乒乓球智能捡球机触摸屏人机界面设计*

王治国，夏春风

0 前言

在乒乓球集训中，一般利用发球机快速发球来锻炼运动员的接球，但球发出去后，无法自动收回。至今许多乒乓球训练场馆内仍采用人工捡球，这样不仅占用时间而且消耗体力，造成效率低、工作量大等弊端[1]。触摸屏与PLC组合是现代工业控制中的一种新方法。本文根据乒乓球运动特性和捡球控制要求，借助三菱FX3U型PLC和威纶TK6070iP触摸屏的组合来实现乒乓球的智能捡球控制，以训练时方便、轻松地捡起乒乓球，提升乒乓球运动乐趣。三菱PLC与威纶触摸屏的组合，不仅能够解决PLC人机交互功能较差的问题，还且能够减少开关、仪表等数量[2]，在节省捡球机空间与安装尺寸的同时，使操作更加快捷方便。

1 触摸屏概述

随着科技的发展，人机操作界面广泛地应用于各种机器的操作中。触摸屏技术凭借它直观、操作简单等优点，除赋予了使用者更加直接、便捷的操作之外，还增加了人机直接互动的亲切感，引发了消费者的热烈追捧[3]。触摸屏是“人”与“机”相互交流信息的窗口，使用者只要用手指轻轻地触碰屏幕上的图形或文字符号，就能实现对机器的控制和信息显示[4]。触摸屏一改传统控制中的键盘操作，替代了传统控制的显示器以及控制台，将检测装置上接受的触摸信息转换成触点坐标送到CPU运算处理后，再接受CPU发回的指令信号，并执行相应动作[5]，是一个集信息显示、处理、通信和控制于一体的综合信息系统[6]。触摸屏与PLC配套使用，可实现PLC功能的扩展，提升PLC的可视化和灵活性，且能够减少开关、按钮的使用，使整个控制更加形象、直观、简单、方便。

本文使用的TK6070iP触摸屏是威纶触摸屏TK系列的一种，是一款经济型TK系列主机，其具有7寸65536色TFT真彩，分辨率为800×480，COM口通讯支持RS232，RS485，RS422通讯，可替代TK6070iH、MT6070iH和MT6056iV等老款人机界面。威纶TK6070iP凝聚了威纶科技多年来国际市场积累的成功经验，其产品轻巧、简便，价格优惠，品质保证，与PLC配合能够发挥出最佳的效果。

TK6070iP触摸屏使用的组态软件是EB8000 Project Manager软件(简称EB8000)，其是威纶科技公司开发的人机界面软件，是一种用图标代替文本创建应用程序的图形化编程语言，且带有中文操作界面，所以该组态软件简单易学而又功能强大，使用户能以最快的速度掌握其设计方法，并设计出一流的作品。

2 触摸屏人机界面设计

2.1 触摸屏人机界面功能要求

根据乒乓球智能捡球机的控制要求，结合PLC程序的输入输出点分配表，触摸屏人机界面软元件设计表如表1所示。

表1 触摸屏人机界面软元件设计表

表1中，启动按钮用于控制启动，按下时执行PLC程序且捡球机开始工作，此时工作指示灯Y2亮起；停止按钮用于控制停止，按下时捡球机停止工作；当实际球数D1值等于设置球数D0值时，蜂鸣器Y1报警，提示人取走捡拾的乒乓球，然后按清零按钮对捡球机进行清零，为下一次捡球作好准备。

2.2 触摸屏系统参数设置

触摸屏人机界面设计时，除使用威纶TK6070iP触摸屏外，还需选用组态软件EB8000。设计时，需对触摸屏程序进行系统参数设置，其具体操作步骤如下。

（1）新建文件：双击EB8000软件，在出现的界面点击EasyBuilder8000，在文件菜单中选择“新建文件”，然后触摸屏型号选择“TK6070iP（800*480）”，显示模式选择“水平”，点确定后进入“系统参数设置”界面。

（2）系统参数设置：在“系统参数设置”界面点击“新增”，选择配套的PLC类型为“FX3U/FX3G”，接口类型为“RS-485 4W”，COM口设置与计算机主机连接口一致为“C0M2”，PLC预设站号为“0”，然后点确定，出现图1所示的系统参数设置界面，最后点击确定，完成PLC和触摸屏参数设置。

图1 系统参数设置界面图

2.3 触摸屏人机界面设计

完成系统参数设置后，根据表1所示，进行触摸屏人机操作界面设计。触摸屏人机操作界面设计包括文字、按钮、指示灯、球数设置等，设计详细过程如下。

（1）触摸屏操作界面文字设计

为便于观看和显示，先对乒乓球智能捡球机触摸屏操作界面进行文字设计，其详细地设计步骤为：点击“文字”，在出现的“文字”界面中按美学和喜好设置相应的字体、颜色和文字内容，并将其按功能放在适当的位置。触摸屏操作界面文字设计主要有机器名称、按钮名称、指示灯名称和球数设置名称等。其中机器名称“乒乓球智能捡球机”文字字体选“华文楷体”、颜色选“黑色”、尺寸选“64”、对齐选“左对齐”；按钮名称有启动、停止和清零；指示灯名称有工作和报警；所有按钮和指示灯文字字体选“华文楷体”、颜色选“白色”、尺寸选“25”、对齐选“左对齐”。“设置球数”和“实际球数”文字字体选“华文楷体”、颜色选“蓝色”、尺寸选“30”、对齐选“左对齐”。

（2）触摸屏操作界面按钮设计

乒乓球智能捡球机触摸屏操作界面要设计的按钮有启动、停止和清零按钮，其详细地设计步骤如下。

1）操作界面启动按钮设计

操作界面启动按钮设计步骤为：点击“位状态设置”，出现“新增位状态设置元件”界面，在出现的界面中选“一般属性”界面，并将PLC名称选择“FX3U”、地址选择“X0”、开关类型选择“切换开关”；在“图片”界面中点击图库，在向量图库中点击“Button”，选择一个适合的按钮类型点击确定，再将按钮状态“0”的背景色选为绿色，按钮状态“1”的背景色选为红色；点击确定，将出现的光标放到“启动”文字上方。

2）操作界面停止和复位按钮设计

操作界面停止和复位按钮设计步骤为：复制已设置好的启动按钮，分别在“停止”和“清零”文字上方各粘贴一下，再分别双击粘贴的启动按钮，在“一般属性”界面中分别将地址修改为“X1”和“X3”；在“图片”界面中将“停止”按钮状态“0”的背景色修改为红色，按钮状态“1”的背景色修改为绿色；将“清零”按钮状态“0”的背景色修改为浅黄色，按钮状态“1”的背景色修改为兰紫色；其余参数设置均不变。

（3）触摸屏操作界面指示灯设计

乒乓球智能捡球机触摸屏操作界面要设计的指示灯有报警和工作指示灯。其详细地设计步骤如下。

1）触摸屏操作界面报警指示灯设计

触摸屏操作界面报警指示灯设计步骤为：点击“位状态指示灯”，出现“新增位状态指示灯元件”界面，在出现的界面中选“一般属性”界面，将PLC名称选择“FX3U”、地址选“Y1”；在“图片”界面中点击图库，在向量图库中点击“System Lamp”，选择一个适合的指示灯类型点击确定；再将指示灯状态“0”的背景色选为红色，按钮状态“1”的背景色选为蓝色；点击确定，将出现的光标放到“报警”文字上方。

2）触摸屏操作界面工作指示灯设计

触摸屏操作界面工作指示灯设计步骤为：复制已设置好的报警指示灯，在“工作”文字上方粘贴一下，再双击粘贴的报警指示灯，在“一般属性”界面中将地址修改为“Y2”；在“图片”界面中将指示灯状态“0”的背景色修改为绿色，状态“1”的背景色修改为蓝色；其余参数设置均不变。

（4）触摸屏操作界面球数设置设计

为便于观看、显示和计数乒乓球，乒乓球智能捡球机触摸屏操作界面要设计设置球数和实际球数，其详细地设计步骤如下。

1）触摸屏操作界面设置球数设计

触摸屏操作界面设置球数设计步骤为：点击“数值”，出现“新增数值元件”界面，在出现的界面中选“一般属性”界面，将PLC名称选择“FX3U”、地址选“D0”；在“数值输入”界面中模式选“触控”，键盘选“使用弹出键盘”；在“数值格式”界面中显示资料格式选“16-bit Un⁃signed”，数字位数选小数点以上“3”位；在“图片”界面中点击图库，在向量图库中点击“Sys⁃tem Frame”，选择一个适合的数值元件类型；在“字体”界面中，字体选“Arial”，尺寸选“120”，颜色选“红色”，对齐选“置中对齐”，点击确定，将出现的光标放到“设置球数”文字处。

2）触摸屏操作界面实际球数设计

触摸屏操作界面实际球数设计步骤为：复制已设置好的设置球数数值，在“实际球数”文字处粘贴一下，再双击粘贴的设置球数数值，在“一般属性”界面中将地址修改为“D1”；其余参数设置均不变。

通过EB8000组态软件设计好的乒乓球智能捡球机触摸屏人机操作界面如图2所示，下载到实际的触摸屏中显示的操作界面如图3所示。

图2 设计的触摸屏操作界面图

3 触摸屏人机界面操作系统的调试

触摸屏人机界面设计完毕后，先模拟调试再进行实物调试。实物调试时，先连接并安装好捡球机，打开捡球机上的触摸屏和PLC控制开关及设计好的触摸屏人机界面程序；然后点击程序“工具”中的“编译”，点击“开始编译”，编译成功后关闭编译界面；接着点击“工具”中的“下载”，选择“USB下载”，点击“下载”，触摸屏人机界面程序下载完成后，触摸屏界面上就出现图3所示的界面，最后关闭下载界面。

图3 下载后的触摸屏操作界面图

打开电脑上安装的三菱PLC编程软件GX De⁃veloper 8.6，将事先编写好的PLC程序下载到PLC设备中，进行PLC程序和触摸屏程序的联合调试。调试时，先触点触摸屏“设置球数”，任意设置一定量的球数；然后再手按“启动”按钮，推动捡球机去捡球，同时PLC程序工作，计数传感器X2计数并将数值反馈给“实际球数”，当“实际球数”值等于“设置球数”值时，捡球机蜂鸣器报警，提醒人将捡拾的乒乓球移走；接着按“停止”按钮，捡球机停止工作；最后按“清零”按钮，对捡球机进行清零，为下一次捡球作好准备。

若在调试过程中，触摸屏人机界面不能够正常运行，可能存在以下问题。

（1）在操作界面设计时，通过EB8000软件设置的系统参数与PLC本身设置的参数不相同或接线方式不对，导致PLC与触摸屏不能够正常通讯。解决方法是认真检查、重新正确设置参数或正确接线就行。

（2）在操作界面设计时，设计参数显示元件的设备地址与PLC存储该参数的地址不相同。解决方法是先搞清楚PLC程序各参数的存储地址，再正确设置相应参数显示元件的设备地址。

4 结束语

将威纶触摸屏与三菱PLC有机结合用来控制乒乓球智能捡球机，此简化了捡球机的可操作性，还节省了捡球机的开关数量，减少了PLC的外部接线，提高了捡球机的可靠性和灵活性，使捡球机更具有广阔的应用前景。触摸屏触控操作简单、便捷、人性化，通过组态软件修改触摸屏人机界面，该方案就可移植到其他系统中，具有一定的推广应用价值。

参考文献：

［1］夏春风，朱文伟，高卫群，等.乒乓球捡球机电气控制线路设计［J］.机电工程技术，2016，45（9）：36-38，77.

［2］李腾飞.PLC和触摸屏组合控制系统应用［J］.无线互联科技，2016（l）：62-63.

［3］杨保亮，王庆阁.触摸式无线点餐终端系统的设计［J］.重庆文理学院学报：自然科学版，2012，31（1）：76-79.

［4］黄冬泳.触摸屏与PLC实现电动机正反转控制设计［J］.技术与市场，2016（5）：116，118.

［5］张宝珍，张方方，樊军庆.卸胶工序PLC电气操控系统的触摸屏设计［J］.装备制造技术，2016（8）：103-107.

［6］王玉琳，王运，刘光复.汽车动力转向油泵试验台触摸屏人-机界面设计［J］.机床与液压，2013，41（4）：1-5.