基于嵌入式系统的PLC触摸屏控制系统设计

1、引　　言

目前国内工业生产现场的 *** 作设备基本都是采用人工在线 *** 作和巡查，存在着成本高，效率低，且安全隐患大等明显缺点。针对国内工业生产的现状和迫切需求，开发出了一套基于嵌入式系统的PLC触摸屏控制系统，本系统可以实现对 *** 作设备的在线远程监测和控制，降低了人工成本和安全隐患，提高了 *** 作效率和生产效益。本系统中触摸屏起到了实时显示和在线控制的双重功能，一套系统既可完成对设备监测和控制的双任务。

2、系统主体框架

本系统主要由嵌入式系统和触摸屏2部分组成，通过触摸屏控制连接的PLC，如图1所示。

图1 PLC触摸屏控制系统

1）嵌入式系统用于对整个系统进行控制，包括通信接口的控制，显示接口的控制，硬件底层驱动等。

2）触摸屏显示用于对从属 *** 作设备的状态显示和远程控制，其显示界面是通过组态软件的动态显示来实现的，界面简洁直观，十分便于 *** 作。

PLC触摸屏控制系统可以划分为硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括嵌入式处理器、电源模块、RS485接口、触摸屏接口电路、USB接口电路、串口通信模块以及触摸屏和PLC。软件部分主要包括程序开发工具、程序仿真调试软件以及程序设计。

3、系统的硬件设计

3．1、系统硬件结构

系统的整体硬件结构图如图2所示。

图2 PLC触摸屏控制系统硬件结构

本系统处理器采用三星公司的S3C2416芯片，是由ARM公司设计的16位／32位ARM９26ＥJ精简指令集处理器，内核性能极佳，且提供完整的常用系统外围集，使总体系统开支最小化，省去配置额外元件，外设丰富，最高主频可达533M，并带有4种电源控制模式，具有低功耗，高性能，反应速度快的特点，非常适合手持设备。

3．2、触摸屏显示部分

本系统显示部分选用7寸触摸屏显示，显示界面利用MCGS组态软件的动态显示，组态软件使用之前需要进行BｏｏｔLｏDｅR的设置，指定系统的硬件配置以及设置一些通信参数，包括触摸屏型号，PLC型号，指定系统读区与写区，触摸屏MPI地址和传输的帧长度。

3．3、通信方式

通信方式采用RS485串口通信，该通信方式具有抗干扰能力强和传输距离远的优点，最大通信距离可达1200M，非常适合工业控制现场。

4、系统软件开发环境

4．1、基于ADS的程序编写与调试

本系统的软件程序编写是在ADS软件下进行的。ADS（ARMDｅｖｅLｏPｅRSUIｔｅ），是由MｅｔRｏWｅRｋS公司开发，ARM处理器下最主要的开发工具，也是目前最成熟的ARM开发工具。

4．2、基于AXD的程序调试

ADS软件带有在线调试功能。程序调试需要用到ADS软件下的AＸD工具，并且需要使用H－JｔAG来调试实验板，在使用H－JｔAG之前需要添加它的配置文件，完成上述步骤后打开代理调试软件H－JｔAGSｅRｖｅR，选择CPU，既可成功连接到实验板，从实验板上看到程序的运行现象，并根据现象验证和修改程序，直到程序符合设计要求。

5、系统设计与运行流程实现

完成系统软件设计与调试之后，将各模块组合，进行整机功能测试，完成之后既可实现整个系统的运行。

5．1、系统设计技术路线流程

系统设计技术路线流程，如图3所示。系统设计按照自顶向下，模块化划分的原则，便于统筹全局和功能调试。

图3  系统设计技术路线流程

5．2、系统运行流程

系统运行流程，如图4所示。系统上电后首先初始化，然后开始检测PLC当前的工作状态，并在触摸屏上显示出来，之后开始等待和判断是否有控制指令输入，没有则继续显示当前状态，一旦有控制指令输入便执行控制 *** 作，并在触摸屏上显示 *** 作后的状态，从而实现了对系统的实时检测和控制的双作用。

图4  系统运行流程实验分析

6、实验结果及分析

为验证系统的运行效果，搭建了用于测试的实验平台，包括采用MCGS组态软件编写的组态程序和西门子的S7－200型PLC。

MCGS组态软件是一套WIｎDｏWS平台下的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。本实验中采用MCGS7．6嵌入版组态软件与PLC触摸屏相结合，编写组态监控系统，实时采集与监控系统运行状态，控制系统运行。

PLC选用西门子S7－200系列。S7－200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，具有极高的可靠性，丰富的指令集，丰富的内置集成功能，强劲的通信能力和丰富的扩展模块，十分适合本方案。

图5  触摸屏组态显示界面

图5为触摸屏的显示和控制界面，利用组态软件的动态显示，界面简洁友好，易于 *** 作，可以很直观地从该界面看到系统当前的运行情况，也可以按界面上的控制按钮对PLC进行实时控制，图6为PLC的工作状态显示。显示界面上的相对值显示的是当前电机相对于Ｘ轴和Y轴轨道原点的距离，起点键和终点键用于控制电机的运动，当按下第1行的起点按钮，PLC的Q0．0脚工作，对应LED被点亮，电机移动到Ｘ轴起点，按下第1行的终点按钮，PLC的Q0．1脚工作，对应LED被点亮，电机移动到Ｘ轴终点。第2行对Y轴的 *** 作与第1行相同。实验结果证明触摸屏可以与PLC正常通信，实现对PLC所连接电机的工作状态的显示和控制，满足本系统设计要求，系统设计成功。

图6  触摸屏控制PLC工作状态

7、结　　论

设计并实现了一种基于嵌入式系统的PLC触摸屏工业控制系统。该系统可以实现对从属工业 *** 作设备的在线监测和实时控制，提高生产效率，降低生产成本和工业现场的安全隐患，对工业控制领域有着十分重要的意义，应用前景十分广阔。