基于可編程邏輯控制器和觸摸屏的搶答器設(shè)計

引 言

　　本文提出了一種新的控制方法--用觸摸屏和PLc(可編程邏輯控制器)實現(xiàn)搶答器的控制。與一般的控制方法相比，運行更加可靠，操作更加直觀，更適合于高檔的場合。

　　本文以三菱F940GOT-LwD-c型觸摸屏和三菱FXOS_30MR型PLc控制4路搶答器為例，介紹具體的實現(xiàn)方法。
 

　　l觸摸屏

　　20世紀90年代初出現(xiàn)了一種新的人機交互技術(shù)--觸摸屏技術(shù)，觸摸屏便是這種技術(shù)的具體體現(xiàn)。觸摸屏是一種最直觀的計算機的輸入設(shè)備，使用者只要觸摸屏幕上的圖形對象，計算機便會執(zhí)行相應(yīng)的操作，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標操作，大大提高了計算機的可操作性。 觸摸屏的基本原理是：用戶用手指或其他物體觸摸觸摸屏時，所觸摸的位置(以坐標形式)被觸摸屏控制器檢測，并通過串行通信接口送到計算機或PLc的CPU，CPU將此坐標和觸摸屏上的各個圖形對象(代表特定的信息)的坐標相對比，從而確定輸入的信息。

　　觸摸屏系統(tǒng)一般包括觸摸屏控制器(卡)和觸摸檢測裝置兩個部分。觸摸屏控制器(卡)的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給計算機或PLC的CPU，它同時能接收cPu發(fā)來的命令并加以執(zhí)行，例如直觀動態(tài)地顯示開關(guān)量和模擬量。觸摸檢測裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制器(卡)。

　　觸摸屏有以下5種類型：電阻式、電容式、紅外線式、聲波式或近場成像式?，F(xiàn)在用得最多的是電阻式觸摸屏。

　　觸摸屏有以下特點：

　　a)觸摸屏用專用的畫面制作軟件生成畫面。畫面的生成是可視化的，不需要用戶編程。在畫面中用文字或圖形動態(tài)地顯示PLc中開關(guān)量的狀態(tài)和數(shù)字量的數(shù)值，還可以實現(xiàn)某些動畫功能。通過各種輸入方式，將操作人員的開關(guān)量命令和數(shù)字量設(shè)定值傳送到PLC。

　　b)觸摸屏的按鍵在屏幕上的畫面中。每個畫面可以設(shè)置不同大小和個數(shù)的按鍵，每個按鍵均可以設(shè)置有明確意義的文字或圖形提示。

　　c)用觸摸屏上的軟元件代替硬件按鈕和指示燈等外部元件，可以節(jié)省PLC的輸入點和輸出點。

　　d)觸摸屏的畫面制作軟件帶有豐富的圖庫。使用圖庫中的元件，可以快速方便地生成各種畫面。 e)為了實現(xiàn)觸摸屏與計算機或PLc之間的通信，只要對通信參數(shù)進行簡單的設(shè)置，用戶不用編寫通信程序。在生成畫面時將圖形對象與控制器中的存儲器地址聯(lián)系起來，就可以實現(xiàn)PLC與觸摸屏之間的通信。

　　f)觸摸屏可以在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境使用，其穩(wěn)定性和可靠性與PLC相當。

　　2搶答器的控制要求

　　設(shè)計1個4個參賽組的搶答器，主持人通過觸摸屏監(jiān)控比賽的進行。為了方便觀眾了解比賽情況，搶答器應(yīng)設(shè)置必要的顯示。搶答器的功能如下：

　　a)比賽開始之前，主持人要按一次觸摸屏上的復(fù)位按鈕，使所有參賽組的顯示均滅。 b)比賽開始后，主持人要按一次觸摸屏上的開始按鈕，當開始燈(綠燈)亮之后，才允許參賽組進行搶答。

　　c)比賽開始后，如果參賽組在開始燈(綠燈)亮之前按下按鈕進行搶答，則視為搶答違規(guī)。此時，蜂鳴器以1次/s的頻率嗚叫，數(shù)碼管顯示參賽組的序號，同時，觸摸屏顯示違規(guī)組號及搶答違規(guī)信號。

　　d)比賽開始后，如果參賽組在開始燈(綠燈)亮之后按下按鈕進行搶答，數(shù)碼管顯示先搶到的參賽組的序號，同時，觸摸屏顯示答題組號及答題信號，然后主持人請此參賽組回答問題。

　　e)為了控制比賽時間，回答問題必須在20 s內(nèi)完成，超時按錯誤論處。當時間進行到lO s時，紅燈亮，提示搶答者"抓緊時間";當時間進行到20 s時，紅燈亮，同時蜂鳴器不間斷地嗚叫，提示搶答者"答題超時"，同時，觸摸屏顯示"答題超時"信號及"答題超時"組號。

　　f)答對一題加10分，答錯一題、答題超時或違規(guī)一次扣10分，按積分的多少論勝負。

　　其中，加分和減分靠現(xiàn)場工作人員手動翻動記分牌進行計分，其余功能靠PLc控制實現(xiàn)。

　　3搶答器的軟硬件設(shè)計

　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，綜合控制點數(shù)，本裝置選擇三菱.FXOS-30MR型PLc，它特別適合于小型單機且僅需要開關(guān)量控制的普通設(shè)備。 觸摸屏選用三菱F940GOT-LwD-C型圖形操作終端，它是基于PLC的軟硬一體人機界面，能以圖形界面方式實現(xiàn)各種工作狀態(tài)的顯示，并具有使用方便、人機對話界面友好、組態(tài)技術(shù)易掌握、與PLC可進行良好通信的功能。三菱F940GOT-LWD-c型觸摸屏含有兩個通信接口：RS-232C接口，與裝有專用畫面制作軟件的計算機通信(上載、下載畫面);RS一422接口，與PLC通信(通過畫面實時監(jiān)控PLC的運行)。

　　3.1觸摸屏畫面設(shè)計

　　本文中的觸摸屏操作畫面是用三菱公司專用的畫面制作軟件SWOPC-FXDU/wIN-c制作的。

　　為了達到用觸摸屏操作畫面實時監(jiān)控PLc運行的目的，必須將操作畫面中的圖形對象與PLC中的編程軟器件聯(lián)系起來。觸摸屏操作畫面的組態(tài)如表1所示。根據(jù)表l所制作的觸摸屏操作畫面如圖1所示。

圖1 觸摸屏操作畫畫

　　觸摸屏操作畫面制作完成后，再通過計算機的RS-232C串行通信口將操作畫面下載到觸摸屏中。

　　3.2 PLC硬件配置

　　3.2.1 PLC的I/O分析

　　a)輸入端：主持人開始和復(fù)位按鈕由觸摸屏操作畫面中的開始和復(fù)位觸摸鍵代替，不占PLC的輸入點;4個參賽組共4個搶答按鈕，因此，PLc應(yīng)該配置4個輸入點。

　　b)輸出端：采用1個共陰極的七段數(shù)碼管(見圖2)顯示參賽組的序號，七段數(shù)碼管直接由PLc輸出端驅(qū)動，占7個輸出點;再加上1個綠燈、1個紅燈、1個蜂鳴器共3個負載，因此，PLC應(yīng)該配置10個輸出點。另外，PLC與觸摸屏之間只要連接專用的通信電纜便可以。

　　3.2.2 PLC的I/O地址分配

　　1)輸入地址分配：

　　X1：l#搶答者按鈕SBl;X2：2#搶答者按鈕SB2;

　　x3：3#搶答者按鈕SB3;X4：4#搶答者按鈕SB4;

　　2)輸出地址分配：

　　Y0：七段數(shù)碼管a段;Y1：七段數(shù)碼管b段;

　　Y2：七段數(shù)碼管c段;Y3：七段數(shù)碼管d段;

　　Y4：七段數(shù)碼管e段;Y5：七段數(shù)碼管f段;

　　Y6：七段數(shù)碼管g段;Y7：蜂鳴器HA;

　　Y10：綠燈L1; Y11：紅燈L2。

3.2.3 PLC的外部接線

　　PLC的外部接線如圖3所示。

3.3軟件設(shè)計

　　3.3.1 工作流程

　　根據(jù)控制要求，繪制搶答器的工作流程圖。如圖4所示。

　　3.3.2程序設(shè)計

　　1)設(shè)計方案

　　根據(jù)搶答器的控制要求和工作流程圖，可知搶答器的特點是：顯示先搶答者的信息，同時屏蔽后搶答者;屬于順序步進控制。因此，應(yīng)該選用選擇性分支結(jié)構(gòu)復(fù)合循環(huán)結(jié)構(gòu)的順序功能圖來編程。

　　2)狀態(tài)繼電器S分配

　　S0：初始狀態(tài);S10：開始狀態(tài);s11：第1組違規(guī)狀態(tài);S12：第2組違規(guī)狀態(tài);S13：第3組違規(guī)狀態(tài)：s14：第4組違規(guī)狀態(tài);S15：第1組答題狀態(tài);S16：第2組答題狀態(tài);s17：第3組答題狀態(tài);s18：第4組答題狀態(tài)。

　　3)七段數(shù)碼管顯示程序設(shè)計

　　顯示"1"：輸出Y1、Y2;

　　顯示"2"：輸出Y0、Y1、Y3、Y4、Y6：

　　顯示"3"：輸出Y0、Yl、Y2、Y3、Y6：

　　顯示"4"：輸出Y1、Y2、Y5、Y6。

　　4)順序功能圖程序

　　順序功能圖程序加圖5所示。

　　5)梯形圖程序

　　因為由順序功能圖程序轉(zhuǎn)化對應(yīng)的梯形圖程序，有固定的模式，所以在此略去。

　　4結(jié)束語

　　用觸摸屏結(jié)和PLC實現(xiàn)控制，不僅可以節(jié)省PLC的I/O點、省略傳統(tǒng)的按鈕、按鍵和指示燈等，減少布線，提高控制系統(tǒng)的運行可靠性，而且可以在短時間完成友好、直觀、實用的觸摸屏監(jiān)控畫面，因此值得大力推廣。