1、引言

目前國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作設(shè)備基本都是采用人工在線操作和巡查，存在著成本高，效率低，且安全隱患大等明顯缺點(diǎn)。針對(duì)國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀和迫切需求，開發(fā)出了一套基于嵌入式系統(tǒng)的PLC觸摸屏控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作設(shè)備的在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，降低了人工成本和安全隱患，提高了操作效率和生產(chǎn)效益。本系統(tǒng)中觸摸屏起到了實(shí)時(shí)顯示和在線控制的雙重功能，一套系統(tǒng)既可完成對(duì)設(shè)備監(jiān)測(cè)和控制的雙任務(wù)。

2、系統(tǒng)主體框架

本系統(tǒng)主要由嵌入式系統(tǒng)和觸摸屏2部分組成，通過觸摸屏控制連接的PLC，如圖1所示。

圖1PLC觸摸屏控制系統(tǒng)

1）嵌入式系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括通信接口的控制，顯示接口的控制，硬件底層驅(qū)動(dòng)等。

2）觸摸屏顯示用于對(duì)從屬操作設(shè)備的狀態(tài)顯示和遠(yuǎn)程控制，其顯示界面是通過組態(tài)軟件的動(dòng)態(tài)顯示來實(shí)現(xiàn)的，界面簡(jiǎn)潔直觀，十分便于操作。

PLC觸摸屏控制系統(tǒng)可以劃分為硬件部分和軟件部分。硬件部分主要包括嵌入式處理器、電源模塊、RS485接口、觸摸屏接口電路、USB接口電路、串口通信模塊以及觸摸屏和PLC。軟件部分主要包括程序開發(fā)工具、程序仿真調(diào)試軟件以及程序設(shè)計(jì)。

3、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3．1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2PLC觸摸屏控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)處理器采用三星公司的S3C2416芯片，是由ARM公司設(shè)計(jì)的16位／32位ARM９26ＥJ精簡(jiǎn)指令集處理器，內(nèi)核性能極佳，且提供完整的常用系統(tǒng)外圍集，使總體系統(tǒng)開支最小化，省去配置額外元件，外設(shè)豐富，最高主頻可達(dá)533M，并帶有4種電源控制模式，具有低功耗，高性能，反應(yīng)速度快的特點(diǎn)，非常適合手持設(shè)備。

3．2、觸摸屏顯示部分

本系統(tǒng)顯示部分選用7寸觸摸屏顯示，顯示界面利用MCGS組態(tài)軟件的動(dòng)態(tài)顯示，組態(tài)軟件使用之前需要進(jìn)行BｏｏｔLｏDｅR的設(shè)置，指定系統(tǒng)的硬件配置以及設(shè)置一些通信參數(shù)，包括觸摸屏型號(hào)，PLC型號(hào)，指定系統(tǒng)讀區(qū)與寫區(qū)，觸摸屏MPI地址和傳輸?shù)膸L(zhǎng)度。

3．3、通信方式

通信方式采用RS485串口通信，該通信方式具有抗干擾能力強(qiáng)和傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，最大通信距離可達(dá)1200M，非常適合工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。

4、系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境

4．1、基于ADS的程序編寫與調(diào)試

本系統(tǒng)的軟件程序編寫是在ADS軟件下進(jìn)行的。ADS（ARMDｅｖｅLｏPｅRSUIｔｅ），是由MｅｔRｏWｅRｋS公司開發(fā)，ARM處理器下最主要的開發(fā)工具，也是目前最成熟的ARM開發(fā)工具。

4．2、基于AXD的程序調(diào)試

ADS軟件帶有在線調(diào)試功能。程序調(diào)試需要用到ADS軟件下的AＸD工具，并且需要使用H－JｔAG來調(diào)試實(shí)驗(yàn)板，在使用H－JｔAG之前需要添加它的配置文件，完成上述步驟后打開代理調(diào)試軟件H－JｔAGSｅRｖｅR，選擇CPU，既可成功連接到實(shí)驗(yàn)板，從實(shí)驗(yàn)板上看到程序的運(yùn)行現(xiàn)象，并根據(jù)現(xiàn)象驗(yàn)證和修改程序，直到程序符合設(shè)計(jì)要求。

5、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行流程實(shí)現(xiàn)

完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試之后，將各模塊組合，進(jìn)行整機(jī)功能測(cè)試，完成之后既可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

5．1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)路線流程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)路線流程，如圖3所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照自頂向下，模塊化劃分的原則，便于統(tǒng)籌全局和功能調(diào)試。

圖3系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)路線流程

5．2、系統(tǒng)運(yùn)行流程

系統(tǒng)運(yùn)行流程，如圖4所示。系統(tǒng)上電后首先初始化，然后開始檢測(cè)PLC當(dāng)前的工作狀態(tài)，并在觸摸屏上顯示出來，之后開始等待和判斷是否有控制指令輸入，沒有則繼續(xù)顯示當(dāng)前狀態(tài)，一旦有控制指令輸入便執(zhí)行控制操作，并在觸摸屏上顯示操作后的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制的雙作用。

圖4系統(tǒng)運(yùn)行流程

6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為驗(yàn)證系統(tǒng)的運(yùn)行效果，搭建了用于測(cè)試的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括采用MCGS組態(tài)軟件編寫的組態(tài)程序和西門子的S7－200型PLC。

MCGS組態(tài)軟件是一套WIｎDｏWS平臺(tái)下的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)中采用MCGS7．6嵌入版組態(tài)軟件與PLC觸摸屏相結(jié)合，編寫組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，控制系統(tǒng)運(yùn)行。

PLC選用西門子S7－200系列。S7－200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化，具有極高的可靠性，豐富的指令集，豐富的內(nèi)置集成功能，強(qiáng)勁的通信能力和豐富的擴(kuò)展模塊，十分適合本方案。

圖5觸摸屏組態(tài)顯示界面

圖5為觸摸屏的顯示和控制界面，利用組態(tài)軟件的動(dòng)態(tài)顯示，界面簡(jiǎn)潔友好，易于操作，可以很直觀地從該界面看到系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行情況，也可以按界面上的控制按鈕對(duì)PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，圖6為PLC的工作狀態(tài)顯示。顯示界面上的相對(duì)值顯示的是當(dāng)前電機(jī)相對(duì)于Ｘ軸和Y軸軌道原點(diǎn)的距離，起點(diǎn)鍵和終點(diǎn)鍵用于控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)按下第1行的起點(diǎn)按鈕，PLC的Q0．0腳工作，對(duì)應(yīng)LED被點(diǎn)亮，電機(jī)移動(dòng)到Ｘ軸起點(diǎn)，按下第1行的終點(diǎn)按鈕，PLC的Q0．1腳工作，對(duì)應(yīng)LED被點(diǎn)亮，電機(jī)移動(dòng)到Ｘ軸終點(diǎn)。第2行對(duì)Y軸的操作與第1行相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明觸摸屏可以與PLC正常通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC所連接電機(jī)的工作狀態(tài)的顯示和控制，滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功。

圖6觸摸屏控制PLC工作狀態(tài)

7、結(jié)論

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于嵌入式系統(tǒng)的PLC觸摸屏工業(yè)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)從屬工業(yè)操作設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患，對(duì)工業(yè)控制領(lǐng)域有著十分重要的意義，應(yīng)用前景十分廣闊。