(jié)的方式，當(dāng)傳送的方向處于下行狀態(tài)時(shí)，PLC就會將數(shù)據(jù)直接發(fā)送給觸摸屏，而相關(guān)數(shù)據(jù)就會從觸摸屏中輸入;當(dāng)傳送的方向處于上行狀態(tài)時(shí)，觸摸屏將有關(guān)數(shù)據(jù)都發(fā)送到PLC中，數(shù)據(jù)就會從觸摸屏相關(guān)的接口中輸出，正式以這種方式，觸摸屏以及PLC串口實(shí)現(xiàn)了相互之間的數(shù)據(jù)交換。

三、典型的PLC程序

1、模擬量的采集及發(fā)送

在模擬量輸入及其轉(zhuǎn)換成實(shí)際值的過程中（以溫度為例），溫度傳感器采集到的模擬信號通過PLC模擬量輸入模塊變成數(shù)字信號傳到PLC的存儲器，再根據(jù)傳感器的量程等實(shí)際情況把數(shù)字信號換算成實(shí)際的溫度值（模擬量比例換算是指由于A/D、D/A轉(zhuǎn)換之間的對應(yīng)關(guān)系，s7-200 CPU內(nèi)部用數(shù)值表示外部的模擬量信號，兩者之間有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，即模擬量/數(shù)值量的換算關(guān)系）。

系統(tǒng)從模擬量模塊中地址為AIWl0的通道輸入模擬量。為了增強(qiáng)輸入模擬量的穩(wěn)定性，模擬量采集程序采用求多次采樣值的平均值方法;而為了減少CPU的掃描時(shí)間，程序中的除法采用移位除法（用采樣次數(shù)的2的次方表示，如128次為2的8次方）。

2、觸摸屏的觸控功能

當(dāng)觸摸屏上的按鈕被按下時(shí)，觸摸屏?xí)oPLC發(fā)送按鈕位置坐標(biāo)（觸摸屏中表示位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)塊為“AA 73按鈕的坐標(biāo)CC 33 C3 3C”），PLC收到數(shù)據(jù)后判斷按鈕的位置坐標(biāo)是否正確，如果正確，則執(zhí)行顯示曲線、顯示實(shí)時(shí)參數(shù)、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)等指令。

3、通信的相關(guān)程序

PLC的編程方法因程序設(shè)計(jì)人員的思維習(xí)慣不同而有很大差異，常用的編程方法有梯形圖編程和語句表編程2種。梯形圖接近繼電器控制的表達(dá)形式，語句表則類似于計(jì)算機(jī)匯編語言，這2種編程方式均實(shí)時(shí)反映出繼電器控制的思想M1。本文采用語句表的編程方法編寫了觸摸屏和PLC通信及觸摸屏觸控（觸摸屏給PLC發(fā)送指令，通過PLC控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的程序，

四、用戶界面

用戶界面的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)分為以下2個(gè)步驟。

①設(shè)計(jì)觸摸屏的顯示界面設(shè)計(jì)和觸摸屏HMI物理分配率相同的用戶界面，并下載到HMI終端（用戶界面可以用任意畫圖軟件進(jìn)行繪制）。

②制作觸摸屏按鈕，按照工藝要求設(shè)計(jì)好的用戶界面有很多按鈕，當(dāng)觸摸屏按鈕被按下時(shí)，觸摸屏?xí)oPLC發(fā)一個(gè)位置坐標(biāo)（格式為從73坐標(biāo)CC 33 C3 3C），使其根據(jù)坐標(biāo)的正確性來執(zhí)行相應(yīng)的指令。如按鈕“溫度曲線”，它的有效區(qū)域是右上角和左下角這2個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)的組合（蜀K，x。yI），其中y0為“溫度曲線”右上角坐標(biāo)，五yl為“溫度曲線”左下角坐標(biāo)。當(dāng)“溫度曲線”按鈕被按下時(shí)，觸摸屏就給PIE發(fā)送相應(yīng)的坐標(biāo)指令，PLC收到坐標(biāo)（x，y）后進(jìn)行判斷，若Xo≤x≤五且y0≤l，≤y1，則PLC給觸摸屏發(fā)送顯示溫度曲線的指令，觸摸屏上就會顯示的實(shí)時(shí)溫度曲線。同理，可以進(jìn)行PID參數(shù)的設(shè)置。

五、遇到的問題及解決方法

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，會遇到以下幾類問題。

通信接口不匹配，即PIE上CPU的接口為RS一485，觸摸屏接口為RS-232。解決辦法是購買RS一485/RS-232轉(zhuǎn)換器，或自己設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換電路;$7-200 CPU通信端口為RS.485半雙工通信口，發(fā)送和接收指令不能同時(shí)處于激活狀態(tài)。解決辦法是通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，把接收信息控制字SMB87設(shè)置為16#9C，當(dāng)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)PLC沒有接收到信息時(shí)，則接收指令RCV停止接收;PLC和觸摸屏的通信波特率必須保持一致，本系統(tǒng)的通信波特率為1 15 200 bit/s。

六、結(jié)語

綜上所述，可知PLC結(jié)構(gòu)簡單，功能多樣，而且通行性極高，作為一種現(xiàn)階段使用非常廣泛的新型控制元件，其優(yōu)勢除了上述幾點(diǎn)外，還具備超強(qiáng)的抗干擾能力，以使系統(tǒng)更加的安全穩(wěn)定，而觸摸屏是一種先進(jìn)的人機(jī)界面，兩者相結(jié)合已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的主流。本文是筆者多年經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，僅供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張侃諭，余玲文.基于S7-224的自動化溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動化儀表.2009（02）

[2]郭世鋼.PLC的人機(jī)接口與編程[J].微計(jì)算機(jī)信息.2006（19）

[3]韓志超，桑斌修.PLC與觸摸屏通訊的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用[J].國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù).2006（03）

[4]常宏杰，閆宏軍，楊宜平，楊光，張新聚.基于PLC的石英晶體真空退火爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)科技.2009（04）

[5]劉文生.PLC與觸摸屏的綜合應(yīng)用[J].遼寧師專學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2009（01）