實現觸摸屏和PLC之間數據通信的方案

　　1、系統組成及設備之間的通信方式
　　
　　1.1系統組成
　　
　　系統由昆侖通態TPC7063E觸摸屏、西門子S7-300模塊，以及用于兩者之間數據轉換的PCAdapter等組成。TPC7063E不僅具有與眾多硬件交互功能，它可以方便地讀寫各種PLC、智能儀表、智能模塊、變頻器等工控設備的數據，而且還具有強大的網絡通信功能，支持串口通信及以太網通信方式。西門子S7-300模塊用來完成數據采集、處理以及輸入輸出控制功能。PCAdapter完成將MPI通信信號轉換為RS232串口信號，從而完成MPI數據通信功能。
　　
　　1.2觸摸屏與PLC之間的通信方式
　　
　　觸摸屏與S7300PLC之間采用MPI通信方式。
　　
　　MPI是多點接口（MultiPointInterface）的簡稱，是西門子公司開發的用于PLC之間通訊的保密的協議，它的物理層是RS-485。MPI通訊是當通信速率要求不高、通信數據量不大時，可以采用的一種簡單經濟的通訊方式。MPI網絡的通信速率為19.2Kbps~12Mbps，zui多可以連接32個節點。MPI網絡有一個網號，在組建MPI網絡前，要為每一個節點分配一個MPI地址和1個zui高MPI地址，使所有通過MPI連接的節點能夠相互通信。PLC通過此接口建立與觸摸屏TP7063E通信。STEP7的用戶界面提供了通信組態功能，使通信的組態比較簡單。
　　
　　MCGS嵌入版組態軟件支持TPC7063E觸摸屏。其內的提供的S7300_400MPI構件用于MCGS軟件通過MPI適配器讀寫西門子S7-300/400系列PLC設備的各種寄存器。驅動類型為串口子設備，須掛接在“通用串口父設備”才能工作，通信協議為MPI，通信方式為一主一從通令方式。驅動構件為主，PLC設備為從。
　　
　　2、系統設計與驗證
　　
　　為了驗證系統運行的可靠性，本方設計了一個控制系統。它由3部分組成，
　　
　　①現場級設備。包括溫度、壓力、水位傳感器以及水泵運行控制柜；
　　
　　②PLC處理級設備。它們完成數據的下載、處理及通信功能，主要包括電源模塊1、CPU模塊2、以太網模塊3和模擬模塊4；
　　
　　③管理級設備。主要是采用昆侖通態的TPC7063E觸摸屏，主要負責現場級設備數據的監測和控制。
　　
　　系統整體結構如圖1所示。　　
　　通過S7-300PLC與昆侖通態TPC7063E觸摸屏的MPI通信，控制系統方案要求實現以下基本功能：
　　
　　（1）觸摸屏上的儀表可以顯示溫度、壓力、及水位值；
　　
　　（2）通過操作觸摸屏上的開閥、關閥命令，實現對水泵的控制；
　　
　　（3）通過操作起停按鈕，觸摸屏能正確反映各點的變化情況；
　　
　　（4）在觸摸屏上輸入設定的水位值，如果超過設定水位，開泵，反之關泵；
　　
　　（5）可以設定系統時間，并啟動時間，以便正確顯示年月日時分秒。
　　
　　2.1系統實現
　　
　　（1）硬件連接
　　
　　MCGS軟件與設備通訊之前，必須保證通訊連接及適配器正確。通訊時，要使用標準西門子MPI適配器與上位機RS232口通訊。工程中常用的西門子MPI適配器有2種型號，分別為6ES7972-0CA23-0XA0和6ES7972-0CA20-0XA0。適配器的串口通訊的波特率可通過適配器上的DIP開關進行設置，且必須與上位機SetPG/PC中PCAdapter的本地連接設置一致。在與TPC7063E通訊前，根據需要附加通訊電纜與適配器的連接。其接線如圖2所示。　　
　　（2）通信參數的設置
　　
　　在硬件組態時，通過點擊CPU的屬性按鈕來設置MPI屬性，包括站地址和通信速率，主站驅動構件的站地址為0，從站PLC站地址為2，zui高站地址為31，通信速率為187.5kbps。運行STEP7編程軟件，選擇主菜單的選項->設置PG/PC接口。選擇PCAdapter（MPI），彈出通訊接口參數配置框，選擇“本地連接”選項卡。設置本機串口的通訊參數，需要與MPI適配器的DIP撥碼開關設置對應。此處設置連接到COM1，傳輸速率19200。
　　
　　上位機組態時，需要設置“通用串口父設備”和“西門子S7-300/400子設備”參數。父設備的通訊波特率為19200，數據位數為8，停止位為1，奇偶校驗位為奇校驗。子設備中需將PLC站地址設置為2，PLC槽號為2，PLC機架號為0，通信響應時間為800ms。通訊所用幀格式為格式A，本站地址為0，網絡傳輸率為187.5kbps。zui高站地址仍為31。
　　
　　對于系統的通訊狀態，用戶可以在采集通道中查閱通訊狀態值找出通信失敗的原因，這樣對于維護系統作用重大，當通信狀態值為0時，表示當前通訊正常。
　　
　　（3）程序部分
　　
　　本系統PLC中包括模擬量采集程序、系統時間的設置和顯示程序以及控制程序。模擬量采集程序實現水位、壓力、溫度信號的輸入、轉換及采樣記錄。
　　
　　傳感器由于輸出的是模擬信號，比如說4~20ma，0~5V或者0~10V。輸出模擬量送到PLC模擬量輸入口中，通過數模轉換，完成數字量的轉換，實現程序。
　　
　　根據實際情況，微調傳感器，通過PLC中的存儲器將模擬數據送到觸摸屏上顯示。系統時間設置和顯示時間程序通過調用PLC內部的時鐘函數SFC0與SFC1，實現在觸摸屏上完成系統時間的設定，并顯示出來。控制程序通過觸摸屏對電磁閥進行遠程操作。
　　
　　（4）上位機部分
　　
　　在該系統中觸摸屏主要用于設置系統參數、顯示數據、控制外設運行。用戶可以通過在觸摸屏上設置系統參數，然后通過MPI接口將數據傳遞到PLC中，PLC就會記憶設置的數據并按照給定的參數運行程序，實現系統的可調可控，并將設備的運行反饋信號傳輸到顯示屏上。觸摸屏將傳感器采集的數值讀回到交互畫面上，主要包括水泵電機的溫度值，出水口的壓力值以及水倉水位的液位值，系統會以此數據作為水泵運行的條件。用戶可以通過觸摸屏實現對水泵的操作，系統也會依據水位高低變化，完成高水位自動起泵和低水位自動停泵的功能。
　　
　    3、系統應用
　　
　　MPI接口是西門子S7300PLC通用通信接口，RS232接口是觸摸屏上常用接口。實現兩者的通信，對于完成系統自動化控制意義重大。該通訊方式已在大中型煤礦的主井排水項目中得到廣泛應用。
　　
　    4、結語
　　
　　本系統組合應用了觸摸屏TPC7063E與西門子S7-300PLC，通過MPI實現數據的可靠通信。這樣做不僅減少了電器元件的數量，省去了復雜的電氣接線，使設備的檢修更加方便，而且操作界面更加人性化，更容易實現電動設備監測控制。