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1引言
隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)對自動(dòng)化程度的要求越來越高，大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)大多是基于以太網(wǎng)或其它總線，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)來監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程，智能儀表或PLC作為下位機(jī)直接控制生產(chǎn)工藝流程，構(gòu)成了二級計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。但對于控制界面內(nèi)容要求比較簡單的小型控制系統(tǒng)，如釆用以上系統(tǒng)就存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、占用空間大等缺點(diǎn)。針對上述問題，可以利用PLC通用靈活、可靠性高、擴(kuò)展能力強(qiáng)、易于編程等優(yōu)點(diǎn)，通過與觸摸屏結(jié)合使用實(shí)現(xiàn)上位監(jiān)控,觸摸屏代替上位工控機(jī)鍵盤和界面，完成對設(shè)備功能的設(shè)置、顯示、報(bào)警,PLC根據(jù)生產(chǎn)工藝要求直接對設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)又與充當(dāng)下位機(jī)的智能儀表通信，構(gòu)成二級自動(dòng)控制系統(tǒng)，完全能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制和控制參數(shù)的可視化。
2控制系統(tǒng)硬件組成及程序結(jié)構(gòu)
下面以一個(gè)實(shí)際的物品稱重系統(tǒng)來說明稱重二級控制方式。該控制系統(tǒng)選用松下電工生產(chǎn)的FP0-C14可編程序控制器和分辨率為128x64的GTO1微型觸摸屏以及上海寺岡電子有限公司生產(chǎn)的DI-200電子秤，另外還配有光電位置傳感器及電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸等,其完成的功能是實(shí)時(shí)檢測行走物品的重量，通過將直接設(shè)定目標(biāo)值與實(shí)際測得值進(jìn)行比較，然后執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作把不合格物品剔除?？刂葡到y(tǒng)硬件組成如圖1所示。

圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
PLC和觸摸屏組合共同作為上位機(jī)，它們各自有兩個(gè)通信端口。觸摸屏Tool口與計(jì)算機(jī)RS-232C口相連，COM口與PLC的Tool口相連，編程時(shí)利用觸摸屏的穿越功能,可以由計(jì)算機(jī)直接調(diào)試PLC11',即利用它們各自的編程軟件就可以在觸摸屏與PLC之間傳遞數(shù)據(jù)的同時(shí)，對PLC進(jìn)行調(diào)試。
電子稱重儀表作為下位機(jī)，用來完成對行走物品自動(dòng)稱重，它具擋板1光眼1電子秤光眼2滾輪推板光眼3擋板2有數(shù)據(jù)輸出速度快、精度高、穩(wěn)定性好、功能設(shè)定方便等特點(diǎn)，所擁有1的全透明、高效的網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口(RS-232C或RS-422),可實(shí)現(xiàn)PLC與儀表間完全的數(shù)據(jù)傳送和控制。
三級滾輪式傳送機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)物品在上行走，每級長500cm、寬450cm,它們具有獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。傳送機(jī)構(gòu)俯視圖如圖2所示。

中間級是稱重部分，它的滾輪和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)全部安裝在電子秤的上方，傳輸速度由變頻調(diào)速器控制，且可以任意設(shè)定。PLC的1/0控制端口分別連接位置傳感器和各類執(zhí)行元件，如霍爾光電傳感器和微型氣缸等，通過它們檢測物品位置，完成擋板的抬起、放下和推出、收回等動(dòng)作。
系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

3觸摸屏畫面設(shè)計(jì)
系統(tǒng)中使用GT01觸摸屏作為上位監(jiān)控，可以顯示現(xiàn)場信號、實(shí)時(shí)報(bào)警并對控制點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。GT01觸摸屏實(shí)際上是一個(gè)內(nèi)部含有CPU、內(nèi)存、總線控制器的專用單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其單片機(jī)可以通過串行接口與各種類型的PLC連接，實(shí)現(xiàn)串行通信囚。    .
GTWIN是觸摸屏編輯專用軟件，通過計(jì)算機(jī)可以編輯觸摸屏畫面。監(jiān)控系統(tǒng)由圖4所示的8個(gè)畫面組成。8個(gè)畫面之間建立了鏈接，同時(shí)觸摸屏上各類組件的內(nèi)存單元與PLC中數(shù)字存儲(chǔ)區(qū)的單元相關(guān)聯(lián),構(gòu)成系統(tǒng)整體監(jiān)控。

其中，系統(tǒng)初始畫面(圖4a)顯示控制系統(tǒng)的名稱，觸摸功能開關(guān)組件"開始”按鈕后，切換到操作狀態(tài)選擇畫面(圖4b);操作狀態(tài)選擇畫面包括參數(shù)“設(shè)置”和“運(yùn)行”按鈕，觸摸“設(shè)置”按鈕后切換到標(biāo)定方式選擇畫面(圖4c),它可以進(jìn)入重量標(biāo)定和上、下偏差修改畫面;在重量標(biāo)定畫面(圖4d),觸摸“測試”按鈕會(huì)在數(shù)據(jù)組件上顯示當(dāng)前被測樣品的數(shù)值，觸摸“修改”按鈕則切換到標(biāo)準(zhǔn)重量修改畫面(圖4e),觸摸“確定”按鈕返回到操作狀態(tài)選擇畫面;在標(biāo)準(zhǔn)重量修改畫面，利用“遞增”或“遞減”按鈕改變被測物品的標(biāo)準(zhǔn)重量目標(biāo)值，觸摸“確定”按鈕后該數(shù)值就被送入到PLC目標(biāo)值保存單元并返回到標(biāo)定方式選擇畫面；觸摸“偏差”按鈕后切換到上偏差修改畫面(圖4f),它可修改上限誤差值，觸摸“確定”按鈕后保存上偏差數(shù)據(jù)，同時(shí)畫面切換到下偏差修改畫面(圖4g);下偏差修改畫面可修改下限誤差值，觸摸“確定”按鈕后保存下偏差數(shù)據(jù)并返回到操作狀態(tài)選擇畫面，觸摸“運(yùn)行”按鈕就切換到系統(tǒng)運(yùn)行畫面(圖4h);在系統(tǒng)運(yùn)行畫面中，數(shù)據(jù)組件可顯示標(biāo)定值和實(shí)際測量值，同時(shí)通過燈組件可顯示測量值越限時(shí)的報(bào)警狀態(tài),根據(jù)燈組件的開與關(guān)的狀態(tài)就能確定報(bào)警原因。
4PLC與電子秤通信
PLC作為上位機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心,PLC與電子稱重儀表(下位機(jī))之間通過RS-232C通信電纜連接，雙方規(guī)定好串行異步通信協(xié)議并構(gòu)成主從式應(yīng)答關(guān)系，整個(gè)系統(tǒng)完全由PLC進(jìn)行管理。
4.1PLC系統(tǒng)寄存器的設(shè)置
用FPWINGR編程軟件對決定PLC串行通信規(guī)格的系統(tǒng)寄存器No.412-418進(jìn)行設(shè)置，其中將指定接收緩沖區(qū)起始地址的No.417設(shè)置為1000,指定接收緩沖區(qū)容量的No.418設(shè)置為20。

4.2通信應(yīng)答關(guān)系
PLC和電子秤之間的通信應(yīng)答關(guān)系如圖5所示。以PLC作為主機(jī)向從機(jī)電子秤發(fā)出命令后，電子秤按照預(yù)先設(shè)定的命令模式產(chǎn)生響應(yīng)，將實(shí)際的穩(wěn)定后的重量信息以ASCH編碼的格式傳送給PLC。電子秤通信文本數(shù)據(jù)格式見表1。

圖5通信應(yīng)答關(guān)系圖
4.3PLC發(fā)出命令、讀取數(shù)據(jù)
PLC用F0(MV)數(shù)據(jù)傳輸指令將被傳送的命令數(shù)據(jù)寫到從S+1(DT201)開始的區(qū)域，用Fll(COPY)塊傳輸指令將接收緩沖區(qū)清空，然后用F144(TRNS)串行通信指令將命令數(shù)據(jù)發(fā)出，同時(shí)PLC處于接收操作準(zhǔn)備狀態(tài)。    
[FOMV,H5.DT201]
[FllCOPY,HO,DT1000,DT1020]
[F144TRNS,DT200.K1]
在命令模式下，電子秤接收到PLC的命令數(shù)據(jù)后，其將測得的重量數(shù)據(jù)以先高位后低位的順序發(fā)出,數(shù)據(jù)格式如下：
xxx.xxxCRLF
其中x、.、CR和LF均代表自身的ASCH編碼PLC將傳送來的數(shù)據(jù)存放在接收緩沖區(qū)第2個(gè)字(DT1001)開始的區(qū)域中。在接收和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí),PLC將接收到的字節(jié)數(shù)自動(dòng)存儲(chǔ)在接收緩沖區(qū)首字(DT1000)中。稍加延時(shí)后，比較接收到的字節(jié)數(shù)，大于8時(shí)表明接收到的數(shù)據(jù)有效，然后提取有效數(shù)據(jù)位進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計(jì)算。
[>DT1000,K8]
[F76ABIN,DT1001,K3,DT500]
[F76ABIN,DT1003,K3,DT502]
[F89EXT,DT500]
25V的電解電容，DW1型號為1N5349,穩(wěn)定電壓12V;經(jīng)C2濾波,DW2穩(wěn)壓后為絕緣監(jiān)測、高電壓監(jiān)察、低電壓監(jiān)察三個(gè)電路的電壓比較器提供6V基準(zhǔn)電壓，C2濾波電容選用100P.F/16V電解電容，DW2可選1N4735,穩(wěn)定電壓6V。時(shí)、股、叼為三個(gè)電路的整定電位器，叩1為10K,IF2和JF3選用WX13-U-1W4.7KO帶自鎖的電位器。BG1-BG3為功率開關(guān)管MJF13005。
C3、C5濾波電容選用10p.F/160V電解電容，可以濾除因電位器抖動(dòng)而引起的毛刺電壓，防止繼電器誤動(dòng)作和在臨界點(diǎn)振蕩現(xiàn)象。C4為103瓷片電容，與R11組成低通濾波電路，去除高頻干擾，防止振蕩。本電路釆用兩塊集成芯片,IC1為光電耦合器，型號為4N35；IC2為LM324,內(nèi)含四個(gè)獨(dú)立的高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)放，可在單電源下工作，本電路為IC2提供的12V直流工作電源。
5結(jié)束語
本系統(tǒng)中PLC和觸摸屏的配合使用，省卻了大量現(xiàn)場的按鈕開關(guān)、指示燈等易耗配件，大大提髙了系統(tǒng)的可靠性，改善了PLC控制系統(tǒng)的操作性能，利用PLC和智能儀表構(gòu)成二級控制系統(tǒng)(也可釆用1：N鏈接方式)與上位工控機(jī)構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、安裝方便、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可廣泛用于各類小型自動(dòng)化檢測控制生產(chǎn)線。

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