摘 要： 為了使PLC的應(yīng)用更加靈活并實(shí)現(xiàn)可視化， 對(duì)PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。分別采用S7-200 CPU224XP 和迪文觸摸屏作為系統(tǒng)的控制器和人機(jī)界面， 采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力信號(hào)， 控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。詳細(xì)闡述了觸摸屏界面的制作方法、PLC程序的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。考慮到西門(mén)子PLC和迪文觸摸屏之間不能進(jìn)行直接通信， 在分析了迪文觸摸屏的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)傳送方式的基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì)了無(wú)源RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換電路。系統(tǒng)已投入運(yùn)行， 其運(yùn)行效果良好。

　　0 引言

　　隨著科技的飛速發(fā)展， 越來(lái)越多的機(jī)器與現(xiàn)場(chǎng)操作都趨向于使用人機(jī)界面， 而PLC 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(jiǎn)便的人機(jī)界面。觸摸屏的出現(xiàn)無(wú)疑是21世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)巨大革新。觸摸屏和PLC的組合使用已經(jīng)成為主導(dǎo)形式。

　　PLC是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(tái)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(dòng)態(tài)曲線(xiàn)的形式描述系統(tǒng)的控制過(guò)程； 擴(kuò)展了PLC的功能， 減少了按鈕、開(kāi)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(chǎng)的電動(dòng)閥、電磁閥、電動(dòng)機(jī)和溫度控制器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。S7-200通過(guò)模擬量輸入模塊和溫度、壓力傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度和壓力信號(hào)， 信號(hào)通過(guò)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(shí)時(shí)的溫度值、壓力值、溫度曲線(xiàn)、壓力曲線(xiàn)和PID曲線(xiàn)； 且PID參數(shù)可以通過(guò)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(chǎng)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(gè)RS-485 /RS-232轉(zhuǎn)換線(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)組成框圖

　　2 PLC和觸摸屏的通信

　　計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)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(shí)， 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議完全由用戶(hù)程序決定， 所有的通信任務(wù)都要由用戶(hù)編程完成。通過(guò)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(guò)特殊寄存器SMB30, 可以對(duì)校驗(yàn)的選擇、每個(gè)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(jì)時(shí)需要制做一個(gè)RS-485 /RS-232的通信線(xiàn)。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(shí)處于激活狀態(tài)， 此時(shí)，可以通過(guò)控制特殊寄存器SMB87來(lái)控制RCV （接收） , 當(dāng)在指定時(shí)間內(nèi)PLC沒(méi)有收到信息時(shí)， 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(gè)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)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(duì)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?yàn)橄滦校═x）時(shí)， 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?yàn)樯闲校≧x）時(shí)，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(guò)程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)交換過(guò)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(shí)際值的過(guò)程中（以溫度為例），溫度傳感器采集到的模擬信號(hào)通過(guò)PLC模擬量輸入模塊變成數(shù)字信號(hào)傳到PLC 的存儲(chǔ)器， 再根據(jù)傳感器的量程等實(shí)際情況把數(shù)字信號(hào)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(duì)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(hào)， 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(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）。

　　3.2 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(xiàn)、顯示實(shí)時(shí)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(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(yǔ)句表編程2種。梯形圖接近繼電器控制的表達(dá)形式， 語(yǔ)句表則類(lèi)似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言， 這2種編程方式均實(shí)時(shí)反映出繼電器控制的思想。本文采用語(yǔ)句表的編程方法編寫(xiě)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(guò)PLC控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的程序，其程序如下。

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　　網(wǎng)絡(luò)1: 程序初始化。

　　網(wǎng)絡(luò)2: 接收觸摸屏發(fā)來(lái)的指令。

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