PLC和触摸屏组合控制系统的应用

李振海

摘要：PLC已经具备非常多的功能，但是为了能够让其具备更多的功能，也为了能够让其使用更加方便灵活，具备可视化的功能，可以将其与触摸屏有机结合，实现两者之间数据的相互传输。本文首先介绍了系统的组成，其次概述了PLC和触摸屏的通信以及典型的PLC程序;最后探讨了用户界面以及可能会遇到的各种问题以及解决方法。

关键词：PLC;触摸屏;控制系统;应用

现阶段，大部分机器都能够与现场操作有机结合，共同应用在人机界面中，因为PLC功能多样，尤其是数据的处理功能，无法比拟，因此如果将其与现场有机结合，融入到人机界面中，将会产生非常大的积极作用。

一、系统的组成

本系统采用Siemens S7-200和迪文触摸屏组成的系統控制现场的电动阀、电磁阀、电动机和温度控制器等执行机构。S7-200通过模拟量输入模块和温度、压力传感器采集现场的温度和压力信号，信号通过PIE上的A/D转换、数值变换传送到触摸屏上，触摸屏显示实时的温度值、压力值、温度曲线、压力曲线和PID曲线;且PID参数可以通过触摸屏进行设置，触摸屏给PLC发送指令，以控制现场的执行机构。由于PIE接口为RS-485，触摸屏接口为RS-232，因此，需要增加一个RS·485/RS-232转换线。

二、PLC和触摸屏的通信

无论是计算机与计算机之间的数据传送，还是计算机与终端之间的数据传送都存在两种通信方式，一种是串行通信，另一种是并行通信，而本文说介绍的PLC和触摸屏组合控制系统而工作方式主要有三种，第一种是PPI方式，第二种是自由口方式，第三种是DP方式，而本文重点研究的是第二种方式，即自由口通信方式。

1、PLC的自由口通信

PLC和触摸屏组合控制系统自由口通信时，用户程序具有非常大的功能，数据传输主要就是通过用户程序来完成，其执行的所有的通信任务都需要用户编程自主完成。此外，自由口通信方式，可以使该系统各个终端进行连接，其波特率范围可以任意调整，最低为1200bit/s，最高为115200bit/s。自由口通信主要是通过接收以及发送两条指令来进行通信，并且还受到与之相同的寄存器的控制。自由口通信方式需要有一个自由口，而PLC和触摸屏组合控制系统主要是通过自由口0来进行通信，在通信期间，利用系统中存在的特殊寄存器来完成校验以及协议选择等设置，避免出现误差。因为系统的自有接口以及通信接口不同，因此在设计时，需要制作一个连接线，以便两者两个接口能够顺利连接。因为本文研究的系统通信接口属于半双工通信口，这种形式的通信口存在一定的劣势，即发送以及接受无法同时进行，不能同时被激活，面对这种情况，相关人员可以利用控制特殊寄存器来实现接收的功能，如果在规定的时间内，PLC并没有获得相关的信息，接收指令会自动停止。

2、触摸屏的数据传送方式

串口数据帧是触摸屏重要的构成部分，其主要有四部分构成，第一是帧头，不同类型的触摸屏，对帧头都进行了固定，比如迪文触摸屏，将其固定为OXPLC和触摸屏组合控制PLC和触摸屏组合控制;第二是指令，每种类型的触摸屏都有指令集，依据自身选择的触摸屏来进行参考即可;第三种是数据，每种类型触摸屏都有不同的数据内存，以迪文触摸屏为例，数据最多可以达到249B;第四种是帧尾结束符，一般而言，每个类型的触摸屏其帧尾结束符都有固定的形式，以迪文触摸屏为例，其帧尾结束符主要有四种固定形式，分别为OXCC/OX33/OXC3/OX3C等。这里提及的OX主要指的是16进制数，从中可以发现，迪文触摸屏无论是指令，还是数据，都应该按照16进制数格式来进行操作，如果传输的数据属于字型的形式，在传送时，可以选择使用高字节的方式，当传送的方向处于下行状态时，PLC就会将数据直接发送给触摸屏，而相关数据就会从触摸屏中输入;当传送的方向处于上行状态时，触摸屏将有关数据都发送到PLC中，数据就会从触摸屏相关的接口中输出，正式以这种方式，触摸屏以及PLC串口实现了相互之间的数据交换。

三、典型的PLC程序

1、模拟量的采集及发送

在模拟量输入及其转换成实际值的过程中（以温度为例），温度传感器采集到的模拟信号通过PLC模拟量输入模块变成数字信号传到PLC的存储器，再根据传感器的量程等实际情况把数字信号换算成实际的温度值（模拟量比例换算是指由于A/D、D/A转换之间的对应关系，s7-200 CPU内部用数值表示外部的模拟量信号，两者之间有一定的数学关系，即模拟量/数值量的换算关系）。

系统从模拟量模块中地址为AIWl0的通道输入模拟量。为了增强输入模拟量的稳定性，模拟量采集程序采用求多次采样值的平均值方法;而为了减少CPU的扫描时间，程序中的除法采用移位除法（用采样次数的2的次方表示，如128次为2的8次方）。

2、触摸屏的触控功能

当触摸屏上的按钮被按下时，触摸屏会给PLC发送按钮位置坐标（触摸屏中表示位置坐标的数据块为“AA 73按钮的坐标CC 33 C3 3C”），PLC收到数据后判断按钮的位置坐标是否正确，如果正确，则执行显示曲线、显示实时参数、控制执行机构等指令。

3、通信的相关程序

PLC的编程方法因程序设计人员的思维习惯不同而有很大差异，常用的编程方法有梯形图编程和语句表编程2种。梯形图接近继电器控制的表达形式，语句表则类似于计算机汇编语言，这2种编程方式均实时反映出继电器控制的思想M1。本文采用语句表的编程方法编写了触摸屏和PLC通信及触摸屏触控（触摸屏给PLC发送指令，通过PLC控制执行机构）的程序，

四、用户界面

用户界面的设计和实现分为以下2个步骤。

①设计触摸屏的显示界面设计和触摸屏HMI物理分配率相同的用户界面，并下载到HMI终端（用户界面可以用任意画图软件进行绘制）。

②制作触摸屏按钮，按照工艺要求设计好的用户界面有很多按钮，当触摸屏按钮被按下时，触摸屏会给PLC发一个位置坐标（格式为从73坐标CC 33 C3 3C），使其根据坐标的正确性来执行相应的指令。如按钮“温度曲线”，它的有效区域是右上角和左下角这2个点坐标的组合（蜀K，x。yI），其中y0为“温度曲线”右上角坐标，五yl为“温度曲线”左下角坐标。当“温度曲线”按钮被按下时，触摸屏就给PIE发送相应的坐标指令，PLC收到坐标（x，y）后进行判断，若Xo≤x≤五且y0≤l，≤y1，则PLC给触摸屏发送显示温度曲线的指令，触摸屏上就会显示的实时温度曲线。同理，可以进行PID参数的设置。

五、遇到的问题及解决方法

在系统设计过程中，会遇到以下几类问题。

通信接口不匹配，即PIE上CPU的接口为RS一485，触摸屏接口为RS-232。解决办法是购买RS一485/RS-232转换器，或自己设计一个转换电路;$7-200 CPU通信端口为RS.485半双工通信口，发送和接收指令不能同时处于激活状态。解决办法是通过软件设计实现，把接收信息控制字SMB87设置为16#9C，当在设定时间内PLC没有接收到信息时，则接收指令RCV停止接收;PLC和触摸屏的通信波特率必须保持一致，本系统的通信波特率为1 15 200 bit/s。

六、结语

综上所述，可知PLC结构简单，功能多样，而且通行性极高，作为一种现阶段使用非常广泛的新型控制元件，其优势除了上述几点外，还具备超强的抗干扰能力，以使系统更加的安全稳定，而触摸屏是一种先进的人机界面，两者相结合已经成为工业发展的主流。本文是笔者多年经验的总结，仅供参考。

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