基于可编程逻辑控制器和触摸屏的抢答器设计

引 言

　　本文提出了一种新的控制方法--用触摸屏和PLc(可编程逻辑控制器)实现抢答器的控制。与一般的控制方法相比，运行更加可靠，操作更加直观，更适合于高档的场合。

　　本文以三菱F940GOT-LwD-c型触摸屏和三菱FXOS_30MR型PLc控制4路抢答器为例，介绍具体的实现方法。
 

　　l触摸屏

　　20世纪90年代初出现了一种新的人机交互技术--触摸屏技术，触摸屏便是这种技术的具体体现。触摸屏是一种最直观的计算机的输入设备，使用者只要触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作，这样就摆脱了键盘和鼠标操作，大大提高了计算机的可操作性。 触摸屏的基本原理是：用户用手指或其他物体触摸触摸屏时，所触摸的位置(以坐标形式)被触摸屏控制器检测，并通过串行通信接口送到计算机或PLc的CPU，CPU将此坐标和触摸屏上的各个图形对象(代表特定的信息)的坐标相对比，从而确定输入的信息。

　　触摸屏系统一般包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置两个部分。触摸屏控制器(卡)的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给计算机或PLC的CPU，它同时能接收cPu发来的命令并加以执行，例如直观动态地显示开关量和模拟量。触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制器(卡)。

　　触摸屏有以下5种类型：电阻式、电容式、红外线式、声波式或近场成像式。现在用得最多的是电阻式触摸屏。

　　触摸屏有以下特点：

　　a)触摸屏用专用的画面制作软件生成画面。画面的生成是可视化的，不需要用户编程。在画面中用文字或图形动态地显示PLc中开关量的状态和数字量的数值，还可以实现某些动画功能。通过各种输入方式，将操作人员的开关量命令和数字量设定值传送到PLC。

　　b)触摸屏的按键在屏幕上的画面中。每个画面可以设置不同大小和个数的按键，每个按键均可以设置有明确意义的文字或图形提示。

　　c)用触摸屏上的软元件代替硬件按钮和指示灯等外部元件，可以节省PLC的输入点和输出点。

　　d)触摸屏的画面制作软件带有丰富的图库。使用图库中的元件，可以快速方便地生成各种画面。 e)为了实现触摸屏与计算机或PLc之间的通信，只要对通信参数进行简单的设置，用户不用编写通信程序。在生成画面时将图形对象与控制器中的存储器地址联系起来，就可以实现PLC与触摸屏之间的通信。

　　f)触摸屏可以在恶劣的工业现场环境使用，其稳定性和可靠性与PLC相当。

　　2抢答器的控制要求

　　设计1个4个参赛组的抢答器，主持人通过触摸屏监控比赛的进行。为了方便观众了解比赛情况，抢答器应设置必要的显示。抢答器的功能如下：

　　a)比赛开始之前，主持人要按一次触摸屏上的复位按钮，使所有参赛组的显示均灭。 b)比赛开始后，主持人要按一次触摸屏上的开始按钮，当开始灯(绿灯)亮之后，才允许参赛组进行抢答。

　　c)比赛开始后，如果参赛组在开始灯(绿灯)亮之前按下按钮进行抢答，则视为抢答违规。此时，蜂鸣器以1次/s的频率呜叫，数码管显示参赛组的序号，同时，触摸屏显示违规组号及抢答违规信号。

　　d)比赛开始后，如果参赛组在开始灯(绿灯)亮之后按下按钮进行抢答，数码管显示先抢到的参赛组的序号，同时，触摸屏显示答题组号及答题信号，然后主持人请此参赛组回答问题。

　　e)为了控制比赛时间，回答问题必须在20 s内完成，超时按错误论处。当时间进行到lO s时，红灯亮，提示抢答者"抓紧时间";当时间进行到20 s时，红灯亮，同时蜂鸣器不间断地呜叫，提示抢答者"答题超时"，同时，触摸屏显示"答题超时"信号及"答题超时"组号。

　　f)答对一题加10分，答错一题、答题超时或违规一次扣10分，按积分的多少论胜负。

　　其中，加分和减分靠现场工作人员手动翻动记分牌进行计分，其余功能靠PLc控制实现。

　　3抢答器的软硬件设计

　　根据系统的控制要求，综合控制点数，本装置选择三菱.FXOS-30MR型PLc，它特别适合于小型单机且仅需要开关量控制的普通设备。 触摸屏选用三菱F940GOT-LwD-C型图形操作终端，它是基于PLC的软硬一体人机界面，能以图形界面方式实现各种工作状态的显示，并具有使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC可进行良好通信的功能。三菱F940GOT-LWD-c型触摸屏含有两个通信接口：RS-232C接口，与装有专用画面制作软件的计算机通信(上载、下载画面);RS一422接口，与PLC通信(通过画面实时监控PLC的运行)。

　　3.1触摸屏画面设计

　　本文中的触摸屏操作画面是用三菱公司专用的画面制作软件SWOPC-FXDU/wIN-c制作的。

　　为了达到用触摸屏操作画面实时监控PLc运行的目的，必须将操作画面中的图形对象与PLC中的编程软器件联系起来。触摸屏操作画面的组态如表1所示。根据表l所制作的触摸屏操作画面如图1所示。

图1 触摸屏操作画画

　　触摸屏操作画面制作完成后，再通过计算机的RS-232C串行通信口将操作画面下载到触摸屏中。

　3.2 PLC硬件配置

　　3.2.1 PLC的I/O分析

　　a)输入端：主持人开始和复位按钮由触摸屏操作画面中的开始和复位触摸键代替，不占PLC的输入点;4个参赛组共4个抢答按钮，因此，PLc应该配置4个输入点。

　　b)输出端：采用1个共阴极的七段数码管(见图2)显示参赛组的序号，七段数码管直接由PLc输出端驱动，占7个输出点;再加上1个绿灯、1个红灯、1个蜂鸣器共3个负载，因此，PLC应该配置10个输出点。另外，PLC与触摸屏之间只要连接专用的通信电缆便可以。

　　3.2.2 PLC的I/O地址分配

　　1)输入地址分配：

　　X1：l#抢答者按钮SBl;X2：2#抢答者按钮SB2;

　　x3：3#抢答者按钮SB3;X4：4#抢答者按钮SB4;

　　2)输出地址分配：

　　Y0：七段数码管a段;Y1：七段数码管b段;

　　Y2：七段数码管c段;Y3：七段数码管d段;

　　Y4：七段数码管e段;Y5：七段数码管f段;

　　Y6：七段数码管g段;Y7：蜂鸣器HA;

　　Y10：绿灯L1; Y11：红灯L2。

3.2.3 PLC的外部接线

　　PLC的外部接线如图3所示。

3.3软件设计

　　3.3.1 工作流程

　　根据控制要求，绘制抢答器的工作流程图。如图4所示。

　　3.3.2程序设计

　　1)设计方案

　　根据抢答器的控制要求和工作流程图，可知抢答器的特点是：显示先抢答者的信息，同时屏蔽后抢答者;属于顺序步进控制。因此，应该选用选择性分支结构复合循环结构的顺序功能图来编程。

　　2)状态继电器S分配

　　S0：初始状态;S10：开始状态;s11：第1组违规状态;S12：第2组违规状态;S13：第3组违规状态：s14：第4组违规状态;S15：第1组答题状态;S16：第2组答题状态;s17：第3组答题状态;s18：第4组答题状态。

　　3)七段数码管显示程序设计

　　显示"1"：输出Y1、Y2;

　　显示"2"：输出Y0、Y1、Y3、Y4、Y6：

　　显示"3"：输出Y0、Yl、Y2、Y3、Y6：

　　显示"4"：输出Y1、Y2、Y5、Y6。

　　4)顺序功能图程序

　　顺序功能图程序加图5所示。

　　5)梯形图程序

　　因为由顺序功能图程序转化对应的梯形图程序，有固定的模式，所以在此略去。

　　4结束语

　　用触摸屏结和PLC实现控制，不仅可以节省PLC的I/O点、省略传统的按钮、按键和指示灯等，减少布线，提高控制系统的运行可靠性，而且可以在短时间完成友好、直观、实用的触摸屏监控画面，因此值得大力推广。