ＰＬＣ和触摸屏组合控制系统的应用吕品ＰＬＣ和触摸屏组合控制系统的应用ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＣｏｍｐｏｓｅｄｏｆＰＬＣａｎｄＴｏｕｃｈＳｃｒｅｅｎｏ留６口劈（内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头０１４０１０）摘要：为了使ＰＬＣ的应用更加灵活并实现可视化，对ＰＬＣ和触摸屏组合控制系统进行了研究。分别采用￥７－２００ＣＰＵ２２４ＸＰ和迪文触摸屏作为系统的控制器和人机界面，采集现场的温度、压力信号。控制现场的执行机构。详细阐述了触摸屏界面的制作方法、ＰＬＣ程序的设计方法及设计过程中遇到的问题。考虑到西门子ＰＬＣ和迪文触摸屏之间不能进行直接通信，在分析了迪文触摸屏的数据帧结构及数据传送方式的基础上，设计了无源ＲＳ－４８５／ＲＳ－２３２转换电路。系统已投入运行，其运行效果良好。关键词：ＰＬＣ触摸屏程序模拟量自由口通信温度曲线中图分类号：ＴＰ２７３Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏ文献标志码：ＡｍａｋｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＬＣｍｏｒｅｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｉｎｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄＰＩＥａｎｄｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ８，８ｓｃｒｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅ－ｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｂｙａｄｏｐｔｉｎｇ￥７－２００ＣＰＵ２２４ＸＰ鹅ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ａｎｄＤｉｗｅｎｔｏｕｃｈｓｉｇｎａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｍａｎｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ。ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｃｒｅｅｎａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅａ托ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｓａｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｏｄ．Ｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｔｏｕｃｈａｒｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ．ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆＰＬＣｃｏｍｍｕｎｉ－ｐｒｏｇｒａｍａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｃａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ＩｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔａｒｃＳｉｅｍｅｎｓ’ＰＩＥｃａｎｎｏｔｗｉｔｈＤｉｗｅｎｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎｄｉｒｅｃｔｌｙ。ｔｈｅｄａｔａｆｒａｍｅａｎｄｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｏｆＤｉｗｅｎｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎｓｙｓｔｅｍａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｔｈｅｐａｓｓｉｖｅＲＳ一４８５／ＲＳ－２３２ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｈａｓｂｅｅｎＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣＴｏｕｃｈ∞ｒｅｅｎＰｒｏｇｒａｍｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｈａｓｂｅｅｎｐｏｒｔｐｕｔｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ．ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｕｒｖｅＡｎａｌｏｇｖａｒｉａｂｌｅＦｒｅｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ０引言随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，而ＰＩＥ控制器强大的功能及复杂的数据处理也要求有一种功能与之匹配而操作简便的人机界面。触摸屏的出现无疑是２ｌ世纪自动化领域的一个巨大革新…。触摸屏和ＰＬＣ的组合使用已经成为主导形式。ＰＩ系统控制现场的电动阀、电磁阀、电动机和温度控制器等执行机构。￥７－２００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。控制系统的组成如图１所示。Ｅ是一种结构简单、通用性好、功能较完备的新型控制元件，其主要优点是抗干扰能力强，可以提高系统的可靠性和稳定性以及生产效率，特别适用于工业控制旧１。触摸屏是一种连接人和机器的人机界面，它代替了原始的控制台和显示器，可用于数据显示和参数设置，并且可以用动态曲线的形式描述系统的控制过程；扩展了ＰＬＣ的功能，减少了按钮、开关、仪表等仪器的使用。ｌｌ触摸屏ｌｌ８ｓ７．２００ＰＬＣＣＰＵ２２４数字量模块ＥＭ２２３ＣＮ模拟量模块ＥＭ２３５ＣＮｌ系统的组成本系统采用ＳｉｅｍｅｎｓＳ７－２００和迪文触摸屏组成的Ｆｉｇ．１图１控制系统组成框图Ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ内蒙古科技厅攻关计划项目（编号：２００８１５０４）。修改稿收到日期：２０１０一０３一１５。作者吕品，男，１９８５年生，现为内蒙古科技大学控制理论与控制工程专业在读硕士研究生；主要从事过程控制的研究。２ＰＬＣ和触摸屏的通信计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送４５《自动化仪表》第３１卷第８期２０１０年８月万方数据ＰＬＣ和触摸屏组合控制系统的应用吕品可以采用串行通信和并行通信２种方式旧Ｊ。￥７－２００系列ＰＬＣ的通信分３种工作方式：ＰＰＩ通信方式、自由口通信方式和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ．ＤＰ通信方式Ｈ１，本系统采用的是自由口通信方式。２．１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，ｓ７－２００ＣＰＵ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¨１）。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）。３．２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“ＡＡＰＬＣ的自由口通信当Ｓ７．２００系列ＰＬＣ使用自由口通信时，数据传输协议完全由用户程序决定，所有的通信任务都要由用户编程完成。通过自由口方式，Ｓ７－２００可以与串行打印机、条码阅读器、触摸屏进行通信，其波特率范围为１２００—１１５２００ｂｉｔ／ｓ（可调整）。自由口通信的核心是ＸＭＴ（发送）和ＲＣＶ（接收）这２条指令以及相应的特殊寄存器控制。本系统的自由口通信使用的是自由口０，ｓ７枷ＣＰＵ使用ＳＭＢ３０定义自由口０的工作模式。通过特殊寄存器ＳＭＢ３０，可以对校验的选择、每个字符的数据位、自由口的波特率和协议选择进行设置。Ｓ７－２００７３按钮的坐标ＣＣ３３Ｃ３３Ｃ”），ＰＬＣ收到数据后ＣＰＵ上的自由口接口为ＲＳ．４８５，触摸屏的接口为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。３．３通信的相关程序ＲＳ－２３２，设计时需要制做一个ＲＳ．４８５／ＲＳ－２３２的通信线。而￥７－２００ＣＰＵ的通信口ＲＳ．４８５为半双工通信口，发送和接收指令不能同时处于激活状态，此时，可以通过控制特殊寄存器ＳＭＢ８７来控制ＲＣＶ（接收），当在指定时间内ＰＬＣ没有收到信息时，ＲＣＶ指令将停止接收。２．２触摸屏的数据传送方式迪文触摸屏的串口数据帧结构由帧头、指令、数据以及帧尾结束符这４个数据块组成。帧头固定为０ＸＡＡ，而指令参考迪文指令集，数据最多为２４９Ｂ，帧尾结束符固定为ＯＸＣＣ、０Ｘ３３、ＯＸＣ３、０Ｘ３Ｃ。其中，ＯＸ代表１６进制数。迪文触摸屏所有指令或数据都是１６进制（ＨＥＸ）格式，对于字型（２字节）数据，字节传送顺序采用高字节先传送（ＭＳＢ）的方式。传送方向为下行（Ｔｘ）时，ＰＬＣ发送数据给触摸屏，数据从触摸屏串行接口的“Ｄ；。引脚”输入；传送方向为上行（Ｒｘ）时，触摸屏发送数据给ＰＬＣ，数据从触摸屏串行接口的“Ｄ。引脚”输出。触摸屏与ＰＬＣ串口数据交换交换过程如图２所示。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，其程序如下。①主程序编程网络１：程序初始化ＬＤＭＯＶＢＭＯＶＢＭＯＶＢＭＯＶＢＭＯＶＢＭＯＶＢＡＴＣＨＥＮＩＳＭ０．１１６＃１９，ＳＭＢ３０１６＃９Ｃ，ＳＭＢ８７１６＃３Ｃ，ＳＭＢ８９０，ＳＭＢ９０１，ＳＭＢ９２１００，ＳＭＢ９４ＩＮＴ０，２３图２数据交换过程示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｄａｔａｅｘｃｈａｎｇｅｐｒｏｃｅｓｓ网络２：接收触摸屏发来的指令ＬＤＲＣＶＳＭＯ：ＯＶＢｌ２０，０３典型的ＰＬＣ程序３．１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４６ＰＲｏＣＥＳＳ②中断程序网络ｌ：如果按下“启动”按钮，则发给ＰＬＣ控制指令控制执行机构ＬＤＷ＞＝ＶＷｌ２３．３０ＡＷ＜＝ＶＷｌ２３．２２８ＶｏＬ３１Ｎｏ．８Ａｕｇｕｓｔ２０１０ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ万方数据ＡＷ＞＝ｖＷｌ２５．１１４ＡＷ＜＝ＶＷｌ２５．３２４Ｕ）ｓＸＭＴＶＢ２０．Ｏ、ＡＥＮＯＦＩＬＬ０，ＶＷｌ２０，１０ＡＥＮＯＳＭＯ．１．１Ｕ）ＰＣＲＥ，ｎ网络２：如果按下“返回”按钮，界面切到首页ＬＤＷ＞＝ＶＷｌ２３．４０ＡＷ＜＝ＶＷｌ２３．１５７ＡＷ＞＝ＶＷｌ２５．３８３ＡＷ＜＝ＶＷ屹５．４３２Ｕ垮ＸＭＴＶＢ３０．０ＡＥＮＯＦＩＬＬ０，ＶＷｌ２０，１０ＡＥＮＯＲＭＯ．１．１Ｕ）ＰＣＲＥ．ｒＩ③数据块ＶＢ２０７ＶＢ２ｌ１６＃ＡＡＶＢ２２１６婀０ＶＢ２３１６＃１ＶＢ２４１６静ＣＣＶＢ２５１６＃３３ＶＢ２６１６＃Ｃ３ＶＢ２７１６＃３ＣＶＢ３０７ＶＢ３１１６＃ＡＡＶＢ３２１６婀ＯＶＢ３３１６加ＶＢ３４１６＃ＣＣＶＢ３５１６＃３３ＶＢ３６１６＃Ｃ３ＶＢ３７１６们Ｃ４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《自动化仪表》第３ｌ卷第８期２０１０年８月万方数据ＰＬＣ和触摸屏组合控制系统的应用吕品行绘制）。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ＣＣ３３Ｃ３３Ｃ），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），其中矗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，触摸屏上就会显示如图３所示的实时温度曲线。同理，可以进行ＰＩＤ参数的设置。图３实时温度曲线Ｆｉｇ．３Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｕｒｖｅ５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。①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。②￥７－２００ＣＰＵ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。③ＰＬＣ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１１５２００ｂｉｔ／ｓ。６结束语触摸屏和ＰＬＣ组合系统的研究既利用了ＰＬＣ强大的控制功能，又发挥了触摸屏友好的人机交互、灵活、可靠的优点，大大减少了操纵台上的开关数量，省去了复杂的电气接线，使操作人性化。操作人员可以直接通过触摸屏的按钮来控制系统的运行，简化了操（下转第５ｌ页）４７输煤程控系统与筒仓安全监控系统的整合杨丽娟送的数据是送给输煤系统ＰＬＣ的。配置完毕后，在输煤程控系统中收集筒仓安全监测系统输入信号的变化、报警信息，并立即在惰化系统中进行相应处理，同样，惰化系统中设备运行的状态也能够及时采集，从而对卸煤流程作出修整。２．３软件控制内容为确保输煤程控系统安全可靠地运行，筒仓安全监测系统对筒仓进行实时的数据监测。在没有故障报警联锁条件时，输煤程控系统才能够对筒仓进行储煤和卸煤操作ｐ１。同时，输煤程控系统与筒仓安全防爆惰化系统之间保持着密切的数据通信，一旦发生险情，安全防爆惰化系统将及时投入工作。由此各系统之间必须进行以下数据交换。①当筒仓安全监测系统监测到筒仓内的温度值偏高时，输煤程控系统优先卸掉该筒仓的存煤。②当筒仓安全监测系统监测到筒仓内的温度值超过６０℃时，进行一级报警，输煤程控系统发送报警信号至安全防爆惰化系统，并打开相应氮气控制阀门充入氮气；当温度值超过７０～８０℃时，进行二级报警，打开所有氮气控制阀门充入氮气，以起到降温的作用，同时将筒仓内的ＣＯ、０：置换掉，起到惰化系统的作用。③为防止存煤时间太长，输煤程控系统轮流均衡使用各个筒仓，遵循先进先出原则。在输煤程控系统中对筒仓卸煤进行记录，若５天筒仓未出煤，进行低级报警；１０天未出煤，进行高级报警；１５天未出煤，进行高高级报警。报警信号被送入惰化系统，依据不同的报警级别，惰化系统作出相应的处理。④惰化系统在控制伸缩机工作，使通气管道接近煤层的同时，发送运行状态信号至输煤程控系统，禁止对该筒仓进行卸煤。须及时通知惰化系统启动冲人氮气，并打开对应筒仓顶部风机或除尘器使其通风，在没有故障报警时，输煤程控系统方可进行操作。⑥筒仓安全监测系统监测到筒仓内ＣＯ浓度高于３．２％时进行一级报警；当高于５．１２％时进行二级报警，输煤程控系统通知惰化系统启动，冲入氮气进行保护，防止因ＣＯ含量过高引起爆炸，同时启动警铃报警。⑦每个筒仓顶部设有烟雾浓度检测，筒仓安全监测系统发出报警并确认着火时，安全防爆惰化系统启动，注入大量惰性气体，消灭火源；输煤程控系统停止储煤，紧急卸煤，并在筒仓煤出口处对煤流喷水降温，确保卸煤皮带和其他设备的安全。３结束语大直径筒仓形式的封闭煤场是火力发电厂储煤的发展方向，这一方案在江苏利港电厂三期工程中得到很好的实施。筒仓安全监测及防爆系统投运至今，经历了几次高温、雨季的考验。安全运行已达４年，具有较好的实用性和稳定性，为输煤程控系统的安全运行提供了强有力的保障。参考文献［１］周留才．超大型筒仓的发展及其在火电厂的应用概况［Ｊ］．电力建设。１９９９（５）：４３．［２］郭湛，包平，宋存义．火电厂贮煤筒仓安全监测系统的研究与设计［Ｊ］．微计算机信息，２００６（７）：１３９—１４０．［３］张百练，宋存义．储煤筒仓系统爆炸危险因素分析［Ｊ］．工业安全与环保，２００５，３１（８）：２９—３０．［４］梁树杰，李郁峰，李元宗．电厂筒仓安全防爆控制系统的研制［Ｊ］．太原理Ｔ大学学报：自然科学版，２００５，３６（２）：１９７—１９９．【５］郎毅翔，张学军，王巍然，等．筒仓安全管理措施［Ｊ］．煤矿机械，２０００（１２）：５４—５５．［６］李杰，董仰宗，董杰．可编程序控制器在电厂输煤系统中的应用［Ｊ］．山西电力技术，１９９９（２）：４２—４４．［７］张鹏．基于ＧＥ．ＰＬＣ控制的电厂输煤程控系统［Ｊ］．工程技术，２００８（１６）．⑤可燃气体的测量范围为０～１００ＬＥＬ％，其中２５ＬＥＬ％为初报警，４０ＬＥＬ％为高报警。确认筒仓安全监测系统没有误报而浓度偏高时，输煤程控系统必（上接第４７页）作难度，且通过运行曲线可以更直观地掌握系统的运行状态。系统具有实时显示被控系统的参数值、显示曲线、控制、报警、记录及设置参数等功能，实现了ＰＬＣ的可视化功能。ＰＬＣ和触摸屏的组合使用是工控领域的发展趋势。参考文献［１］刘文生．ＰＬＣ与触摸屏的综合应用［Ｊ］．辽宁师专学报：自然科学版，２００９，１１（Ｉ）：８７－８８．［２］常宏杰，固宏军，杨宜平，等．基于ＰＩＥ的石英晶体真空退火炉控制系统设计［Ｊ］．河北工业科技，２００９，２６（４）：２４９—２５２．［３］韩志超，桑斌修．ＰＬＣ与触摸屏通讯的实现和应用［Ｊ］．国内外机电一体化技术，２００６。９（３）：５３—５５．［４］俞洁，李旭芳．西门子５７－２００系列ＰＩＥ通讯功能与应用［Ｊ］．机械工业自动化，１９９９，２１（１）：５６—５８．［５］张侃谕。余玲文．基于５７－２２４的自动化温室控制系统设计［Ｊ］．自动化仪表，２００９，３０（２）：３６—３８．［６］郭世钢．ＰＩＥ的人机接口与编程［Ｊ］．微计算机信息，２００６（１９）：４２—４４．［７］彭彦卿．人机界面的开发与应用［Ｊ］．鹭江职业大学学报：自然科学版，２００４（４）：８２—８５．５１《自动化仪表》第３ｌ卷第８期２０１０年８月万方数据
