基于PLC控制与触摸屏的无线通信解决方案

　　1、PLC－触摸屏简介

　　触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面（国外称为 HMI 或 MMI ）产品，它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化 PLC 的控制程序。 具有体积小、 连线简单化、 防尘、抗震 、防水、防电磁 等特点。

　　PLC是一种可编程控制器，有着运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点。近几年，随着科学技术的不断进步，各行业对其生产设备和系统的自动化程度要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、优化生产工艺、提高劳动生产率和降低生产成本起着很重要的作用。

　　2、PLC－触摸屏的应用领域

　　* 传统的产业设备和机械的自动控制；

　　* 中小型过程控制系统；

　　* 远程维护服务系统；

　　* 节能监视控制系统；

　　3、基于PLC控制与触摸屏的具体解决方案

　　3.1 城市（工厂）污水处理自动化控制系统解决方案

　　1 系统概述

　　该污水处理工程自动化系统的下位控制站采用上位机、PLC和现场总线功能为一体的最新智能化控制器作为主控装置，还配有继电器、接触器、智能化热继电器、电量变送器等装置，完成工艺设备的保护和控制、流程数据采集和控制功能等。另外，系统中还包括在线水质分析仪表、变送器、调节阀、电磁阀、各种泵及风机等。

　　2 系统主要控制功能

　　* 自动排油控制：污水进入隔油池后，控制器根据水温自动打开蒸汽阀给污水加热，使水温达到设定温度，启动浮油机工作。吸走水面浮油，达到排油目的；

　　* 集水池潜水泵控制：污水进入集水池后，根据水位启停潜水泵，将污水送至一级气浮池；

　　* 混凝加药泵控制：根据潜水泵的启停控制混凝加药泵的启停；

　　* 加碱及PH值控制：根据检测的PH值自动调节加碱量，使中和后的PH值控制在6~9；

　　* 回流泵控制：根据潜水泵的启停控制回流泵的启停；

　　* 风机的控制：根据氧化池含氧量测定，自动控制风机的启停；

　　* 一、二沉淀池自动定时排泥控制；

　　* 滤池定时反冲洗控制。

　　3 系统特点

　　* 基于Windows NT/2000/XP平台，采用面向对象的技术和方法进行系统设计和软件实现；

　　* 开放性强，遵循ODBC、COM/DCOM、Active X、IEC-1131-3等国际标准；

　　* 能跟据用户需求整合WINCC、IFIX、FIX32、RSVIEW、INTOUCH、阻态王等阻态软件；

　　* 系统界面直观，具有完善的浏览功能；

　　* 系统功能齐全、技术先进、操作简单、维护量少；

　　* 丰富方便的扩展能力，能方便地基于现有系统进行扩展；

　　* 系统提供形式丰富地报表，位统计和决策提供依据。

　　4 系统指标

　　* 数据刷新1s；

　　* 事件顺序分辨率《2ms；

　　* 控制命令响应时间≤1s；

　　* 调画面响应时间《1s。

　　5 系统组成原理图

　　

　　6 系统主要硬件配置

　　系统硬件由可编程控制器（含数字量输入/输出模块、模拟量输入模块），WPLC-C无线透传终端，上位机，变频器、传感器及若干电器元件组成。

　　（1）PLC：选用SIEMENS公司的S7-400系列（配数字扩展输入/输出模块、模拟输入模块）

　　（2）变频器：采用DAFOSS公司VLT系列；据PLC发送过来的数据（PH值、曝气含氧量、水箱液位、流量计等模拟信号，水泵运行、电动阀门开、故障报警等为数字信号）值调节设备的运行，并将其内部运行参数反馈到PLC及上位机。

　　（3）上位机：可作为工程师站对PLC和组态软件进行编程，操作员站可以监控系统的运行。上位机选用的是研宏YH-MB945VEA.

　　3.2 基于触摸屏结合PLC在空调送风系统中的节能应用

　　1 系统概述

　　通过触摸屏和PLC结合使用，可以在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。通过调节送风电机的转速，实现节能的目的。

　　系统原理图

　　

　　2 系统主要硬件组成

　　系统硬件由可编程控制器（含数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）、触摸屏一台、变频器、传感器及若干电器元件组成。各部分说明如下：

　　（1） PLC：选用SIEMENS公司的S7-200系列CPU224（配数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器的动作，同时与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对于触摸屏发出的信息进行处理等。

　　（2） 触摸屏采用PROFACE公司的GP2301。实现人机对话，与PLC系统进行数据传送和交换，将设定参数写入PLC，也可将PLC、传感器及变频器内部参数读入触摸屏，实现了模拟量、数字量的实时监控，目标值的设定以及报警记录等。

　　（3） 变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部参数，根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC及触摸屏。

　　（4） 压力、温度等传感器：将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC和触摸屏。

　　（5） 电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。

　　3 系统特点

　　触摸屏监控器是90年代出现的新型可编程终端，是新一代高科技人机界面产品。适于在恶劣的工业环境中应用，作为人机界面可代替普通或工控计算机，具有交互性好，可靠性高，编程简单，与PLC联结简便等特点。触摸屏的主要功能有：

　　（1） 主要用于实时显示设备或系统在操作状态方面的实时信息。

　　（2） 触摸屏上的触摸按钮可产生相应的开关信号、数字信号（数值）、字符给PLC进行数据交换，从而产生相应的动作控制系统或设备的运行。

　　（3） 可多幅画面重叠或切换显示，显示图形、字符串、报警信息、历史记录、趋势图等。

　　4、PLC在系统中的作用

　　PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器、变频器及电磁阀等的动作，主要体现以下几方面的作用：

　　1） 初始化变量，设置自由通讯口协议和中断协议。

　　2） 与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对触摸屏输入的信息进行处理。

　　3） 完成数字量与模拟量的相互转换。

　　4） 逻辑控制及PID等运算。

　　5） 发送模拟（数字）等调节变频器的输出频率。

　　6） 通过USS4协议读写变频器内部参数。

　　7） 判错传递数据信息、报警信息等。

　　5、触摸屏画面设计

　　触摸屏画面由ProTool等专用软件进行设计，然后从支持工具（个人电脑）中下载到触摸屏即可使用。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。

　　（1） 主画面的设计

　　在支持工具上，创建一个欢迎页面或被控主系统画面作为主画面，该画面嫩进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些住要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大至的了结。

　　（2） 控制画面的设计

　　该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的最多，其具体画面数量由实际被控设备决定。

　　（3） 参数设置页面的设计

　　该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。

　　（4） 实时趋势页面的设计

　　该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数（如输出频率）等的实时状态。

　　（5） 信息记录页面的设计

　　该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。

　　（6） 节能画面的设计

　　该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。

　　6、结束语

　　在变频节能系统中采用触摸屏作为人机交互工具，简单直观，便于操作；提高了整个变频节能系统以及企业的硬件档次。随着微电脑技术的不断发展，触摸屏本身的成本也在不断的降低，再与PLC在系统中结合使用，在几乎未提高系统装置多少成本的前提下，就实现了整个被控系统的质的飞跃，这种结合必将更多的应用在未来的各种生产系统中，并成为自动化控制发展的一个亮点。