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PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用

作者: 時間:2013-04-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
0 引言

  隨著科技的飛速發(fā)展, 越來越多的機(jī)器與現(xiàn)場操作都趨向于使用人機(jī)界面, 而 控制器強(qiáng)大的功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也要求有一種功能與之匹配而操作簡便的人機(jī)界面。觸摸屏的出現(xiàn)無疑是21世紀(jì)自動化領(lǐng)域的一個巨大革新。觸摸屏和的組合使用已經(jīng)成為主導(dǎo)形式。

  是一種結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、功能較完備的新型控制元件, 其主要優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng), 可以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率, 特別適用于工業(yè)控制。

  觸摸屏是一種連接人和機(jī)器的人機(jī)界面, 它代替了原始的控制臺和顯示器, 可用于數(shù)據(jù)顯示和參數(shù)設(shè)置,并且可以用動態(tài)曲線的形式描述系統(tǒng)的控制過程; 擴(kuò)展了PLC的功能, 減少了按鈕、開關(guān)、儀表等儀器的使用。

  1 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PLC上的A /D轉(zhuǎn)換、數(shù)值變換傳送到觸摸屏上, 觸摸屏顯示實時的溫度值、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PLC接口為RS-485,觸摸屏接口為RS-232, 因此, 需要增加一個RS-485 /RS-232轉(zhuǎn)換線。的組成如圖1所示。

  PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用

  圖1 組成框圖

  2 PLC和觸摸屏的通信

  計算機(jī)與計算機(jī)或計算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通信和并行通信2種方式。S7-200系列PLC的通信分3種工作方式: PPI通信方式、自由口通信方式和Profibus-DP通信方式, 本系統(tǒng)采用的是自由口通信方式。

  2.1 PLC 的自由口通信

  當(dāng)S7??200系列PLC使用自由口通信時, 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議完全由用戶程序決定, 所有的通信任務(wù)都要由用戶編程完成。通過自由口方式, S7-200可以與串行打印機(jī)、條碼閱讀器、觸摸屏進(jìn)行通信, 其波特率范圍為1 200~ 115 200 bit / s(可調(diào)整)。自由口通信的核心是XMT(發(fā)送)和RCV (接收)這2條指令以及相應(yīng)的特殊寄存器控制。本系統(tǒng)的自由口通信使用的是自由口0,S7-200 CPU使用SMB30定義自由口0的工作模式。通過特殊寄存器SMB30, 可以對校驗的選擇、每個字符的數(shù)據(jù)位、自由口的波特率和協(xié)議選擇進(jìn)行設(shè)置。S7-200 CPU 上的自由口接口為RS-485, 觸摸屏的接口為RS??232, 設(shè)計時需要制做一個RS-485 /RS-232的通信線。而S7-200 CPU的通信口RS-485為半雙工通信口,發(fā)送和接收指令不能同時處于激活狀態(tài), 此時,可以通過控制特殊寄存器SMB87來控制RCV (接收) , 當(dāng)在指定時間內(nèi)PLC沒有收到信息時, RCV指令將停止接收。

  2. 2 觸摸屏的數(shù)據(jù)傳送方式

  迪文觸摸屏的串口數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)由幀頭、指令、數(shù)據(jù)以及幀尾結(jié)束符這4 個數(shù)據(jù)塊組成。幀頭固定為0XAA, 而指令參考迪文指令集, 數(shù)據(jù)最多為249 B, 幀尾結(jié)束符固定為0XCC、0X33、0XC3、0X3C.其中, 0X代表16進(jìn)制數(shù)。迪文觸摸屏所有指令或數(shù)據(jù)都是16進(jìn)制(HEX)格式, 對于字型( 2字節(jié))數(shù)據(jù), 字節(jié)傳送順序采用高字節(jié)先傳送(MSB)的方式。傳送方向為下行(Tx)時, PLC 發(fā)送數(shù)據(jù)給觸摸屏, 數(shù)據(jù)從觸摸屏串行接口的“Din引腳”輸入; 傳送方向為上行(Rx)時,觸摸屏發(fā)送數(shù)據(jù)給PLC, 數(shù)據(jù)從觸摸屏串行接口的“Dout引腳”輸出。觸摸屏與PLC 串口數(shù)據(jù)交換交換過程如圖2所示。

  PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用

  圖2 數(shù)據(jù)交換過程示意圖

3 典型的PLC程序

  3. 1 模擬量的采集及發(fā)送

  在模擬量輸入及其轉(zhuǎn)換成實際值的過程中(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)傳感器的量程等實際情況把數(shù)字信號換算成實際的溫度值(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AIW10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)。

  3.2 觸摸屏的觸控功能

  當(dāng)觸摸屏上的按鈕被按下時, 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、顯示實時參數(shù)、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)等指令。

  3. 3 通信的相關(guān)程序

  PLC 的編程方法因程序設(shè)計人員的思維習(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, 語句表則類似于計算機(jī)匯編語言, 這2種編程方式均實時反映出繼電器控制的思想。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,其程序如下。

 ?、僦鞒绦蚓幊?。

  網(wǎng)絡(luò)1: 程序初始化。

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  網(wǎng)絡(luò)2: 接收觸摸屏發(fā)來的指令。

  PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用

 ?、谥袛喑绦颉?/P>

  網(wǎng)絡(luò)1: 如果按下“啟動”按鈕, 則發(fā)給PLC控制指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

  PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用

  PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用

  網(wǎng)絡(luò)2: 如果按下“返回”按鈕, 界面切到首頁。

  PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用

 ?、蹟?shù)據(jù)塊。

  PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用
4 用戶界面

  用戶界面的設(shè)計和實現(xiàn)分為以下2個步驟。

 ?、?設(shè)計觸摸屏的顯示界面。

  設(shè)計和觸摸屏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)。

 ?、?制作觸摸屏按鈕。

  按照工藝要求設(shè)計好的用戶界面有很多按鈕,當(dāng)觸摸屏按鈕被按下時,觸摸屏?xí)oPLC 發(fā)一個位置坐標(biāo)(格式為AA 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個點(diǎn)坐標(biāo)的組合(X0Y0, X 1Y1 ), 其中X 0Y0 為“溫度曲線”右上角坐標(biāo),X1Y1 為“溫度曲線”左下角坐標(biāo)。當(dāng)“溫度曲線”按鈕被按下時,觸摸屏就給PLC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X0≤X≤X1 且Y0≤Y≤Y1,則PLC給觸摸屏發(fā)送顯示溫度曲線的指令,觸摸屏上就會顯示如圖3所示的實時溫度曲線。同理,可以進(jìn)行PID參數(shù)的設(shè)置。

  PLC攜手觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用

  圖3 實時溫度曲線

  5 遇到的問題及解決方法

  在系統(tǒng)設(shè)計過程中, 會遇到以下幾類問題。

 ?、偻ㄐ沤涌诓黄ヅ洌?即PLC上CPU的接口為RS??485,觸摸屏接口為RS??232.解決辦法是購買RS-485 /RS-232轉(zhuǎn)換器, 或自己設(shè)計一個轉(zhuǎn)換電路。

 ?、赟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處于激活狀態(tài)。解決辦法是通過軟件設(shè)計實現(xiàn), 把接收信息控制字SMB87設(shè)置為16# 9C, 當(dāng)在設(shè)定時間內(nèi)PLC沒有接收到信息時,則接收指令RCV停止接收。

 ?、跴LC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115 200 bit / s.

  6 結(jié)束語

  觸摸屏和PLC組合系統(tǒng)

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