基于触摸屏的多级皮带机PLC控制系统设计

基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计I基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计电气工程及其自动化专业 胡雪琪摘 要 随着工业自动化的发展，PLC 与计算机的通讯在工业中的应用越来越广泛。课题在监控系统的设计中，分析了工业监控系统所应具有的功能和工作原理，通过分析多级皮带机运行控制流程，设计相关控制方案，采用欧姆龙 PLC 编写控制程序，并基于 EB500 软件设计触摸屏监控界面，通过上位机触摸屏软件监控下位机 PLC 的控制系统，实现了工艺设备的启/停控制、故障报警、停机处理，同时对设备的各种性能参数进行动态显示，实现了基于触摸屏的皮带机实时监控。关键词欧姆龙 PLC；触摸屏；工业监控系统；人机界面PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Touch ScreenElectrical Engineering and Automation Specialty HU Xue-qiAbstract: Along with the development of industrial automation, the communication of PLC and computer in industrial application is more and more widely. The Topic in the design of the monitoring system analyzes the industrial control system should have the function and working principle, after the analysis of the control process and design control scheme, use Omron PLC to write control procedures and design for monitoring based on EB500 software touch screen interface, realize the real-time industrial field monitoring control by using computer touch-screen software to monitor the PLC control system. Realized the process equipment run/stop control, fault alarm, stopping treatment, meanwhile the various performance parameters of equipment dynamically display, and analysis of a complete industrial monitoring system should have the function and working principle, realized real-time belt conveyor monitoring based on the touch screen. Keywords：OMRON PLC; touch Screen; industrial monitoring system; human-machine interface基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计II目 录1 引言.11.1 设计意义.11.2 设计研究内容及主要工作.22 皮带机监控系统整体设计方案 .32.1 皮带输送机.32.2 监控系统总体设计.32.2.1 监控系统的组成结构 .32.2.2 上位机监控系统 .42.2.3 下位机控制系统 .42.3 监控界面设计 .43 欧姆龙 PLC 简介 .53.1 PLC 一般结构 .53.2 内部寄存器及 I/O 配置.54 上位机与 PLC 通讯 及监控程序的设计方案及功能 .64.1 系统的设计方案.64.1.1 PLC 的选择.64.1.2 编程软件的选择 .64.1.3 设计方案 .64.2 通讯与监控系统的功能.74.3 欧姆龙 CPM2AH 系列 PLC 的通讯协议.85 PLC 程序设计.85.1 多级皮带机双向控制 PLC 设计方案.85.2 PLC 程序设计 .105.2.1 主程序 .105.2.2 逆流启动程序段 .105.2.3 顺流启动程序段 .116 现场触摸屏监控系统设计 .126.1 触摸屏 .136.1.1 触摸屏技术 .136.1.2 触摸屏的分类.136.1.3 触摸屏的应用.13基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计III6.2 MT500 触摸屏简介 .146.3 EB500 组态编程软件.156.4 触摸屏画面的设计.156.4.1 EB500 触摸屏画面的设计流程.156.4.2 画 面组态 .17结束语 .25参考文献 .26附录 .27致谢 .35基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计11 引言工业生产现场往往非常恶劣，单纯依靠技术人员对现场数据进行采集处理，一旦数据变化速度快或者数据量大就难以满足工业控制的实时性要求。然而仅仅实现对现场设备的控制已经无法满足工业自动化的更高要求，在对现场设备进行控制的同时实现对其运行状况的实时监视具有更多的实际意义，因此对工业现场进行自动检测控制和监视管理的工业监控系统应运而生。工业监控系统是以计算机为基础用于生产过程自动监控的自动化系统，在对现场设备进行监视和控制的同时，实现数据采集、设备测量与控制及各类信号报警等各项功能。随着计算机技术、网络技术、控制技术的不断发展，监控系统自诞生之日发展到今天，共经历了五代基于不同软硬件的发展阶段 1。基于工业控制计算机（Industrial Personal Computer IPC)的工业监控系统。其基本特点是输入输出装置采用板卡的形式，并将板卡与工控计算机的系统总线相连。IPC 上必须安装多种驱动程序来采集数据，占用大量资源，造成系统不稳定；IPC 中的数据具有独占性，只能通过本机进行分享，同时现场设备扩充困难，因此一般适用于中小型特别是小型监控系统。微型计算机技术被应用到 PLC 中，使得 PLC 不仅具有逻辑控制功能，而且增加了运算、数据传送和处理等功能，成为具有计算机功能的工业控制装置，具有可靠性高、编程简单、通用性强、安装及维护方便等特点 1。一般来说，由 PLC 构成的监控系统分为三种类型，分别是：单机控制系统、集中控制系统和分布式控制系统。集散控制系统(Distributed Control System，DCS)后，集计算机技术、控制技术、网络技术、CRT 显示技术于一身的 DCS 在化工、电力、冶金等自动化领域得到了广泛应用。DCS 由回路仪表控制系统发展而来，它把大量分散的单回路检测系统通过计算机进行集中统一管理，用各种功能模块代替传统仪表，利用计算机完成回路调节、工况联锁、参数显示、数据存储等多种功能，故迅速成为工业自动控制系统的主流。基于现场总线(Field Bus)技术的工业监控系统，即现场总线控制系统 (Field bus Control System，FCS)，是一种全分散、全数字式、双向、串行、多节点的通信与控制系统。1.1 设计意义皮带机运输系统是矿石码头实现其各项生产工艺流程的关键基础环节，具有涉及的工业控制设备众多、矿石运输路线跨度大、沿途工矿较为恶劣等特点。为了保证设基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计2备工作正常、矿石的安全运输及工作人员的生命安全，对皮带机运输系统的全程实时监控是一项长期而重要的工作，因此矿石码头迫切需要可靠、准确、安全的工业监控系统对矿石的卸、堆、取、装等生产流程进行全面的监视与控制。由于我国现代物流业起步较晚，港口监控系统的整体发展水平还比较落后，国内工控人员自行研究开发的皮带机监控系统仍旧处于初级阶段，大多为基于继电器与接触器控制和人工手动操作的传统半自动化系统。这种传统的皮带机监控系统由工作人员在生产现场手动操作皮带输送机及其它装卸设备来完成码头生产作业，系统运行环境恶劣，一次启动设备多，安全联锁要求高，经常会出现皮带机打滑、跑偏及溜槽堵塞等故障，因而生产效率极其低下，根本无法满足实际生产的不间断运行、控制实时性和安全性等要求 1。开展皮带机监控系统的研究，是提高码头的生产过程综合自动化水平和经济效益，适应码头生产发展的需要，也是促进国民经济的需要 2。运用现代通信技术和工业控制网络技术以及采用最新的触摸屏组态监控工具，把先进的工业生产自动监控理念应用于实际的码头皮带机监控系统，用一台微型机作为监控系统的上位机，上位机通过监控级工业网络与 PLC 相连实现对现场数据的巡回采集、集中处理，实现了港口自动化系统的分散检测控制与集中监控管理 3。1.2 设计研究内容及主要工作目前在国内港口方面，以监控组态软件设计出皮带机实时监控系统具有强烈的现实意义。以工业通信网络为基础，采用欧姆龙系列 PLC，触摸屏监控软件，设计所做的主要工作有：(1) 参考国内外资料，分析触摸屏监控软件的构成与功能特点，并总结出利用触摸屏监控软件开发实际工业监控系统的一般流程。(2) 通过对现有矿石码头皮带机的主要生产设备和工艺生产流程的分析研究，提出监控系统的整体设计方案，重点是系统组成结构和操作方式的设计。(3) 基于触摸屏 easy view 系列软件开发上位远程监控子系统，上位工控机与下位机进行数据通信并设计出相应的动态监控界面，实现流程运行状态、流程设备启/停状态的实时监控，并具有实时数据库、数据处理、运行报警、安全策略等多种功能。(4) 基于触摸屏 easy view 系列软件用 MT500 开发上位现场监控子系统，上位触摸屏通过网络与下位机进行数据通信并设计出相应的动态监控界面，实现生产设备的现场监视与控制。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计32 皮带机监控系统整体设计方案2.1 皮带输送机皮带输送机(Belt Conveyer，BC)具有运量大、运输连续、维护简便等特点，在矿石码头生产中是比较经济可靠的运输设备，所以已成为矿石原料输送转移的主要运输设备。本设计中的水平运输系统，由欧姆龙公司的 CPM2AH 系列 PLC 进行工艺流程自动控制，停机制动使用电磁抱闸制动器，并对过长的皮带机配备张紧装置。由于实际生产运行中，皮带输送机跨度大，易形变，经常会发生故障从而影响生产进度，为此在皮带输送机沿线安装有大量保护开关，如跑偏开关、拉绳开关、欠速开关、溜槽堵塞开关、纵向撕裂开关、料流检测开关等 2。要实现整个码头物料运输系统的安全顺利运行，除了皮带输送机的正常工作外，还离不开各种皮带机辅助设备参与流程运作。皮带机转换装置：由于皮带机跨度大且矿石运输路线多样，需要在沿途兴建一些皮带机转接楼 (Transfer House，TH)并通过楼中的皮带机转换装置来完成矿石运输路线的转换或者延伸。皮带机转换装置由空压机和料流切换翻板组成，由空压机产生足够气压推动翻板运动，从而控制料流切换翻板的位置变化。除尘器：为了防止矿石运输过程中产生的粉尘过大对现场人员造成危害并影响监控效果，所有皮带机转接楼中的矿石落料处都安装有干式除尘器。除尘器运行前，先要启动空压机来鼓风。喷水阀：为了防止矿石在运输过程中与皮带机摩擦过热而影响原料质量，皮带输送机沿线安装有若干喷水阀，可以根据需要自动喷淋以便在矿石过热时给矿石清洁降温。2.2 监控系统总体设计2.2.1 监控系统的组成结构皮带机监控系统依据分散检测控制、集中监控管理的原则，设计为以工业通信网络为纽带、由上位机监控系统和下位机控制系统两部分组成的高可靠性实用系统。本皮带机监控系统实际上是一个由集中监控层和设备控制层构成的二级集散控制系统。作为集中监控层的上位机监控系统，主要是工控机和触摸屏，提供友好、丰富的人机操作界面，处理自动化任务，实现系统状态动态显示、设备工作信息采集、工艺流程控制及报表输出等功能，进行系统全面的监控和管理，并通过监控级工业网络与下位机交换信息；作为设备控制层的下位机控制系统，主要是可编程控制器，与现基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计4场电气设备和执行机构直接连接，执行可靠、有效、具体的分散控制。在监控系统的运行过程中，下位 PLC 通过传感器采集监控对象的状态数据，采集到的信号由屏蔽信号电缆从现场传送到 PLC 控制柜的接线端子板上，再经由中间继电器中转送入 PLC 的输入模块，完成现场信号的采集过程；上位机通过与下位 PLC 通信实时获取监控对象的状态数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在上位机屏幕上，另一方面按照工艺流程要求和操作人员的指令将控制数据送入PLC 的输出模块，按 PLC 的用户程序对数据进行运算处理后再通过执行器驱动对应监控对象的电机、电磁阀等工作，完成现场设备的控制过程 3。监控系统的工作原理如图1 所示。图 1 监控系统的工作原理图2.2.2 上位机监控系统现场触摸屏监控系统由一台工业用触摸屏构成，用于取代传统的控制面板和显示仪器，实现对皮带输送机 B1-B4 控制及其相关辅助设备的现场实时监控。触摸屏选用MT500 系列触摸屏，监控组态软件选用 Easy View 系列触摸屏专用组态软件 EB500 中文版。2.2.3 下位机控制系统下位机控制系统实时采集现场设备的各种数据，同时接受上位机发出的流程控制命令对各生产设备按工艺流程要求进行有效控制。下位机控制系统的主要控制对象为皮带输送机（这里以四级皮带机为控制对象） 。2.3 监控界面设计监控界面是整个监控系统的主要组成部分，是系统进行实时监控的主要人机接口(HMI)，监控界面的友好程度是衡量监控系统质量的重要指标。监控界面的设计首先应满足生产工艺流程的要求，同时界面要友好，形象逼真，便于操作管理。由于皮带机的生产规模大，生产线长，需要监控的大型设备多，所以监控系统要实现全局生产的实时监控就必须按照现场设备的物理位置和功能特点设计基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计5多个监控界面。监控界面被分为三类：工艺流程图界面(主监控界面)、逆流控制界面(流程控制界面)、顺流监控界面(流程控制界面) 5。系统监控界面一般分为三个部分：总览部分、现场画面部分和按钮部分。在总览部分一，可组态画面标题、启动运行方式选择：在按钮部分可组态每个画面中显示的固定按钮；在现场部分可组态当前监控的各机构的具体情况。3 欧姆龙 PLC 简介3.1 PLC 一般结构其基本组成部分大致采用了典型的计算机结构，主要包括 CPU、RAM、ROM 和输入、输出接口电路等，其内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。如果把 PLC 看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入变量，这些输入信号经过 PLC 外部输入端子输入到内部寄存器中，再由这些输出变量对外围设备进行控制。PLC 组成部分如图 2 所示。图 2 PLC 组成部分3.2 内部寄存器及 I/O 配置内部寄存器每个区分配一定数量的寄存器单元，并按不同的区进行编号。I/O 区的寄存器可直接和外部输入、输出端子传递信息。I/O 寄存器一般是一个 16 位的寄存器，它的每一位对应 PLC 的一个外部端子。不同机型的 PLC 配备不同的 I/O 点，一般小型的 PLC 其主机有几十个 I/O 点。内部辅助寄存器区可供用户存放中间变量使用。在 PLC 中常习惯称它们为“辅助继电器” 。PLC 用来存放从外围设备采集进来的各种数据，或运算、处理的中间结果的内部存储区域。欧姆龙 CPM2AH 可编程序控制器的寄存器范围，如表 1。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计6表 1 欧姆龙 CPM2AH 可编程序控制器的寄存器范围项目 范围输入继电器 IR 160 位：00000-00915输出继电器 IR 160 位：01000-01915特殊辅助继电器 SR 448 位：22800-25515辅助记忆继电器 AR 384 位：0000-2315保持继电器 HR 320 位：0000-1915链接继电器 LR 256 位：0000-1515定时器/计数器 TIM/CNT 56 位：0-255数据存储区 DM 2,048 字：0000-20474 上位机与 PLC 通讯及监控程序的设计方案及功能4.1 系统的设计方案4.1.1 PLC 的选择本设计选择实验室现有的欧姆龙公司的 CPM 系列 PLC 作为通讯的下位机。欧姆龙公司的 CPM 系列 PLC 成本低由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本；高速率 PLC 能够提供高速的传输并且在线 PLC 属于“即插即用”，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络，使用非常便捷。4.1.2 编程软件的选择Easy View 500 软件操作容易而功能强大。人机界面使在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，用户可以自由的结合文字、按钮、图像、数字等来处理完成监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕，随着机械设备的飞速发展，使用人机界面使机器的配线标准化、简单化，同时也降低了生产的成本。触摸屏作为一种新型的人机界面，简单易用，有强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，应用非常广泛。MT500 系列触摸屏使专门面向 PLC 应用的，它不同于一些简单的仪表式或其他的一些简单的控制 PLC 的设备，其功能非常强大，使用方便。4.1.3 设计方案在选择好 PLC 型号和编程工具后，需要有一个清晰的设计思想，首先建立通讯，然后编制监控软件模块。（1）PC 机和 PLC 的通讯双方通讯的前提就是必须首先对通讯串口设置相同的数据位，起始位，结束位，基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计7波特率和奇偶校验。对 Easy View 500 及大部分 PLC 而言只支持非同步传输模式，必需有实体介面作为传输的媒介将数据以非同步传输模式送出及接收。利用一台 PC 机RS232 串行端口 COM1 和 COM2 进行调试，把 RS232 通讯线的一端接在 PLC 的 RS232 接口上，发送正确的通讯指令，检测是否得到正确的 PLC 响应 4。（2）测试 PLC 的通讯命令查阅通讯协议，利用上面所做的通讯程序，不断给 PLC 发送各种指令，直到能得到 PLC 的正确响应为止。（3）向 PLC 发送命令帧PLC 和 PC 机的通讯能顺利进行的基础上，发送正确通讯命令帧给 PLC，分析处理反馈回来的代码信息，得到 PLC 各种数据和状态 7。（4）编制监控程序的界面用 Easy View 500 系列触摸屏软件编辑监控界面，能直观的显示出 PLC 资源的状态及数据信息。4.2 通讯与监控系统的功能通讯与监控系统模块的主界面如图 3 所示，在菜单编辑中选择系统参数项，将出现以下对话框：图 3 系统参数设置在系统参数设置可以分别对PLC 设置、一般、指示灯、安全等级、编辑器、硬件进行设置。在PLC 设置中，可以对 PLC 的类型，人机类型，通信口类型等进行设置，在本次基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计8设计中，选择 OMRON 系列的 PLC，人机类型选择 MT510S/508S 640*480。该系统模块有以下几项功能：PC 机与欧姆龙 CPM 系列 PLC 通讯功能的实现、I/O点、数据寄存器、中间继电器等 PLC 内部寄存器的监控功能的实现。在一些分布式控制系统中普遍采用串行数据通讯，即用来自微机串行的命令对控制对象进行控制操作，欧姆龙 CPM2H 系列 PLC 与 PC 机之间进行数据传送时所采用的是RS232 通讯接口。4.3 欧姆龙 CPM2AH 系列 PLC 的通讯协议通讯协议就是通讯双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程。欧姆龙 CPM2AH系列 PLC 通讯系统的基本协议是欧姆龙公司提供的 HOSTLINK 通讯协议 4。上位机连接系统即 HOSTLINK 系统是一种即优化又经济的通讯方式，它适合一台上位机与一台或多台 PLC 进行链接。上位机可对 PLC 传送程序，并监控 PLC 的数据区，以及控制 PLC 的工作情况。其编程口通讯协议命令如表 2 所示：表 2 欧姆龙通信协议命令PLC 的工作模式识别码运行 监视 编程 命令RR 有效 有效 有效 读出输入/输出/内部辅助/特殊辅助继电器区RL 有效 有效 有效 读出链接继电器（LR）区RH 有效 有效 有效 读出保持继电器（HR）区RC 有效 有效 有效 读出定时器/计数器当前值区RG 有效 有效 有效 读出定时器/计数器状态值RD 有效 有效 有效 读出数据内存（DM）区RJ 有效 有效 有效 读出辅助记忆继电器（AR）区WR 无效 有效 有效 写入输入/输出/内部辅助/特殊辅助继电器区WL 无效 有效 有效 写入链接继电器（LR）区WH 无效 有效 有效 写入保持继电器（HR）区WC 无效 有效 有效 写入定时器/计数器当前值区WG 无效 有效 有效 写入定时器/计数器状态值WD 无效 有效 有效 写入数据内存（DM）区WJ 无效 有效 有效 写入辅助记忆继电器（AR）区MS 有效 有效 有效 读出状态SC 有效 有效 有效 写入状态KS 无效 有效 有效 强制置位KS 无效 有效 有效 强制复位基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计95 PLC 程序设计5.1 多级皮带机双向控制 PLC 设计方案本设计中是对多级皮带机控制，在此以四级皮带机为例来说明其控制方法。一般工矿场所常用的是皮带机逆流启动控制，可以确保其安全上料，但是逆流启动控制系统该方式对运输机数量较多的系统，因启动时间长、设备空运转而造成机械磨损和能源损耗。本设计以 PLC 为核心控制器，以触摸屏为人机交互界面，设计具备“顺流启动”和“逆流启动”两种方式的双向启动控制系统，可根据需要随时转换，以满足工艺要求，同时通过触摸屏对全过程进行动态监控 6。应用欧姆龙 PLC 控制四级皮带机运行设计方案：(1) 采用启动信号控制主程序运行，在主程序中进行选择采用逆流或者顺流方式启动皮带机。(2) 当选择逆流启动时，皮带机 B4 先开始启动，启动 3 秒后，皮带机 B3 开始启动，在 B3 启动运行 3 秒后，皮带机 B2 开始启动运行，在 B2 启动运行3 秒后 B1 开始启动，系统开始上料运行，若此时有流程设备产生故障，则故障设备的上游设备将无法启动，并弹出信息提示和声光报警，在有关人员确认后发出流程停止命令对己启动的设备全部逆序停止。待系统正常后，程序控制系统逆流启动。(3) 当选择顺流启动时，程序跳转至顺流启动开始进行运行，使用跳转指令使两种启动方案互不干扰，皮带机 B1 先开始启动，启动 3 秒后，皮带机 B2开始启动，在 B2 启动运行 3 秒后，皮带机 B3 开始启动运行，在 B3 启动运行 3 秒后 B4 开始启动，在系统开始启动后就上料运行，若此时有流程设备产生故障，则故障设备的下游设备将无法启动，并弹出信息提示和声光报警，在有关人员确认后发出流程停止命令对己启动的设备全部顺序停止。待系统正常后，程序控制系统顺流启动正常运行。流程控制的完整运行模式如下流程图 4 所示。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计10图 4 运行控制流程图5.2 PLC 程序设计5.2.1 主程序欧姆龙 PLC 的 I/O 分配表如下表，表 3 所示。表 3 I/O 分配输入 输出急停按钮 00000 逆流启动指示 01000系统启动按钮 00001 顺流启动指示 01001顺流启动 00002 皮带机 B1 01002逆流启动 00003 皮带机 B2 01003压力传感器 1 00004 皮带机 B3 01004压力传感器 2 00005 皮带机 B4 01005一级皮带机故障 00006二级皮带机故障 00007三级皮带机故障 00008四级皮带机故障 00009使用启动按钮 0.01 控制系统准备开始运行：0.02 控制皮带机逆流启动；0.03 控制皮带机顺流启动，主程序段如下图 5 所示。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计11图 5 PLC 控制主程序段5.2.2 逆流启动程序段在 PLC 控制过程中使用 JMP 跳转与 JME 跳转结束指令结合的方法，在按下 0.02 进入皮带机逆流启动系统，即皮带机 B4 先启动，3 秒后皮带机 B3 启动，按此顺序依次延时 3 秒启动皮带机，直至皮带机 B1 启动，系统开始上料运行。如图 6 所示。图 6 加入跳转指令使用辅助继电器控制启动皮带机，并同时启动时间继电器进行延时，延时结束后启动下一级将要启动的皮带机。用下面指令实现功能。如图 7 所示。图 7 逆流启动中设置延时启动下一级延时到时间后 TIM000 触点闭合，同时启动 200.03，由辅助继电器 200.03 控制皮带机 B3 的启动与下一级延时信号的触发。如图 8 所示。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计12图 8 启动 B3 并开始延时启动下一级皮带机依次设置各级皮带机的启动信号与延时信号的，使皮带机按逆物流方向启动，系统正常运行。若此时有流程设备产生故障，则故障设备的下游设备将无法启动，并弹出信息提示和声光报警，在有关人员确认后发出流程停止命令对己启动的设备全部顺序停止。检查故障原因，排除故障使所有流程设备都正常启动后，才开始装卸作业。5.2.3 顺流启动程序段当按下 0.03 启动顺流控制方式时，程序将直接跳过逆流程序段，进入顺流启动控制系统。如图 9 所示。图 9 顺流启动在系统顺流启动时，使用辅助继电器控制启动皮带机，并同时启动时间继电器进行延时，延时结束后启动下一级将要启动的皮带机。如图 10 所示。图 10 顺流启动中设置延时启动下一级延时到时间后 TIM007 触点闭合，同时启动 200.14，由辅助继电器 200.14 控制皮带机 B2 的启动与下一级延时信号的触发。如图 11。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计13图 11 启动 B2 并开始延时启动下一级皮带机依次设置各级皮带机的启动信号与延时信号的，使皮带机按顺物流方向启动，系统正常运行。若此时有流程设备产生故障，则故障设备的上游设备将无法启动，并弹出信息提示和声光报警，在有关人员确认后发出流程停止命令对己启动的设备全部顺序停止。检查故障原因，排除故障使所有流程设备都正常启动后，才开始装卸作业。6 现场触摸屏监控系统设计触摸屏监控系统是整个皮带机监控系统的现场监控站，以 MT500 触摸屏为硬件核心并通过 MPI 网络与下位 PLC 进行数据通信，以 Easy View 500 组态软件为编程环境来开发相应的上位监控软件，实现对皮带输送机及其相关辅助设备的现场实时监控,是现场工作人员进行生产设备监控管理的主要人机接口 10。6.1 触摸屏6.1.1 触摸屏技术触摸屏是一种附加在显示器表面的透明介质，作为一种特殊的计算机外设，它是目前最简单、方便、直观的一种人机交互方式。利用这种技术使用者只要用手指轻轻地触摸显示屏上的图符或文字就能实现对计算机操作，大大简化了计算机的输入模式，降低了人机沟通的障碍，让使用者不需具备计算机专业知识，也不必事先接受培训，即可用最直接的方式与机器设备进行互动，使得人人皆可利用接触控制方式来进行输入 11。使用触摸屏除了可加速输入的速度与效率外，并能吸引更多不具备计算机技能者进行资料交流，提高信息交换的程度，增加有效利用的机会，所以，触摸屏输入方式将会是未来各项信息产品的主流技术之一。触摸屏的基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置被触摸屏控制器检测，并通过接口送到 CPU，从而确定输入的信息。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计14用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器;触摸屏控制器用于从触摸点检测装置接收触摸信息，并将它转换成触点坐标送给 CPU，同时接收 CPU 发来的命令并加以执行。6.1.2 触摸屏的分类触摸屏的本质是传感技术。一般根据传感器的类型，将触摸屏大致可分为四类:红外线式、电阻式、表面声波式和电容式。红外线式触摸屏表面为纯玻璃不影响透光度，不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件，一般应用在 ATM、办公设备、医疗器材的使用上。电阻式触摸屏不怕尘埃、水及污垢影响，能在恶劣环境下工作，一般应用在中小尺寸的可携式手持装置的使用上。表面声波式触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，能保持清晰透亮的图像质量，一般应用在公共信息查询站或自动售票机的使用上。电容式触摸屏能很好地感应轻微及快速的触摸、防刮擦、防静电，适合恶劣环境下使用，一般应用在电子触摸公告板信息收集设备或工业设备使用上。每种类型的触摸屏都有其优缺点，其中电阻式触摸屏最适合工业应用 9。6.1.3 触摸屏的应用触摸屏在应用上大致可分为个人数字装置与公共领域装置两个方面使用。由于触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、操作灵活、使用方便等许多优点，所以其应用范围十分广泛，主要是多媒体公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询，机场、车站、宾馆、旅游景点等的信息查询及商场、超市导购等;其次还应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、多媒体教学等。另外，使用手写输入技术的 PC、AV 等产品，其人机对话的主要媒介就是触摸屏 9。此外，触摸屏正在走入家庭，如触摸屏电话机、智能电脑电话等，应用前景极为广泛。6.2 MT500 触摸屏简介MT500 系列触摸屏使专门面向 PLC 应用的，它不同于一些简单地 仪表式或其他的一些简单控制 PLC 的设备，其功能非常强大，使用非常方便，非常适合现代工业越来越庞大的工作量及功能的需求，日益成为现代工业必不可少的设备之一。将 MT500 与一般触摸屏进行一个简单比较：（1）一般的人机界面主要由以下几个功能来构成： 指示灯（PLC I/O 显示、内部节点显示、多段指示灯等） 开关（位状态型开关、多段开关、切换窗口开关等） 各种动态图表（棒图、仪表、移动元件、趋势图等） 数据显示（数值显示、文字显示等） 异常报警（报警显示、事件显示等） 静态显示（直线、圆、矩形、文字等）基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计15（2）MT500 人机界面的特有功能：MT500 系列人机界面处理拥有上面的一般的人机界面所拥有的功能外，还提供了许多如下特有的功能： 可以同时开启 6 个弹出窗口； 可以有和 windows 系列一样的任务栏和快选窗口，工作按钮； 利用工作按钮可以呼叫快选窗口，可在快选窗口放置要经常显示的元件或直接切换窗口的开关。MT500 系列触摸屏人机界面的特点还有：功能强大的 32 位 RISC 133MHz CPU,支持256 色真彩显示与敏捷的反应速度；可与几乎所有的 PLC 兼容；工业级人机界面，防护等级 IP65；独特的多视窗操作功能，大大增加可显示信息量；创新的在线模拟功能，大大节省工程时间；功能强大的中文编辑软件，能够轻松完成复杂的人机界面设计；具有手写留言板功能，具有实现三级用户口令保护的功能；具有标准内置的 RTC 和配方功能,支持一机多屏和一屏多机的系统连接；双通讯口和独立的打印接口（MT506 产品不支持打印接口） 11。根据监控性能的实际需求，本设计选用 MT500 系列的触摸屏。6.3 EB500 组态编程软件EB500 触摸屏组态编程软件是用于 MT500 系列触摸屏上位监控系统的专用组态软件，运行于 Windows 操作平台下，将控制系统现场环境中的各种控制对象 12，抽象为几类基本图形元素和部件，通过组态建立它们之间的控制关系，形成简洁、直观的控制流程图、趋势曲线以及人机交互界面，为控制人员提供了一种简单的制作现场控制过程和控制界面的方法。作为专用于触摸屏的工控组态软件，EB500 触摸屏组态编程软件主要具有以下功能特点:（l) 图形编辑功能图形编辑系统是触摸屏组态软件的一个重要组成部分，触摸屏运行时的各种显示界面都是在图形编辑开发环境下生成的。通过绘图和编辑操作，设计人员可以完成矢量图形绘制、位图编辑、趋势曲线绘制、报警信息设定、数据配方设置以及在触摸屏上模拟键盘输入等功能。（2) 动画功能每种图元对象均有影响其外观的属性，属性可以是静态的，也可以是动态的。设置动态属性的过程也叫做动画连接。通过动画连接，也就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系，数据库变量的变化就可以使画面产生动画效果。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计166.4 触摸屏画面的设计6.4.1 EB500 触摸屏画面的设计流程启动 EB500 软件后，首先应创建一个新的工程文件。因为 EB500 软件将对于一台触摸屏控制制作的所有画面文件集中在一个工程文件中，这个单独的工程文件包含了将要下载到触摸屏中的全部画面数据。创建新的工程文件时，需要对文件进行一些必要的设置，具体包括:(1) 工程文件名称和文件说明，如图 12。(2) 选择触摸屏的型号，如图 13。(3) 选择 PLC 的型号，如图 14。图 12 新建工程图 13 选择人机类型基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计17图 14 选择触摸屏型号为 OMRON设置完成后，就可以开启编辑界面，进行画面设计。具体的触摸屏画面设计流程如图 15 所示。图 15 触摸屏画面设计流程6.4.2 画面组态设计为了使画面的形式整齐统一，方便随时查看，本系统设计的所有画面都采用相同的布局方式，在画面的相同部位以特定的形式和位置统一显示相关信息 13。所有画面间可以根据要求进行切换，从每个子画面既可以切换回主画面，又可以在各个子画面之间进行随意相互切换，画面切换主要通过按钮部件来完成 14 15。并且在窗口 4 系统的快选窗口进行设置，使处于任何子画面的时候可以快速的在主画面以及另一子画面之间进行快选。（1）在设置完工程文件名称、触摸屏的型号、PLC 的型号后，即可进入 EB500 编辑画面。选择菜单文件/新建来新建一个工程,将首先弹出触摸屏类型选择对话框.在这里我们选择MT510S/508S 640*480,按下确认即可。（2）这样新工程就创建好了.选择菜单文件/保存可保存工程.如下图 16 所示,保存工程为“胡雪琪四级皮带机触摸屏监控.epj”。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计18图 16 保存工程文件（3）选择菜单工具/编译,这时将弹出编译工程对话框,按下编译按钮,编译完毕后关闭编译对话框如图 17 所示。图 17 编译对话框（4）选择菜单工具/离线模拟.这时就可以看到刚新创建的工程的模拟图了,如下图 18 所示。图 18 离线模拟程序看到该工程没有任何元件，并不能执行任何操作。在当前屏幕上单击鼠标右键选择Exit或者直接按下空格键可以退出模拟程序。Easy View500 系统共包含 3 个模块：Easy LoadUpload（上传）和 Download（下载）,Easy Window(在线模拟和离线模拟)及 Easy builder。Easy builder 是组态软件,用来配置各种元件,一般简称 EB50017.在 Easy builder 中也可以下载及在线(或离线)模拟,但是它是通过 Easy Manager 来调用其它 2 个模块的方式来实现的.在 Easy builder 中下载,在(离)线模拟时并不需要打开 Easy Manager 窗口,但是必须先设定好Easy Manager 上的相关参数(比如通信口,通信速率等), 否则这些操作可能会不能进行。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计19选择菜单开始/ 程序/Easy Builder/Easy Manager,将弹出 Easy Manager 的对话框窗口如下图 19 所示。图 19 Easy Manager 界面在 Easy Manager 上的通信参数是计算机和触摸屏之间的通信参数，具体定义如下：通信口选择:选择计算机和触摸屏相连接的计算机的串口为 COM1 或 COM2。通信口速率选择:在下载/上传时决定计算机和触摸屏之间的数据传输速率,建议选择 115200bps(一般对于一些老型机器或特殊要求时才选用 38400bps)。Project Download/Upload or Recipe Download/Upload：上传/下载工程或者上传/下载配方资料数据。Complete or Partial Download/Upload：对于下载,“complete”是包含工程文件(*.eob)和系统文件(*.bin)一起下载,速度较慢，“Partial”则仅下载工程文件(*.eob)，速度较快.对于上传则只上传工程文件(*.eob),选择“complete”和“partial”都是一样的。当编译好工程以后，就可以下载到触摸屏上进行实际的操作了。在这里，下载有 2 种方式，一是通过 Easy Manager 的Down Load来进行,另一种就是直接在 EB500 中选择菜单工具下的下载或按下下载图标来进行下载操作。（1）通过 Easy Manager 来下载：从开始菜单选择程序/EB500 中文版/Easy Manager。设置好各种参数，按下Down Load 。选择要下载的工程文件 ,然后按下 打开 。下载工程文件过程如图 20所示。基于触摸屏的多级皮带机 PLC 控制系统设计20图 20 下载工程文件过程下载完毕，按下确定，按下Jump To Application或者把触摸屏重新复位，切换到应用程序状态，程序就可以在触摸屏上运行了。（2）通过 EB500 来下载在 EB500 中打开需要下载的文件的.epj格式文件，或者对当前正在编辑的文件，先选择菜单编辑下的保存，然后菜单工具下的编译。编译完成后,关闭编译对话框,接着选择菜单工具下的下载或按下下载图标就可以下载了。下载完成如