基于PLC與HMI的競賽裁判評分系統設計

程帝斌

(重慶工貿職業技術學院智能制造學院，重慶 408000)

1 評分系統的設計方案

本評分系統的設計包括了硬件和軟件的設計兩個方面。硬件的設計包括硬件組態與網絡拓撲結構的設計；軟件的設計包括了西門子PLC的編程與觸摸屏和上位機的編程。設計方案解決以下幾個問題。

(1)PLC與PLC、PLC與觸摸屏通訊的問題。目前有以下幾種通訊方式：RS232、RS485、TCP/IP通訊；考慮現場的設備布置情況選擇通訊速度快傳輸距離遠的TCP/IP通訊。

(2)PLC編程語言和HMI對PLC進行的應用開發，使之具有對HMI與PLC的聯網操作實現競賽成績的實時輸入統計顯示功能，能完成對選手成績自動計算以及選手成績的自動排序功能。

2 評分系統的硬件設計

2.1 硬件選型

根據PLC與HMI在競賽中裁判評分系統設計的要求，輸入只需要用一個啟動一個停止，輸出有一個開始評分指示、停止評分指示、報警指示等；根據硬件所需輸入輸出的實際情況PLC選用S7-1212C AC/DC/RLY。考慮到本校的實際情況觸摸屏可以選用昆侖通態有以太網通訊接口的7寸屏，也可以選用西門子的觸摸屏。

2.2 硬件網絡組態設計

根據評分系統裁判人數的不同有以下2種方案：

(1)裁判人數少于12人的，選用1臺PLC和12臺HMI、1臺PC、兩個8口的交換機，網絡拓撲結構如下。

(2)裁判人數大于12人的，選用1臺PC、2臺PLC和24臺HMI、4臺8口交換機，網絡拓撲結構如下。

2.3 觸摸屏與PLC的通訊設置

根據選型設計，昆侖通態的觸摸屏與西門子1200系列PLC的通訊設置只需要在PLC硬件組態的時候做一個簡單的設置，選擇PLC屬性——連接機制——允許來自遠程對象的PUT/GET通訊訪問；設置如下圖所示。

3 評分系統的軟件設計

3.1 分配I/O

根據系統設計要求I/O分配如下表：

輸入輸出輸入元件輸入繼電器作用控制元件輸出繼電器作用SB1I0.0啟動HL1(綠燈)Q0.0啟動指示SB2I0.1停止HL2(紅燈)Q0.1停止指示HL3(黃燈)Q0.2裁判評分指示

3.2 繪制硬件接線圖

3.3 PLC程序的編寫

(1)新建一個DB數據塊。DB數據塊相當于西門子200smart的V變量數據區，在1200系列PLC中數據存儲是用DB區來存儲的，以及觸摸屏、上位機這些的通訊也可以使用DB變量。我們建立一個DB存儲區主要用來接收觸摸屏上裁判的評分數據，同時將裁判的評分數據進行數據處理，最終得到每個選手的成績，然后排序后將數據發送給上位機，在大屏上顯示出來。

(2)主程序的編寫。在博圖軟件中完成主程序的編寫，主程序主要完成控制系統的設計與計算排序功能的設計兩個方面的功能；我們用梯形圖完成控制程序的編寫，用SCL完成選手成績的計算與排序，采用混合編程的方式完成主程序的編寫。

3.4 觸摸屏與上位機程序的編寫

裁判所用觸摸屏的程序編寫只需要完成以下幾個項目：選手開始做答提示，選手做答完畢提示，裁判評分指示，裁判員評判成績的輸入，成績修改按鈕，成績提交按鈕等項目。上位機程序主要使用WCC完成，相應的程序設計與觸摸屏的程序設計類似。

4 系統調試

博圖軟件本身具有仿真功能，無需添加另外的程序進行仿真。點擊開始仿真按鈕便可以開始進行仿真，打開監控窗口點擊監控既可以更改信號的當前值，同時觀察軟件的運行結果是否正常，如有問題，退出仿真修改好后再一次進行仿真，直到程序調試成功。

昆侖通態的編程軟件MCGS也可以與博圖軟件進行仿真連接，由于所使用的觸摸屏數量較多而且每個觸摸屏的程序基本結構都是一樣的，只是各自與PLC對應的數據塊中的地址不同，所以我們在調試的時候只需要調試2～3臺觸摸屏程序即可。上位機的程序和觸摸屏程序一起調試，通過從觸摸屏上輸入選手成績，觀察上位機上能否正確的顯示選手的成績以及最終的排序結果。

在仿真調試完成確認程序無誤后將整個系統進行電氣安裝，完成后進行系統的聯機調試，觀察各指示燈以及硬件觸摸屏上的輸入輸出與上位機上的顯示是否正確，是否還需要增加之前沒有考慮到的功能，再對程序進行小范圍的修改，確認正確可行之后整個系統就設計制作完成。

5 結語

該評分系統的設計分為硬件和軟件的設計2個部分，硬件采用了西門子的1200系列PLC中的S7-1212C AC/DC/RLY作為主控設備，在主控設備是設置了2個開關作為啟動與停止的控制；觸摸屏作為裁判評分的輸入設備，上位機作為結果的顯示設備，這樣就構成了一個完整的評分系統。程序設計采用了梯形圖與SCL編程相結合的方法，這樣有利于將簡單的邏輯控制與復雜的數學運算有機地結合起來。