隨著計算機網絡及現場總線技術技術的發(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?，F場總線技術及其總線接口模塊、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發(fā)展的一個重要方向。在工控領域，ＰＬＣ與觸摸屏結合運用的技術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、編程容易掌握、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*大優(yōu)勢。KCP2 00-163-784

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

通過接口單元、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（網絡結構示意見圖一）。

圖一：PROFIBUS-DP的網絡結構

1 系統(tǒng)結構

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、薯餅生產線、包裝線等構成的主線系統(tǒng)，以及蒸汽鍋爐系統(tǒng)、水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等構成的輔助系統(tǒng)。各系統(tǒng)位置比較分散，控制點較多，其中包括140多臺電機，29臺變頻器，15個溫濕度控制點。

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由于系統(tǒng)比較復雜，控制采取分層控制策略，由兩臺上位機完成工廠級的監(jiān)控及數據管理功能，觸摸屏和PLC完成現場級的控制，采用Profibus現場總線的方式進行通訊。上位機留有接口，可連接局域網和廣域網，以利于進一步的開發(fā)。其中數字輸入點有900多點，數字輸出有400多點，模擬量輸入20個。

下面以這個食品加工廠為例，組成一個集中控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結構如圖二所示。

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

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的要求，而用于擴展的IM模塊的選型則是依據IM模塊與中央控制器CPU315-2DP的距離。

由于所有的I/O模塊均放在同一組控制柜里，因此選用了通訊距離在5米范圍內的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。

觸摸屏選用富士UG420H-SC1，10.4英寸、128色STN顯示，基于Windows95/98/NT操作平臺下的專用組態(tài)軟件，界面友好直觀，易學易用，大大節(jié)省產品開發(fā)周期。編程軟件中備有大量的圖形庫（開關、燈、棒圖等）供選擇，還可以根據用戶需求編輯所需要的工藝圖形，能夠轉換BMP文件和AUTOCAD中的DXF文件。

圖二：  控系統(tǒng)硬件組成及結構

2 觸摸屏的通訊設置及界面設計

在硬件連接完成后，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等等。先制定所使用的觸摸屏的類型，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，這里選SIEMENS S7-PROFIBUS；*后一步指定系統(tǒng)參數，先是讀區(qū)和寫區(qū)，讀區(qū)是指作為從PLC讀入數據的緩沖，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，寫區(qū)用于顯示存儲屏幕的狀態(tài)、頁碼、畫面層疊以及報警狀態(tài)等等。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，以及傳輸的幀長度，MPI地址在PLC的硬件組態(tài)里已經定義好了，兩者必須一致，否則會出現通信錯誤。另外幀長度為32字節(jié)；奇偶校驗為奇校驗；數據長度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，在開發(fā)組態(tài)的時候，開發(fā)者可以不去考慮通信協(xié)議的問題，因為富士公司已經將這一切的技術細節(jié)都屏蔽掉了，它具有智能的尋址功能。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，無論是數字量還是模擬量的定義都是在DB塊中）。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。我們可以看到，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，你無需去定義變量、更無需去理會通信的幀結構等等。

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

可以說，UG00S-CW在處理基本的模擬數字量的時候非常簡單、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。在這個食品生產線的集中控制系統(tǒng)，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，UG00S-CW中顯示趨勢圖并不復雜，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，然后選擇每條曲線對應的地址即可。但是在聯(lián)機調試時卻總是出現comunication error（通信錯誤）信息，經過排查發(fā)現問題出在趨勢圖上，如果將趨勢圖從程序中去掉，則一切正常，后來我就嘗試先將西門子PLC中的對應的模擬量數據讀入觸摸屏的緩沖（即內部存儲區(qū)），然后將趨勢圖每條曲線的地址改為對應的內部地址。經過聯(lián)機調試，發(fā)現不再出現comunication error信息，但是趨勢圖的曲線的顯示卻極不正常。經過觀察，發(fā)現除了當模擬量的值為零時曲線顯示正常，而為非零時曲線則指向無窮大。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。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)），它從西門子PLC讀取的順序是將字讀為高字，第二個字讀為低字，而西門子PLC中模擬量的存儲為先存低字再存高字，這樣富士觸摸屏從西門子PLC中讀入的數據剛好都是高低字顛倒的。因為一般模擬量的值都比較小，所以高字都為零，這樣相當于將原來的值乘了一個2的16次方的數，遠遠超過了模擬量的上限，所以才出現了以上情況。