基于觸摸屏的PLC教學改革與研究

（天津天獅學院信息科學與工程學院，天津 300000）

0 引言

可編程邏輯控制器是自動化專業的核心課程之一，針對PLC教學過程中出現的問題，進行教學改革，以觸摸屏與PLC相結合，以工程項目仿真實施針對性課題的教學。

1 PLC與觸摸屏的簡介

PLC是以數字運算操作進行相關控制的電子系統，中文名為可編程邏輯控制器。PLC集數據采集與監控功能、通信功能、高速度數字量信號智能控制功能等高端技術于一身，使其不可動搖地成為控制系統的核心。在現在的PLC行業中，S7-200系列PLC是德國西門子電氣公司所生產的比較實用的產品之一，廣泛應用于小型控制系統中[1]。

觸摸屏是一個可編程終端，使控制系統更人性化、人機交互更方便快捷。西門子觸摸屏面板TP177A是免維護設計，背光顯示屏使用壽命長，帶有現成的圖形對象等特點。其使用方便，操作簡單，性價比高，適用于機器與設備的操作控制與監控。

2 觸摸屏與PLC相結合的教學構思

PLC的控制對象大多數都是龐大的工業設備，存在于復雜的現場環境，引進實驗室不太現實，但是如果用計算機、觸摸屏等設備對被控對象進行仿真，模仿被控對象的運動過程，學生可以對控制過程有一個感性認識，在降低教學成本的同時，并沒有降低教學的質量。觸摸屏技術是現今發展很快的高新技術，將觸摸屏引入到PLC實驗中，通過觸摸屏的仿真軟件制作被控對象，之后將PLC和觸摸屏進行通信連接，這樣，在觸摸屏上既可以控制PLC，也可以顯示由PLC控制的被控對象的動作過程。文中提出了通過模擬仿真和觸摸屏技術來模擬被控對象的新型PLC的模式作為學生的畢業設計，從而為學生提供一個很好的實踐操作平臺，在直觀形象地完成畢業設計的前提下，也為學校節約了大量的經費和維護設備的人力。

3 自控飛鋸監控系統的實現

以自控飛鋸監控系統為例，是利用觸摸屏和PLC相結合的典型應用。課題主要利用西門子S7-200 PLC與觸摸屏對自控飛鋸切割機的控制系統設計，在設計飛鋸控制系統的同時，繪制自控飛鋸的PLC外部原理接線圖和電氣總接線圖，而在飛鋸監控系統設計中，主要采用高速計數器和旋轉編碼器來控制飛鋸自控運行，利用旋轉編碼器發送到PLC的脈沖信號，來計算速度，根據飛鋸切割機的工作原理編寫PLC程序，組態飛鋸的觸摸屏畫面，然后下載到PLC和觸摸屏進行模擬運行[2]。

3.1 自控飛鋸監控系統的硬件配置

自控飛鋸變頻節能控制系統中所需要接點輸入輸出端口共22個。根據PLC的I/O點和控制內容繪制自控飛鋸監控系統的PLC原理接線圖，在西門子S7-200PLC中CPU226高速計數器HSC0通道對應的PLC輸入點為I0.0、I0.1和I0.2，HSC1通道對應的PLC輸入點為I0.6、I0.7和I1.0。

在自控飛鋸的控制過程中，主要是利用小電流信號控制大電流的形式，由西門子S7-200PLC輸出控制中間繼電器KA，再由中間繼電器KA的觸點控制交流接觸器的線圈吸合或者功率負載。在控制電路里，由空氣開關QS、急停開關SA、手動按鈕SB、交流接觸器KM、中間繼電器常開觸點KA、指示燈HL組成，并且每一個設備都配置了手動點動功能。

自控飛鋸的鋸車是靠步進電機驅動啟動運行的，應用步進驅動器前要先對步進驅動器進行工作電流的設置和細分設置，工作電流可以在步進電機機身銘牌上看到步進電機額定工作電流來設置SW1、SW2、SW3組合。工作細分要根據實際步進電機轉一圈所需要的脈沖個數來設定，可以根據轉速來設置細分開關，細分設置SW5、SW6、SW7、SW8組合。

3.2 軟件的設計與組態

自控飛鋸監控系統主要是對飛鋸切割機進行運行監控操作，利用旋轉編碼器采集速度，高速計數器對旋轉編碼器發送過來的脈沖計數，然后把脈沖轉化為速度、位移等信息數據，然后控制鋸車的運行，監控鋸車的運行速度，對切割裝置和夾緊裝置進行操作運行[3]。程序功能有初始化，頻率采集，測速輥速度計算，高速計數器通道數據設置，步進電機運行參數設定，調用中斷，夾緊裝置控制，抬鋸落鋸控制，鋸車位置檢測。

自控飛鋸監控控制系統的畫面設計首先建立項目，在這里把飛鋸監控系統的組態稱為一個項目，然后設備選擇，在創建完空的項目后選擇觸摸屏型號，如西門子TP177A型。最后組態畫面，完成畫面的制作，實現觸摸屏與核心控制器件PLC之間的通信連接，建立畫面上的元件與PLC變量之間的對應關系等[4]。

3.3 調試運行

當開啟自控飛鋸運行系統后，系統初始化并進入運行操作狀態，將操作方式切換到手動狀態時，可以手動操作鋸車前進后退、抬鋸落鋸、緊夾松夾。參數設定后，進行單根鋸切，當單根鋸切完畢后，寄存當前數據，這時可以切換到自動狀態，鋸車返回原點后，計算當前管速、小車當前位置、焊管移動位移和焊管余長后，啟動鋸車位置跟蹤移動，同時通過高速計數器采集計算出鋸車當前運行速度，當鋸車運行速度等于焊管移動速度后，鋸車上的夾緊裝置夾緊，切割裝置進行落鋸切割，當焊管切割完畢后，切割裝置抬鋸，抬鋸到位后，夾緊裝置松開，當松開完畢后，鋸車返回原點，當鋸車返回到原點限位后，等待下一次的運行切割，如果在運行期間按下停止按鈕，那么系統馬上進行急停剎車。在實驗室模擬測試中，可以在觸摸屏上清楚的看到自控飛鋸的運行情況，達到了所需要的設計效果。

4 結束語

PLC的控制功能十分強大，而觸摸屏能夠提供友好的人機交互界面，將二者結合形成的控制系統不僅能夠拓展PLC的性能，還能有效激發學生的設計興趣與創新思維。從基于PLC和觸摸屏仿真軟件的應用可以看出，該系統運行正常，簡單易學，能更好地為實踐教學服務。