触摸屏在PLC工业系统中的应用.doc

1、触摸屏在 PLC 工业系统中的应用摘要：PLC 又叫做可编程序控制器，它的可靠性高、功能强、编程灵活，在工业中广泛应用。本文以调节阀为例，对触摸屏 PLC 在工业中的应用进行分析。 关键词：触摸屏；PLC；特点；应用 中图分类号：F287 文献标识码： A 一、前言 随着科技水平的不断发展，PLC 技术得到了广泛的应用。触摸屏是PLC 最为有效的配套产品，能够实现人机最简单的互换。 二、触摸屏简介 触摸屏的工作原理简单来说就是在简单液晶屏上增加触控面板，具体可分为电阻式、电容式、红外线式和表面声波式这四种。在目前的生产和生活中，电阻式和电容式的应用较为广泛。 1、电阻式触摸屏工作原理 电阻式触

2、摸屏是显示屏和紧贴的电阻薄膜屏所组成的，通过压力感应进行控制。电阻薄膜屏分为基层和塑料层两部分，基层是玻璃或者有机玻璃材质，表面有一层透明的导电层；塑料层压在基层上，表面经过硬化和防刮处理。塑料层内同样也有导电层，平时两个导电层是分离开的，当有物体触摸到屏幕是，两个导电层产生接触，发生电阻变化，控制元件通过变化的电阻来查找触摸点的具体坐标，从而实现相应的操作。2、电容式触摸屏工作原理 与电阻式触摸屏利用压力感应的原理不同，电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。当人们用手指触摸电容式触摸屏的感应屏时，手指与感应屏表面形成耦合电容，人体吸走一个很小的电流，而这个电流是由感应屏的四个角上流出的

3、，通过对这四个电流进行精确计算，得出触点的具体位置。 三、西门子 PLC 可编程控制器是由现代化生产的需要而产生的，可编程序控制器的分西门子 PLCS7-200 系列类也必然要符合现代化生产的需求。一般来说可以从三个角度对可编程序控制器进行分类。其一是从可编程序控制器的控制规模大小去分类，其二是从可编程序控制器的性能高低去分类，其三是从可编程序控制器的结构特点去分类。 1、控制规模 可以分为大型机、中型机和小型机。 小型机:小型机的控制点一般在 256 点之内,适合于单机控制或小型系统的控制。西门子小型机有 S7-200：处理速度 0.81.2ms；存贮器2k；数字量 248 点；模拟量 35

4、 路。 中型机:中型机的控制点一般不大于 2048 点,可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，它适合中型或大型控制系统的控制。 西门子中型机有 S7-300：处理速度 0.81.2ms；存贮器 2k；数字量1024 点；模拟量 128 路；网络 PROFIBUS；工业以太网；MPI。 大型机：大型机的控制点一般大于 2048 点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。 西门子大型机有 S7-400：处理速度 0.3ms/1k 字；存贮器 512k；I/O点 12672； 2、

5、控制性能 可以分为高档机、中档机和低档机。 低档机。这类可编程序控制器，具有基本的控制功能和一般的运算能力。工作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较少。比如，德国 SIEMENS 公司生产的 S7-200 就属于这一类。 中档机。这类可编程序控制器，具有较强的控制功能和较强的运算能力。它不仅能完成一般的逻辑运算，也能完成比较复杂的三角函数、指数和 PID 运算。工作速度比较快，能带的输入输出模块的数量也比较多，输入和输出模块的种类也比较多。比如，德国 SIEMENS 公司生产的S7-300 就属于这一类。 高档机。这类可编程序控制器，具有强大的控制功能和强大的运算能力。它不仅能完成逻辑运

6、算、三角函数运算、指数运算和 PID 运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快，能带的输入输出模块的数量很多，输入和输出模块的种类也很全面。这类可编程序控制器可以完成规模很大的控制任务。在联网中一般做主站使用。比如，德国 SIEMENS公司生产的 S7-400 就属于这一类。 四、PLC 应用系统的特点与不足 PLC 在工业控制领域得到了广泛的应用，目前常用的有美国的 IP 系列(如 IP1612,IP3416)日本的欧姆龙系列(如 C200，以及德国的西门子系列(如 S7200)等.PLC 多采用开关量输入输出及模拟量输入输出(模拟模块通常不在 PLC 自身，根据使用需要而扩展)，不具有显

7、示功能，无法进行人机对话.美国的 1P1612 自身带有一个 4 位的七段字码显示数码管，可以通过改变输人的开关量来选择要查看的内部单元的值，但该产品已很难买到.目前人机对话通常采用两种方法: 第一种，利用工控机作为主监控设备，即通过串行接口进行 PLC 与工控机之间的数据和命令交换，操作者可以通过对控制机器上面的参数获得需要的结果。这种方法的成本很高，对大规模和多个 PLC 相连使用的综合系统较为适用；第二种，在 PLC 的模拟输入端口加入模拟量，通过调整模拟量的值来改变内部参数的设置值，将 PLC 的内部数据从模拟输出端口输出，再外接表头等电路来实现数据监视.相关的数据越多，模拟输入输出的

8、口增加致使成本增加，而且显示表头的模块精度的不同，也造成了显示的数值与内部数值的误差，造成测量控制的不准确。 五、基于 PLC 的调节阀控制 1、PLC 的编程语言 STEP7 是 S7-300PLC 的编程软件梯形图、语句表和功能图是标准的 STEP7 软件包配备的 3 种基本编程语言，这 3 种编程语言可以在 STEP7 中相互转换。 2、模拟量闭环控制系统的组成 在模拟量闭环控制系统中，被控量 c（t） （例如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，大多数执行机构（例如晶闸管调速装置、电动调节阀和变频器等）要求 PLC 输出模拟信号 mv（t） ，而 PLC 的 CPU只能处理数字

9、量。c（t）首先被测量元件（传感器）和变送器转换为标准的直流电流信号或直流电压信号 pv（t） ，例如 420mA，15V，PLC用 A/D 转换器将它们转换为数字量 pv（t） 。模拟量与数字量之间的相互转换和 PID 程序的执行都是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期Ts。各数字量括号中的 n 表示该变量是第 n 次采样时的数字量。图中的sp（n）是给定值，pv（n）为 A/D 转换后的反馈量，误差 ev（n）=sp（n）-pv（n） 。D/A 转换器将 PID 控制器输出的数字量 mv（n）转换为模拟量（直流电压或直流电流）mv（t） ，再去控制执行机构。 3、控制系统设计思想 首先对调

10、节阀控制系统进行分析，电容式压力传感器实时传输压力信号送入 PLC，PLC 先经过硬件组态再进行编程，将程序载入 PLC，程序的执行将传感器传来的信号转换成为对调节阀阀位开度的控制指令，最终实现对管道内部压力的控制。 系统规定压力设定值为 8kPa，在实际工厂的环境中，管道内部压力允许在一定范围内变化，所以以设定值为中心加入一个范围，令阈值为1kPa，确定管道正常的压力范围，即 79kPa。当测量元件测出管道压力大于 9kPa 时，信号经 PLC 后输出一个使调节阀电动执行机构阀门开度减小的指令；反之，当测出压力小于 7kPa 时，PLC 输出一个使调节阀电动执行机构开度开大的指令；而管道压力

11、处于 79kPa 时，调节阀电动机构处于静止状态。 4、PLC 控制系统的一般步骤 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤如下：深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求；确定 I/O 设备；选择合适的 PLC 类型；分配 I/O 点；设计应用系统梯形图程序；将程序输入 PLC；进行软件测试；应用系统整体调试。 5、PLC 的硬件组态 硬件组态，就是使用 STEP7 对 SIMATIC 工作站进行硬件配置和参数分配。所配置的数据以后可以通过“下载”传送到 PLC。硬件组态的条件是必须创建一个带有 SIMATIC 工作站的项目。 6、连接电路 连接外接电路时，两个继电器分别与调节阀点动执行机构

12、的接点“开阀” “、关阀”相连接，为使实现互锁功能，需要将两个继电器互连：如图 4 电路图，两个继电器中的触点 13 均与另一个继电器的触点 9 相连，再经过触点 1 接出。 互锁功能的实现： （1）当继电器 1 接通时，继电器 1 的触点 14、13 与继电器 2 的触点 9、1 形成回路，此时继电器 1 正常工作，触点 9、1 断开，继电器 2的触点 13、14 所在回路无法接通，导致继电器 2 无法接通。 （2）同理，当继电器 2 接通时，此时继电器 1 无法接通。在设置了软、硬件互锁之后， “开阀”与“关阀”不会同时出现，有效的为电动执行机构提供了安全保护。 7、系统调试 在完成程序编

13、程和连接外部电路之后，需要对系统进行调试，在SIMATICManage 界面中，将 BLOCKS 中所有的块及 Systemdata 点击下载将其一起下载到 PLC 中，然后接通电路，调节电阻箱模拟传感器向 PLC 输入信号，通过变量监视窗口可以观察到，在压力的各个范围内相应的开阀、关阀和点动指令的执行。调试完毕后，经检验程序逻辑正确，运行正常，实现了对调节阀的自动控制，达到了预期的目的。 六、结束语 综上所述，随着工业自动化的发展，PLC 技术也将得到更加广泛的应用，并发挥更大的作用。在实际操作中，我们要加强理论知识的学习，再通过实践指导，使二者有机结合在一起，通过反复对比优化，得到更加科学的方案，也推进 PLC 技术的发展和进步。 参考文献 1王月明，谈可编程控制器（PLC）的原理和应用J中国人民出版社，2011 2李碳横，PLC 技术在工业系统中的应用J信息技术，2013 3董涛，可编程序控制器的应用与发展M重庆大学出版社，2011 4任小军，PLC 技术与计算机通信的研究，J信息技术，2012 5蒋晓峰.基于触摸屏和 PLC 的船舶电站监控系统设计J.电力自动化设备，2011