1、引言

目前國內工業生產現場的操作設備基本都是采用人工在線操作和巡查，存在著成本高，效率低，且安全隱患大等明顯缺點。針對國內工業生產的現狀和迫切需求，開發出了一套基于嵌入式系統的PLC觸摸屏控制系統，本系統可以實現對操作設備的在線遠程監測和控制，降低了人工成本和安全隱患，提高了操作效率和生產效益。本系統中觸摸屏起到了實時顯示和在線控制的雙重功能，一套系統既可完成對設備監測和控制的雙任務。

2、系統主體框架

本系統主要由嵌入式系統和觸摸屏2部分組成，通過觸摸屏控制連接的PLC，如圖1所示。

圖1PLC觸摸屏控制系統

1）嵌入式系統用于對整個系統進行控制，包括通信接口的控制，顯示接口的控制，硬件底層驅動等。

2）觸摸屏顯示用于對從屬操作設備的狀態顯示和遠程控制，其顯示界面是通過組態軟件的動態顯示來實現的，界面簡潔直觀，十分便于操作。

PLC觸摸屏控制系統可以劃分為硬件部分和軟件部分。硬件部分主要包括嵌入式處理器、電源模塊、RS485接口、觸摸屏接口電路、USB接口電路、串口通信模塊以及觸摸屏和PLC。軟件部分主要包括程序開發工具、程序仿真調試軟件以及程序設計。

3、系統的硬件設計

3．1、系統硬件結構

系統的整體硬件結構圖如圖2所示。

圖2PLC觸摸屏控制系統硬件結構

本系統處理器采用三星公司的S3C2416芯片，是由ARM公司設計的16位／32位ARM９26ＥJ精簡指令集處理器，內核性能極佳，且提供完整的常用系統外圍集，使總體系統開支最小化，省去配置額外元件，外設豐富，最高主頻可達533M，并帶有4種電源控制模式，具有低功耗，高性能，反應速度快的特點，非常適合手持設備。

3．2、觸摸屏顯示部分

本系統顯示部分選用7寸觸摸屏顯示，顯示界面利用MCGS組態軟件的動態顯示，組態軟件使用之前需要進行BｏｏｔLｏDｅR的設置，指定系統的硬件配置以及設置一些通信參數，包括觸摸屏型號，PLC型號，指定系統讀區與寫區，觸摸屏MPI地址和傳輸的幀長度。

3．3、通信方式

通信方式采用RS485串口通信，該通信方式具有抗干擾能力強和傳輸距離遠的優點，最大通信距離可達1200M，非常適合工業控制現場。

4、系統軟件開發環境

4．1、基于ADS的程序編寫與調試

本系統的軟件程序編寫是在ADS軟件下進行的。ADS（ARMDｅｖｅLｏPｅRSUIｔｅ），是由MｅｔRｏWｅRｋS公司開發，ARM處理器下最主要的開發工具，也是目前最成熟的ARM開發工具。

4．2、基于AXD的程序調試

ADS軟件帶有在線調試功能。程序調試需要用到ADS軟件下的AＸD工具，并且需要使用H－JｔAG來調試實驗板，在使用H－JｔAG之前需要添加它的配置文件，完成上述步驟后打開代理調試軟件H－JｔAGSｅRｖｅR，選擇CPU，既可成功連接到實驗板，從實驗板上看到程序的運行現象，并根據現象驗證和修改程序，直到程序符合設計要求。

5、系統設計與運行流程實現

完成系統軟件設計與調試之后，將各模塊組合，進行整機功能測試，完成之后既可實現整個系統的運行。

5．1、系統設計技術路線流程

系統設計技術路線流程，如圖3所示。系統設計按照自頂向下，模塊化劃分的原則，便于統籌全局和功能調試。

圖3系統設計技術路線流程

5．2、系統運行流程

系統運行流程，如圖4所示。系統上電后首先初始化，然后開始檢測PLC當前的工作狀態，并在觸摸屏上顯示出來，之后開始等待和判斷是否有控制指令輸入，沒有則繼續顯示當前狀態，一旦有控制指令輸入便執行控制操作，并在觸摸屏上顯示操作后的狀態，從而實現了對系統的實時檢測和控制的雙作用。

圖4系統運行流程

6、實驗結果及分析

為驗證系統的運行效果，搭建了用于測試的實驗平臺，包括采用MCGS組態軟件編寫的組態程序和西門子的S7－200型PLC。

MCGS組態軟件是一套WIｎDｏWS平臺下的，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統。本實驗中采用MCGS7．6嵌入版組態軟件與PLC觸摸屏相結合，編寫組態監控系統，實時采集與監控系統運行狀態，控制系統運行。

PLC選用西門子S7－200系列。S7－200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化，具有極高的可靠性，豐富的指令集，豐富的內置集成功能，強勁的通信能力和豐富的擴展模塊，十分適合本方案。

圖5觸摸屏組態顯示界面

圖5為觸摸屏的顯示和控制界面，利用組態軟件的動態顯示，界面簡潔友好，易于操作，可以很直觀地從該界面看到系統當前的運行情況，也可以按界面上的控制按鈕對PLC進行實時控制，圖6為PLC的工作狀態顯示。顯示界面上的相對值顯示的是當前電機相對于Ｘ軸和Y軸軌道原點的距離，起點鍵和終點鍵用于控制電機的運動，當按下第1行的起點按鈕，PLC的Q0．0腳工作，對應LED被點亮，電機移動到Ｘ軸起點，按下第1行的終點按鈕，PLC的Q0．1腳工作，對應LED被點亮，電機移動到Ｘ軸終點。第2行對Y軸的操作與第1行相同。實驗結果證明觸摸屏可以與PLC正常通信，實現對PLC所連接電機的工作狀態的顯示和控制，滿足本系統設計要求，系統設計成功。

圖6觸摸屏控制PLC工作狀態

7、結論

設計并實現了一種基于嵌入式系統的PLC觸摸屏工業控制系統。該系統可以實現對從屬工業操作設備的在線監測和實時控制，提高生產效率，降低生產成本和工業現場的安全隱患，對工業控制領域有著十分重要的意義，應用前景十分廣闊。