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操作设备基本都是采用人工在线操作和巡查，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，本系统可以实现对操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，提高了操作效率和生产效益。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操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，十分便于操作。

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操作，并在触摸屏上显示操作后的状态，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，易于操作，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轴的操作与第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操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。