摘要

        本文介紹在某食品加工生產(chǎn)線中使用的富士觸摸屏和西門子PLC組成的Profibus網(wǎng)中如何建立通訊連接转傍，以及觸摸屏組態(tài)軟件的設計，并且就其中出現(xiàn)的一些問題進行了分析哮怯，最后給出了解決方案糜实。

        引言

　　隨著計算機網(wǎng)絡及現(xiàn)場總線技術(shù)技術(shù)的發(fā)展，PLC及觸摸屏在工業(yè)控制和樓宇自動化中的應用非常廣泛∥Ｊ現(xiàn)場總線技術(shù)及其總線接口模塊错这、智能儀表、控制設備等組成的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成為當前自動化技術(shù)發(fā)展的一個重要方向赐匕。在工控領(lǐng)域妄午，PLC與觸摸屏結(jié)合運用的技術(shù)已越來越為工程人員所了解與熟悉 ,由于觸摸屏具有操作簡便、界面美觀直接背零、編程容易掌握腰吟、與PLC通訊良好、抗干擾能力強等等特點 ,它正迅速地滲入各個行業(yè) ,發(fā)揮自動化控制的最大優(yōu)勢徙瓶。

　　PROFIBUS提供了兩種通信協(xié)議：DP蝎困、FMS，富士UG系列的觸摸屏支持其中的DP協(xié)議倍啥。富士觸摸屏具有很強的兼容性禾乘，可以與近30個廠家的PLC通訊澎埠，兼容性極強，而且還可以和計算機通訊（開放式通訊協(xié)議）始藕。

　　通過接口單元蒲稳、UG031-P通訊卡及總線的連接，UG觸摸屏可以作為從站和作為主站的西門子的S7-300或S7-400系列的PLC通信（網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意見圖一）伍派。

        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本文的背景為某食品加工廠某控制系統(tǒng)包括原料混料線江耀、薯餅生產(chǎn)線、包裝線等構(gòu)成的主線系統(tǒng)诉植，以及蒸汽鍋爐系統(tǒng)祥国、水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)蘑砖、照明系統(tǒng)初瓜、通風系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等構(gòu)成的輔助系統(tǒng)烘豌。各系統(tǒng)位置比較分散寺董，控制點較多，其中包括140多臺電機人杜，29臺變頻器伙二，15個溫濕度控制點叹匹。

　　由于系統(tǒng)比較復雜，控制采取分層控制策略崔三，由兩臺上位機完成工廠級的監(jiān)控及數(shù)據(jù)管理功能挺寒，觸摸屏和PLC完成現(xiàn)場級的控制，采用Profibus現(xiàn)場總線的方式進行通訊软旁。上位機留有接口珊煌，可連接局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，以利于進一步的開發(fā)价恨。其中數(shù)字輸入點有900多點细层，數(shù)字輸出有400多點惜辑，模擬量輸入20 個唬涧。

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    下面以這個食品加工廠為例，組成一個集中控制系統(tǒng)盛撑，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖二所示碎节。

　　其中PLC（1）用于主系統(tǒng)，PLC（2）用于輔助系統(tǒng)抵卫。輔助系統(tǒng)的組成與主系統(tǒng)相似狮荔，因此圖中省略了其構(gòu)成。PLC選用S7-300系列的 CPU315-2DP和S7-200系列的CPU226介粘，PID模塊為FM355C殖氏，通訊模塊為CP342-5晚树，擴展模塊為IM153-1，I/O模塊則使用到：數(shù)字輸入模塊選SM321雅采、數(shù)字輸出為SM322爵憎、模擬量輸入為SM331。上位機選用西門子的工控機婚瓜，它內(nèi)置了PCI接口的CP5611卡用于與PLC通訊宝鼓。

　　選用S7-300系列的CPU315-2DP是為了能進行擴展I/O模塊以滿足控制點數(shù)的要求，而用于擴展的IM模塊的選型則是依據(jù)IM模塊與中央控制器CPU315-2DP的距離拖见。

　　由于所有的I/O模塊均放在同一組控制柜里乾爆，因此選用了通訊距離在5米范圍內(nèi)的IM153-1[1]。當IM模塊與中央控制器的距離較遠時可以選擇通訊范圍為100米的型號的IM模塊滓莱。

　　觸摸屏選用富士UG420H-SC1舆伺，10.4英寸、128色STN顯示从巾，基于Windows95/98/NT操作平臺下的專用組態(tài)軟件懦诸，界面友好直觀，易學易用趣临，大大節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)周期赖谷。編程軟件中備有大量的圖形庫（開關(guān)、燈幸膨、棒圖等）供選擇滥氏，還可以根據(jù)用戶需求編輯所需要的工藝圖形，能夠轉(zhuǎn)換BMP 文件和AUTOCAD中的DXF文件慷甩。

    觸摸屏的通訊設置及界面設計

　　在硬件連接完成后妈踊，需要在組態(tài)軟件中指定系統(tǒng)的硬件配置以及設置一些通信參數(shù)等等。首先制定所使用的觸摸屏的類型泪漂，這里選擇默認的 UG420（640＊480 10.4inches）;下一步指定和觸摸屏通訊的PLC類型及型號廊营，這里選SIEMENS S7-PROFIBUS;最后一步指定系統(tǒng)參數(shù)，首先是讀區(qū)和寫區(qū)萝勤，讀區(qū)是指作為從PLC讀入數(shù)據(jù)的緩沖露筒，如果系統(tǒng)中需要顯示趨勢圖的話那么讀區(qū)應當設大一些，一般設1000個字就可以了敌卓，寫區(qū)用于顯示存儲屏幕的狀態(tài)慎式、頁碼、畫面層疊以及報警狀態(tài)等等趟径。另外在對話框No.of Word Setting for I/O中需要指出觸摸屏的MPI地址瘪吏，以及傳輸?shù)膸L度，MPI地址在PLC的硬件組態(tài)里已經(jīng)定義好了蜗巧，兩者必須一致掌眠，否則會出現(xiàn)通信錯誤蕾盯。另外幀長度為32字節(jié);奇偶校驗為奇校驗;數(shù)據(jù)長度8位;停止位1位;通訊方式RS-485。

　　UG00S-CW具有非常完善而強大的組態(tài)功能孤批，在開發(fā)組態(tài)的時候就肪，開發(fā)者可以不去考慮通信協(xié)議的問題，因為富士公司已經(jīng)將這一切的技術(shù)細節(jié)都屏蔽掉了号蒙，它具有智能的尋址功能赊设。在建立一個按鈕時，這個按鈕在PLC中的預先有定義（在西門子PLC中物坝，無論是數(shù)字量還是模擬量的定義都是在DB塊中）未奋。假設這個按鈕的地址是DB2.DBX2.0（它的含義是第2個DB塊中第2個字節(jié)的第0位），觸摸屏中按鈕的地址應表示為DB2：2-0妖职。我們可以看到冻绊，除了地址的書寫方式有所不同以外，你幾乎無需作其他的工作歇懂，你無需去定義變量瓷忙、更無需去理會通信的幀結(jié)構(gòu)等等。

　　對于模擬量同樣如此晃尖，只不過在模擬量中你需要指出模擬量所占的字節(jié)個數(shù)泵网，其他的同數(shù)字量一樣簡單。

　　可以說撑蚌，UG00S-CW在處理基本的模擬數(shù)字量的時候非常簡單上遥、方便，但是在處理一些較為復雜的情況時卻遇到了意想不到的問題争涌。在這個食品生產(chǎn)線的集中控制系統(tǒng)粉楚，其中就涉及到富士觸摸屏和西門子PLC中的通信格式的兼容問題。

　　系統(tǒng)中有些PID控制的模擬量需要用趨勢圖來顯示亮垫，UG00S-CW中顯示趨勢圖并不復雜模软，首先點一下趨勢圖的圖標，在彈出的對話框中選擇趨勢圖的類型饮潦，然后選擇每條曲線對應的地址即可燃异。但是在聯(lián)機調(diào)試時卻總是出現(xiàn)comunication error（通信錯誤）信息，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)問題出在趨勢圖上害晦，如果將趨勢圖從程序中去掉特铝，則一切正常暑中，后來我就嘗試先將西門子PLC中的對應的模擬量數(shù)據(jù)讀入觸摸屏的緩沖（即內(nèi)部存儲區(qū)）壹瘟，然后將趨勢圖每條曲線的地址改為對應的內(nèi)部地址。經(jīng)過聯(lián)機調(diào)試鳄逾，發(fā)現(xiàn)不再出現(xiàn)comunication error信息宽剪，但是趨勢圖的曲線的顯示卻極不正常锭鸣。經(jīng)過觀察，發(fā)現(xiàn)除了當模擬量的值為零時曲線顯示正常葵张，而為非零時曲線則指向無窮大局限。這個問題曾讓筆者百思不得其解，后來終于想到有可能是西門子PLC和富士觸摸屏在存儲格式上可能會不兼容哀擒。原來富士觸摸屏中趨勢圖中的模擬量一般都是雙字（4字節(jié)）棵辟，它從西門子PLC讀取的順序是將第一字讀為高字，第二個字讀為低字讳董，而西門子PLC中模擬量的存儲為先存低字再存高字渗蚁，這樣富士觸摸屏從西門子PLC中讀入的數(shù)據(jù)剛好都是高低字顛倒的。因為一般模擬量的值都比較小豺章，所以高字都為零尖洞，這樣相當于將原來的值乘了一個2的16次方的數(shù)，遠遠超過了模擬量的上限搅厕，所以才出現(xiàn)了以上情況煞秤。

　　為了解決以上問題，需要將PLC中的數(shù)據(jù)讀入吉捶，然后依次高低字顛倒夺鲜，然后再將趨勢圖的曲線地址指向存儲修正數(shù)據(jù)的內(nèi)部地址即可。為了完成這個功能呐舔，需要用到UG00S-CW的宏指令谣旁，富士UG00S-CW平臺提供了豐富的宏命令集，

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    主要有以下幾類：

　　屏幕類滋早，當打開一個界面時可執(zhí)行的OPEN macro榄审，當關(guān)閉一個界面時可執(zhí)行的 CLOSE macro，當打開一個界面后不斷循環(huán)執(zhí)行直到這個界面關(guān)閉為止時停止的 CYCLE macro杆麸。

　　按鈕類搁进，當按下一個按鈕時可執(zhí)行的 ON macro和當松開一個按鈕時可執(zhí)行的 OFF macro。

　　宏模式昔头，即宏指令程序段受某一個比特位的控制饼问，當這一位為1時執(zhí)行，為0時停止揭斧，這個比特位可以是PLC中的地址莱革，也可以是觸摸屏的內(nèi)部地址。

　　富士UG00S-CW的宏命令集和匯編語言非常相似焊握，不過此外還增加了許多系統(tǒng)命令功能和輔助功能揣洁，使得開發(fā)程序更加方便快捷。觸摸屏中的存儲格式是字，地址用$u來表示铭轩，例如$u1000就表示第1000個字益丘，$u1000-14就表示第1000個字的第14位，觸摸屏中沒有用來表示字節(jié)的地址表示方式薯摩。在這個食品生產(chǎn)線上有多個PID控制回路冲取，每個回路對應一個趨勢圖，以第一個回路為例猪破，它占用Buffer1（最多有12個Buffer可供使用）趨勢圖有三條曲線PV鄙吗、SP、OP滓乡，它們所對應的PLC地址分別為DB10：DBD0臊渴，DB10：DBD4， DB10：DBD8巍碍，然后將調(diào)整后的地址存入定為$u500～$u505尸诽，程序段如下：

　　/＊首先將模擬量讀入觸摸屏內(nèi)部，使用塊賦值BMOV指令盯另，即將DB10：DBD0～ DB10： DBD8賦值到$u500～$u505＊/

　　$u500=DB0010：0000 C：12（BMOV）

　　//下面將各個量的高字和低字顛倒

　　$u600=$u500 （W）

　　$u500=$u501 （W）

　　$u501=$u600 （W）

　　$u602=$u502 （W）

　　$u502=$u503 （W）

　　$u503=$u602 （W）

　　$u604=$u504 （W）

　　$u500=$u505 （W）

　　$u505=$u604 （W）

　　然后將此程序段拷貝到每一屏幕的CYCLE macro中性含，然后將buffer地址初始地址指向$500，抽樣模式定為：Constant Sample鸳惯，曲線條數(shù)（即No. of Word）定為3條商蕴，存儲長度為500，其他的設置為默認值芝发，趨勢圖中對應三條曲線的地址改為$u500,$u502,$u504绪商，這樣才能保證觸摸屏中的數(shù)據(jù)和PLC中的數(shù)據(jù)同步更新。將程序下載到觸摸屏辅鲸，經(jīng)過聯(lián)機測試格郁，一切正常。

    結(jié)束語

　　富士觸摸屏以及西門子PLC由于其產(chǎn)品具有很高的穩(wěn)定性独悴，而且在軟件開發(fā)上非常高效快捷例书，因此在工控方面，兩者相結(jié)合是一個很不錯的選擇刻炒，能夠充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點牢星。但是由于兩者畢竟不是同一廠商，所以難免會在某些細節(jié)的兼容性上會有紕漏里捌，這是我們在設計工控系統(tǒng)時特別要注意的地方隐鬼，硬件漏洞軟件補是 IT界永恒不變的方法，在開發(fā)商還沒有使他們的產(chǎn)品盡善盡美之前型吃，我們應當運用我們自己的智慧來完善我們的系統(tǒng)柱丐。

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