任务2.3 PLC与触摸屏的组合应用
1.任务引入
PLC指的是可编程控制器，它借助数字运算的作用开展相关系统操作。其中编程存储器在PLC中占据着十分重要的地位，它凭借自身在内部程序存储、算术操作、逻辑运行、顺序控制等方面的作用，有效保障电子设备的运行，满足其各方面的运行需求。在技术革新的时代背景下，PLC不仅具有良好的逻辑控制功能，同时在计算机集成制造系统、工业自动化控制等领域也发挥着极为重要的作用，应用范围十分广泛。西门子PLC控制系统如图2-17所示。
图2-17 西门子PLC控制系统
触摸屏又称为触控面板，是目前最新颖的计算机数字信息输入设备，它通过接收触头发出的输入信号来实现更为便捷、简单的人机交互功能。它能在预先数据编程的作用下实现对各种连接装置的有效驱动，并在液晶显示器的作用下展现生动的影音画面。触摸屏为人们提供了一种极具多媒体吸引力的人机交互界面，代替传统的机械按钮面板，使人们可以实现有效的信息查询、多媒体教学、工业控制等。
2.任务目标
1）知识目标
（1）了解PLC和触摸屏组合控制系统的构成。
（2）掌握PLC和触摸屏组合控制系统的应用。
2）技能目标
通过实验能够学会PLC和触摸屏组合应用的技能。
3）素养目标
鼓励学生掌握技能，培养学生奋发向上的积极心态。
3.任务分析
在实际操作中，将PLC与触摸屏进行组合，能极大地实现PLC功能的扩展，并在触摸屏的作用下减少按钮、开关的使用，提高系统操作的灵活度与可视化程度，满足人们多样化的系统操作需求。PLC与触摸屏组合控制系统主要通过PLC与触摸屏的有效组合可以实现对电动机、电动阀、温度控制器、电磁阀的有效控制，并在传感器的支持下采集信号，触摸屏根据信号获取相关信息，显示现场温度和压力数值。
这里采用的系统为S7-200 PLC与Wincc摸屏组成的系统。S7-200 PLC在压力传感器以及模拟输入量温度模块的作用下，实现对系统压力、温度信号的有效采集，并借助本身的信号转换功能进行A/D转换，将相关变换数值传送到触摸屏。届时触摸屏会通过对接收信号的分析，显示现场的具体温度、压力数值，并展示PID、温度、压力曲线。在这个过程中，还可以通过触摸屏对PID参数进行设置，PLC通过接收触摸屏发送的指令内容，在存储器的作用下进行相关命令的执行，由此实现对系统现场执行机构的有效控制。此外，PLC与触摸屏各自的接口不同，在系统的构建中，还需要在二者之间添加接口转换线。
4.相关知识
1）PLC和触摸屏组合控制系统的应用
PLC和触摸屏组合控制系统是一种应用较为便捷且操作简单的操作系统。基于系统本身强大的人机交互性能，计算机与用户能实现有效沟通。这使PLC和触摸屏组合控制系统在银行、工业控制、电信系统、军事指挥、多媒体教学等领域中都有广泛的应用前景，并根据行业需求起到数据传输、自由通信、触摸控制等作用。
（1）触摸屏数据传输。
触摸屏串口数据帧结构主要由帧头数据、数据模块、指令数据、帧尾数据构成。其中帧尾结束符主要为十六进制数，触摸屏所有数据以及指令则都为十六进制格式并采用2字节形式，字节之间采取高字节先传送的顺序。传送方向主要分为下行和上行两种。在下行传送的情况下，数据由PLC传输给触摸屏，并在触摸屏串行接口输入；在上行传送的情况下，数据由触摸屏传输给PLC，并在触摸屏串行接口的另一位置输出。
（2）触摸屏触控对策。
触摸屏控制在PLC和触摸屏组合控制系统的应用中是极为关键的，必须在确保触摸控制可靠性、灵活性的基础上，满足用户的多样化操作需求。当用户触动触摸屏按钮时，触摸屏会给PLC发送按钮位置坐标，PLC收到数据后判断按钮位置坐标是否正确。若数据正确，则PLC继续执行后续命令，并对实时参数显示、曲线显示、电磁阀、电动阀等实施指令控制。
2）PLC和触摸屏组合控制系统应用中应注意的问题
虽然PLC和触摸屏组合控制系统的构建与应用对实现人机交互、增强机器操作的便捷性等都有极为重要的促进作用，但受各方面现实因素的影响和限制，PLC和触摸屏组合控制系统在应用过程中仍存在一些不完善之处，有待进一步的改善。为此，结合目前该系统应用的现实情况，在其应用过程中应注意以下问题。
（1）注重外部环境产生的物理影响。(https://www.daowen.com)
虽然PLC程序本身有着较为良好的抗干扰性，但难以摆脱恶劣环境对其造成的不良物理影响。外部环境对PLC所造成的物理影响主要包括以下方面。
①温度。
一般来讲PLC运行的最佳温度为0～55℃，一旦超过这个温度范围就会对PLC程序运行以及准确性造成不良的影响。在现实中，基于PLC程序运行的需要，PLC周围往往需要放置许多电子设备，这些电子设备具有较高的发热功率，导致PLC运行空间温度过高。在实际的工作中，需要对PLC运行环境的散热情况予以高度的重视，注重室内通风，通过增设空调等一系列办法来确保室内温度适宜。
②湿度。
PLC的绝缘性能情况对其质量产生最为直接的影响，而绝缘性能受到室内空气湿度的影响。需要使室内空气湿度保持在85%以下，以确保PLC的绝缘性能。
（2）触摸屏出现故障。
除了受到外部环境的影响外，PLC和触摸屏组合控制系统在应用过程中也会面临系统本身故障所导致的一系列问题。以触摸屏故障为例，无论是其在运行过程中无反应还是出现偏差，都将对系统的应用产生极大的阻碍作用。无反应故障较为常见，其诱因多是触摸屏灵活性较差、与计算机主机断接、连接信号弱等。具体的判断依据为触摸屏指示灯闪烁，若存在触摸屏指示灯异常闪烁的情况，就需要对计算机主机串口、触摸屏清洁情况等依次进行检查。触摸屏偏差故障往往是由于其长久积尘导致触摸迟钝。在日常工作中，只需定期做好触摸屏以及PLC的清洁工作即可有效避免这一故障的产生。需要注意，在清洁之前一定要切断电源，以避免联电事故的发生。
3）PLC和触摸屏在实践教学中的组合应用
随着工业控制技术的发展，很多工业控制设备（PLC、变频器、直流调速器等）都具备串口通信的能力，从而解决了PLC等设备的人机交互问题，使触摸屏这种主流人机交互设备广泛应用于工业控制。
5.任务准备
将触摸屏技术应用于PLC实验教学，通过PLC与触摸屏的通信，在触摸屏上可以直观地显示PLC程序运行的结果。这一方面可以解决PLC实验的难题，另一方面可以使学生多学习触摸屏知识，了解实际的工业生产知识，学会综合应用知识，有利于培养学生分析问题、解决问题的能力。
6.任务实施
1）十字路口交通信号灯仿真实验
在正常情况下，信号灯系统开始工作时，先南北方向红灯亮30 s，东西方向绿灯亮25 s，闪烁3 s（1 s内，通0.5 s，断0.5 s），然后东西方向黄灯亮2 s，30 s后东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，黄灯闪烁，即周期为60 s。南北和东西采取对称接法（有些路口根据流量的不同采取非对称接法，即同一方向的通行时间和停止时间不对称）。南北方向出现紧急情况时，南北方向绿灯常亮，而东西方向红灯常亮。东西方向出现紧急情况时，东西方向绿灯常亮，而南北方向红灯常亮。
2）行李传送带的PLC控制实验
行李传送带的PLC控制实验主要模拟机场的行李装卸传送带。在起始位置（货物在地面）按启动按钮，行李慢速上升，到顶端（机舱门）碰到限位开关1，停止10 s，卸下行李，然后快速下降，至限位开关3处变为慢速，下降至最低点（地面）碰到限位开关SQ2，停止20 s，装载货物，再慢速上升，以上过程循环往复。要求无论正反向运行都能进行手动启停操作。
3）锅炉水位的PLC控制实验
当锅炉水位低于低水位界时，液面传感器的开关S3接通，电磁阀Y打开，锅炉进水；当锅炉水位高于低水位界时，液面传感器的开关S3断开。当水位升高到高于高水位界时，液面传感器的开关S4接通，电磁阀Y关闭，停止进水。
如果锅炉水位低于低水位界，液面传感器的开关S2接通，此时电动机不会启动；如果锅炉中水不满，启动电动机低速运行（慢速抽水）；如果锅炉中水满，启动电动机先高速运行5 s（快速抽水），再转为低速运行（慢速抽水）；锅炉水位上升到高于高水位界时，液面传感器的开关S1接通，电动机停止。
4）升降机的PLC控制实验
在地面按启动按钮，正转启动，低速上升；至上限开关处，由低速转为高速，再上升5 s后高速下降；最后至地面，再低速上升，以上过程循环往复。要求无论正反向运行都能进行手动启停操作。
PLC与触摸屏组合控制系统的出现是技术革新的结果，二者的结合能在有效发挥二者优势的基础上，实现控制系统功能、作用的增强，为控制系统在社会生活以及生产中的广泛应用打下坚实的基础。在未来的工作中，要加大对PLC和触摸屏组合控制系统的研究力度，在不断的尝试和实验中，总结更多应用经验和教训，并将应用情况直接反馈给技术研究人员，实现PLC和触摸屏组合控制系统功能的不断完善。PLC与触摸屏组合控制系统的应用是一个较大的研究体系，由于个人能力有限，本任务只对其中几个主要的方面进行探讨。
7.任务评价
任务评价见表2-10。
表2-10 任务评价
