基于可編程邏輯控制器和觸摸屏的搶答器設(shè)計(jì)

        摘要：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(shí)現(xiàn)搶答器的控制。與一般的控制方法相比，運(yùn)行更加可靠，操作更加直觀，更適合于的場合。
　　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(shí)現(xiàn)方法。
　　
　　l、觸摸屏
　　
　　20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)了一種新的人機(jī)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zui直觀的計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備，使用者只要觸摸屏幕上的圖形對象，計(jì)算機(jī)便會執(zhí)行相應(yīng)的操作，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，大大提高了計(jì)算機(jī)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?xí)r，所觸摸的位置(以坐標(biāo)形式)被觸摸屏控制器檢測，并通過串行通信接口送到計(jì)算機(jī)或PLc的CPU，CPU將此坐標(biāo)和觸摸屏上的各個(gè)圖形對象(代表特定的信息)的坐標(biāo)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(gè)部分。觸摸屏控制器(卡)的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給計(jì)算機(jī)或PLC的CPU，它同時(shí)能接收cPu發(fā)來的命令并加以執(zhí)行，例如直觀動(dòng)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zui多的是電阻式觸摸屏。
　　
　　觸摸屏有以下特點(diǎn)：
　　
　　a)觸摸屏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(dòng)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(shí)現(xiàn)某些動(dòng)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(gè)畫面可以設(shè)置不同大小和個(gè)數(shù)的按鍵，每個(gè)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(diǎn)和輸出點(diǎn)。
　　
　　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(shí)現(xiàn)觸摸屏與計(jì)算機(jī)或PLc之間的通信，只要對通信參數(shù)進(jìn)行簡單的設(shè)置，用戶不用編寫通信程序。在生成畫面時(shí)將圖形對象與控制器中的存儲器地址起來，就可以實(shí)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(dāng)。
　　
　　2、搶答器的控制要求
　　
　　設(shè)計(jì)1個(gè)4個(gè)參賽組的搶答器，主持人通過觸摸屏監(jiān)控比賽的進(jìn)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(dāng)開始燈(綠燈)亮之后，才允許參賽組進(jìn)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(jìn)行搶答，則視為搶答違規(guī)。此時(shí)，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(shí)，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(jìn)行搶答，數(shù)碼管顯示先搶到的參賽組的序號，同時(shí)，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(shí)間，回答問題必須在20s內(nèi)完成，超時(shí)按錯(cuò)誤論處。當(dāng)時(shí)間進(jìn)行到lOs時(shí)，紅燈亮，提示搶答者"抓緊時(shí)間";當(dāng)時(shí)間進(jìn)行到20s時(shí)，紅燈亮，同時(shí)蜂鳴器不間斷地嗚叫，提示搶答者"答題超時(shí)"，同時(shí)，觸摸屏顯示"答題超時(shí)"信號及"答題超時(shí)"組號。
　　
　　f)答對一題加10分，答錯(cuò)一題、答題超時(shí)或違規(guī)一次扣10分，按積分的多少論勝負(fù)。
　　
　　其中，加分和減分靠現(xiàn)場工作人員手動(dòng)翻動(dòng)記分牌進(jìn)行計(jì)分，其余功能靠PLc控制實(shí)現(xiàn)。
　　
　　3、搶答器的軟硬件設(shè)計(jì)
　　
　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，綜合控制點(diǎn)數(shù)，本裝置選擇三菱.FXOS-30MR型PLc，它特別適合于小型單機(jī)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(jī)界面，能以圖形界面方式實(shí)現(xiàn)各種工作狀態(tài)的顯示，并具有使用方便、人機(jī)對話界面友好、組態(tài)技術(shù)易掌握、與PLC可進(jìn)行良好通信的功能。三菱F940GOT-LWD-c型觸摸屏含有兩個(gè)通信接口：RS-232C接口，與裝有畫面制作軟件的計(jì)算機(jī)通信(上載、下載畫面);RS一422接口，與PLC通信(通過畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC的運(yùn)行)。
　　
　　3.1觸摸屏畫面設(shè)計(jì)
　　
　　本文中的觸摸屏操作畫面是用三菱公司的畫面制作軟件SWOPC-FXDU/wIN-c制作的。
　　
　　為了達(dá)到用觸摸屏操作畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控PLc運(yùn)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。　　　　
　　觸摸屏操作畫面制作完成后，再通過計(jì)算機(jī)的RS-232C串行通信口將操作畫面下載到觸摸屏中。
　　
　　3.2PLC硬件配置
　　
　　3.2.1PLC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(diǎn);4個(gè)參賽組共4個(gè)搶答按鈕，因此，PLc應(yīng)該配置4個(gè)輸入點(diǎn)。
　　
　　b)輸出端：采用1個(gè)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(dòng)，占7個(gè)輸出點(diǎn);再加上1個(gè)綠燈、1個(gè)紅燈、1個(gè)蜂鳴器共3個(gè)負(fù)載，因此，PLC應(yīng)該配置10個(gè)輸出點(diǎn)。另外，PLC與觸摸屏之間只要連接的通信電纜便可以。　　
　　3.2.2PLC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。
　　
　　3.2.3PLC的外部接線
　　
　　PLC的外部接線如圖3所示。　　
　　3.3軟件設(shè)計(jì)
　　
　　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(jì)
　　
　　1)設(shè)計(jì)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(diǎn)是：顯示先搶答者的信息，同時(shí)屏蔽后搶答者;屬于順序步進(jìn)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(jì)
　　
　　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?yàn)橛身樞蚬δ軋D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(shí)現(xiàn)控制，不僅可以節(jié)省PLC的I/O點(diǎn)、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(yùn)行可靠性，而且可以在短時(shí)間完成友好、直觀、實(shí)用的觸摸屏監(jiān)控畫面，因此值得大力推廣。