實(shí)現(xiàn)觸摸屏和PLC之間數(shù)據(jù)通信的方案

1 系統(tǒng)組成及設(shè)備之間的通信方式

　　1.1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由昆侖通態(tài)TPC7063E 觸摸屏、西門(mén)子S7-300 模塊， 以及用于兩者之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的PCAdapter 等組成。TPC7063E 不僅具有與眾多硬件交互功能，它可以方便地讀寫(xiě)各種PLC、智能儀表、智能模塊、變頻器等工控設(shè)備的數(shù)據(jù)，而且還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，支持串口通信及以太網(wǎng)通信方式。西門(mén)子S7-300 模塊用來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、處理以及輸入輸出控制功能。PC Adapter 完成將MPI 通信信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS232 串口信號(hào)，從而完成MPI 數(shù)據(jù)通信功能。

　　1.2 觸摸屏與PLC 之間的通信方式

　　觸摸屏與S7 300PLC 之間采用MPI 通信方式。

　　MPI 是多點(diǎn)接口（Multi Point Interface）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的用于PLC 之間通訊的保密的協(xié)議，它的物理層是RS-485。MPI 通訊是當(dāng)通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時(shí)，可以采用的一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的通訊方式。MPI 網(wǎng)絡(luò)的通信速率為19.2 Kbps~12 Mbps，最多可以連接32 個(gè)節(jié)點(diǎn)。MPI 網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)網(wǎng)號(hào)，在組建MPI 網(wǎng)絡(luò)前，要為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)MPI 地址和1 個(gè)最高M(jìn)PI 地址，使所有通過(guò)MPI連接的節(jié)點(diǎn)能夠相互通信。PLC 通過(guò)此接口建立與觸摸屏TP7063E 通信。STEP7 的用戶(hù)界面提供了通信組態(tài)功能，使通信的組態(tài)比較簡(jiǎn)單。
 

　　MCGS 嵌入版組態(tài)軟件支持TPC7063E 觸摸屏。其內(nèi)的提供的S7300_400MPI 構(gòu)件用于MCGS軟件通過(guò)MPI 適配器讀寫(xiě)西門(mén)子S7-300/400 系列PLC 設(shè)備的各種寄存器。驅(qū)動(dòng)類(lèi)型為串口子設(shè)備，須掛接在“通用串口父設(shè)備”才能工作，通信協(xié)議為MPI， 通信方式為一主一從通令方式。驅(qū)動(dòng)構(gòu)件為主，PLC 設(shè)備為從。

　　1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

　　為了驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，本方設(shè)計(jì)了一個(gè)控制系統(tǒng)。它由3 部分組成，

　　①現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備。包括溫度、壓力、水位傳感器以及水泵運(yùn)行控制柜；

　?、赑LC處理級(jí)設(shè)備。它們完成數(shù)據(jù)的下載、處理及通信功能，主要包括電源模塊1、CPU 模塊2、以太網(wǎng)模塊3和模擬模塊4；

　?、酃芾砑?jí)設(shè)備。主要是采用昆侖通態(tài)的TPC7063E 觸摸屏， 主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和控制。

　　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　通過(guò)S7-300PLC 與昆侖通態(tài)TPC7063E 觸摸屏的MPI 通信，控制系統(tǒng)方案要求實(shí)現(xiàn)以下基本功能：

　?。?）觸摸屏上的儀表可以顯示溫度、壓力、及水位值；

　　（2）通過(guò)操作觸摸屏上的開(kāi)閥、關(guān)閥命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的控制；

　?。?）通過(guò)操作起停按鈕，觸摸屏能正確反映各點(diǎn)的變化情況；

　?。?）在觸摸屏上輸入設(shè)定的水位值，如果超過(guò)設(shè)定水位，開(kāi)泵，反之關(guān)泵；

　　（5）可以設(shè)定系統(tǒng)時(shí)間，并啟動(dòng)時(shí)間，以便正確顯示年月日時(shí)分秒。

1.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　?。?）硬件連接

　　MCGS 軟件與設(shè)備通訊之前， 必須保證通訊連接及適配器正確。通訊時(shí)， 要使用標(biāo)準(zhǔn)西門(mén)子MPI適配器與上位機(jī)RS232 口通訊。工程中常用的西門(mén)子MPI 適配器有2 種型號(hào)， 分別為6ES7 972 -0CA23-0XA0 和6ES7 972-0CA20-0XA0。適配器的串口通訊的波特率可通過(guò)適配器上的DIP 開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置，且必須與上位機(jī)Set PG/PC 中PC Adapter 的本地連接設(shè)置一致。在與TPC7063E 通訊前，根據(jù)需要附加通訊電纜與適配器的連接。其接線(xiàn)如圖2 所示。

　?。?）通信參數(shù)的設(shè)置

　　在硬件組態(tài)時(shí)，通過(guò)點(diǎn)擊CPU 的屬性按鈕來(lái)設(shè)置MPI 屬性，包括站地址和通信速率， 主站驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的站地址為0，從站PLC 站地址為2，最高站地址為31，通信速率為187.5 kbps。運(yùn)行STEP7 編程軟件， 選擇主菜單的選項(xiàng)->設(shè)置PG/PC 接口。選擇PC Adapter（MPI），彈出通訊接口參數(shù)配置框，選擇“本地連接”選項(xiàng)卡。設(shè)置本機(jī)串口的通訊參數(shù)，需要與MPI 適配器的DIP 撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置對(duì)應(yīng)。此處設(shè)置連接到COM1，傳輸速率19 200。

　　上位機(jī)組態(tài)時(shí)，需要設(shè)置“通用串口父設(shè)備”和“西門(mén)子S7-300/400 子設(shè)備”參數(shù)。父設(shè)備的通訊波特率為19 200，數(shù)據(jù)位數(shù)為8，停止位為1，奇偶校驗(yàn)位為奇校驗(yàn)。子設(shè)備中需將PLC 站地址設(shè)置為2，PLC 槽號(hào)為2，PLC 機(jī)架號(hào)為0， 通信響應(yīng)時(shí)間為800 ms。通訊所用幀格式為格式A，本站地址為0，網(wǎng)絡(luò)傳輸率為187.5 kbps。最高站地址仍為31。

　　對(duì)于系統(tǒng)的通訊狀態(tài)，用戶(hù)可以在采集通道中查閱通訊狀態(tài)值找出通信失敗的原因，這樣對(duì)于維護(hù)系統(tǒng)作用重大，當(dāng)通信狀態(tài)值為0 時(shí)，表示當(dāng)前通訊正常。

　?。?）程序部分

　　本系統(tǒng)PLC 中包括模擬量采集程序、系統(tǒng)時(shí)間的設(shè)置和顯示程序以及控制程序。模擬量采集程序?qū)崿F(xiàn)水位、壓力、溫度信號(hào)的輸入、轉(zhuǎn)換及采樣記錄。

　　傳感器由于輸出的是模擬信號(hào)，比如說(shuō)4~20 ma，0~5V 或者0~10 V。輸出模擬量送到PLC 模擬量輸入口中，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，完成數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)程序。

　　根據(jù)實(shí)際情況，微調(diào)傳感器，通過(guò)PLC 中的存儲(chǔ)器將模擬數(shù)據(jù)送到觸摸屏上顯示。系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置和顯示時(shí)間程序通過(guò)調(diào)用PLC 內(nèi)部的時(shí)鐘函數(shù)SFC0 與SFC1，實(shí)現(xiàn)在觸摸屏上完成系統(tǒng)時(shí)間的設(shè)定，并顯示出來(lái)?？刂瞥绦蛲ㄟ^(guò)觸摸屏對(duì)電磁閥進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

　?。?）上位機(jī)部分

　　在該系統(tǒng)中觸摸屏主要用于設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、顯示數(shù)據(jù)、控制外設(shè)運(yùn)行。用戶(hù)可以通過(guò)在觸摸屏上設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)， 然后通過(guò)MPI 接口將數(shù)據(jù)傳遞到PLC 中，PLC 就會(huì)記憶設(shè)置的數(shù)據(jù)并按照給定的參數(shù)運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可調(diào)可控，并將設(shè)備的運(yùn)行反饋信號(hào)傳輸?shù)斤@示屏上。觸摸屏將傳感器采集的數(shù)值讀回到交互畫(huà)面上，主要包括水泵電機(jī)的溫度值， 出水口的壓力值以及水倉(cāng)水位的液位值，系統(tǒng)會(huì)以此數(shù)據(jù)作為水泵運(yùn)行的條件。用戶(hù)可以通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的操作，系統(tǒng)也會(huì)依據(jù)水位高低變化，完成高水位自動(dòng)起泵和低水位自動(dòng)停泵的功能。

　　1.5 系統(tǒng)應(yīng)用

　　MPI 接口是西門(mén)子S7 300 PLC 通用通信接口，RS232 接口是觸摸屏上常用接口。實(shí)現(xiàn)兩者的通信，對(duì)于完成系統(tǒng)自動(dòng)化控制意義重大。該通訊方式已在大中型煤礦的主井排水項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。

　　2 結(jié)語(yǔ)

　　本系統(tǒng)組合應(yīng)用了觸摸屏TPC7063E 與西門(mén)子S7-300PLC，通過(guò)MPI 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠通信。這樣做不僅減少了電器元件的數(shù)量，省去了復(fù)雜的電氣接線(xiàn)，使設(shè)備的檢修更加方便，而且操作界面更加人性化，更容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)設(shè)備監(jiān)測(cè)控制。