S7—200PLC人机界面的设计与实现.pdf

第 2期 总 第 1 5 3期 2 0 0 9年 4月 机 械工 程 与自 动 化 MEC HANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUT0MATI ON No ．2 Apr ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 l 3 2 0 0 9 0 2 一 O 1 3 5 一 O 2 S 7 2 0 0 P I C人机界面的设计与实现 赵 鹏 飞 ，张保 成 中北 大 学 ， 山西 太原0 3 0 0 5 1 摘要 主要介绍 一种利用触摸屏实现 s 7 2 0 0系列 P I C人机界面的设计方法 ， 并结合某货物分拣系统实现 了 MD 2 0 4 L触摸屏和 S 7 ～2 0 0系列 P l C人机界面接 口的设计和编程。 关键 词P L C；触摸屏；人机界面 中 图分 类 号 TP3 3 4 ． 1 文 献标 识码 A 0 引言 随着 P I C控制 设 备 自动化 程 度 的不 断 提高 以及 生产工艺要求 的不 断变化 ，P I C控制设 备操作 面板上 的各种按钮及操 作机 构变得 越来越 复杂 ，这就 使得设 备操 作人员在初 学 时显 得特 别困难 ，而且 在其操 作过 程 中常会 出现误操 作 ，这也增 加 了设备 的故 障率 。 触 摸 屏 又 称 可 编 程 终 端 P r o g r a mma b l e T e r mi n a l ， 简称 P Tl_ 1 J ， 触摸显 示屏不 仅可 以减少 一 台 P I c控制设备 的面板操作按钮及其它操作部件 ，同 时 ，对 于同一 台设 备加工 不 同工 件时 的程序选择及 程 序 中的参数修改都 相 当方 便 ；触 摸屏 的采用降低 了人 机沟通的障碍 ； 利用 触摸屏取 代 P I C控 制设 备的操 作 面板 ， 就相 当于将 P T C控 制设备操 作面板 的硬件 以软 件的形式储存 于 P I C 中 ．充分 利用 了 P I C 中的 内 存 ． 并减少 了大量 的硬件设 施 以及 由此 而带 来的故 障 。 1 S 7 2 0 0 P LC通 信原理 本 文 中 S 7 2 0 0 P I C采用 P P I 通 信 协议 、OP屏 及 R S 一4 8 5 接 口，其 数据线 为 MDS 7 一C AB 0通 信 线，传送数据由 1个起始位、8 个数据位、1 个偶校验 位 、一个停止 位组成 ，传送 速率 为9 6 0 0 b ／ s 。 P P I 通信协议 是一种 主 一从 协议 ， 是 s 7 2 0 0 P I C 最基本 的通信 方式 ．主一从 站在一个 令牌环 网 中，因 此 在 C P U 内用户 网 络 读写 指 令 即可 ，网络读 写 指令 是运 行在 P P I 协议 上 的，因此 P P 1 只在 主站侧 编写程 序 。从站 的网络读写指 令没 有什么意义 。即在 该协议 中 。 主站 其它 C P U、 S I MAT I C编程器或 T D2 0 0 给从 站 发出 申请 ．从 站进行 响应 。从 站不初 始化信息 ，但 是 当主站发 出申请 或查询 时 ，从 站才进行 响应 。 S 7 2 0 0 C P U 在 R UN 模式 下才 可 以作 为 P P I主 站 。一 旦 进 入 P P I主 站 模 式 ．就 可 以 利 用 网 络 渎 N E TR 和网络写 NE T W 指令读 写其它 C P U。 作为 山西省 自然科学基金资助项 目 2 0 0 5 1 0 2 4 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 1 8 ；修 回日期2 0 0 8 一 l 1 2 l 作者简介 赵鹏飞 1 9 7 9 一 ． 男 ． 山西大同人， 助教． 硕士 。 P P I 主 站 的 S 7 2 0 0 C P U 还 可 以响 应 其 它 主 站 的 请 求 。 对于任 何一个从 站有 多少个 主站 和它通 信 ． P P I 协 议 没有 限制 ，但是 在 网络 中最 多只能有 3 2个主站 口 ] 。 2人机界 面的工 作原理 人 机 界 面 HMI 是操 作 人 员 与机 器 设 备 之 间 双 向沟通 的桥梁 ， 是用 户可 以 自由地组 合文字 、 按 钮 、 图 形 、数字 等来处理 、监控 、管理或 应付 随时可能 变化 信 息的多功 能显示屏 幕 。使 用人机 界面还 可 以使机 器 的配线标 准化 、 简单 化 。同时还 能减少 P I C监控 器所 需 的 r ／ 0 点 数 ，降低 生产成 本 。 人机界 面产 品由硬件 和软件两部 分组 成 ，硬件 部 分包 括处理 器 、显示 模块 、输入模块 、通信 模块 和数 据存储模 块 等 ，见 图 1 。 图 1人机 界 面硬 件 组成 其 中处理器 的性能决定 了 HMI 产 品的性 能高低 ， 是 HMI 的核 心单 元 。根据 HMI 的产 品等级 不同 ，可 分 别选用 8位 、l 6位 、3 2 位 的处理 器 。图 2为人 机界 面软件构成 ，HMI 软件一般分为两部分，即运行于 HMI 硬 件 中的 系统 软件 和 运行 于 P C机 Wi n d o ws操 作 系统下 的画面组 态软件 。 用 户必须 先使 用 HMI 的画 面组 态软件制 作 “ 工程文件 ” ， 再 通过 P C 机和 HMI 产 品的 串行 通信 口， 把 编制好 的 “ 工程 文件 ” 下 载到 HMI 的处理 器 中运行 。 本文选用人机 电子 有限公 司 的 MD2 0 4 I 文本显示 器作为 人机界面 。 MD 2 0 4 I 是可编程序控制器的小型人 机界面 ， 以文字或指示灯等形式监视 、 修改 P I C 内部寄 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 36 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 9年 第 2期 存器或继 电器的数值及状态 ， 从而使操作人员能够 自如 地控制机器设备 。 MD2 0 4 I 可编程文本显示器有 以下 特 点 ①通过 编辑软件 在计算 机上作 画 ，自由输入汉字及 设定 P I C地址 ， 使用 串 口通信 下载画面 ； ②通信协议 和 画面数据一 同下载到显示器 ， 无须 P I C编写通信程序 ； ③对应 P I C机种广 泛 ， 包括 三菱 F X 系列 、 欧姆龙 C 系 列 、西 门子 S 7 2 0 0系列 、光洋 S系列 等 ；④2 0个按 键可被定义成功能键， 有数值输入小键盘， 操作简单 ， 可 替代部分控制柜上的机械按键 ；⑤ 自由选择 通信方式 ， RS 2 3 2 ／ RS 4 2 2 ／ RS 4 8 5任选 。 界面组态软件 I 设备驱动 处 理 器 系统 匈梭软件 图 2人 机 界 面 软 件 组成 3 MD 2 0 4 L触摸 屏与 s 7 ～2 0 0 P L C的通信 连接 3 ． 1硬 件 电路 3 ． 1 ． 1 供 电电路 采用 q x d y 一2 4 V／ 1 2 V 稳压 开关 电源 供 电。 图 3 为 MD2 O 4 I 触 摸屏供 电电路 图 。 l I D C 2 4 V电源端予 M D2 0 4 L 潮 3 MD2 0 4 L触 摸 屏 供 电 电路 3 ． 1 ． 2 通信 口电路 1 MD 2 0 ， 1 I ， 串行 通信 口引脚定 义见表 1 。 表 1 MD2 0 4 I 串行 通 信 口引 脚 定 义 T D R X D F X D R T S G N D I D N C R I -- R D J 定义 j I l l I T f 【 l l 2 MD 2 0 4 I 与计算 机 的连接 。 RS 4 8 5通信端 口 都是置 于 9 针 D型插座 中 ，当下载 画面数据 时 ，使用 通信 电缆 MD2 一P C将 MD2 0 4 I 的 9芯通信 口和个人 计算机 的 9 芯通 信 口连 接起来 。 3 MD 2 0 4 I 与 S 7 ～2 0 0 C P U 的连 接 。MD2 0 4 I 和 P I 通信 时 ，根据 P I C机型在 组态 软件 中设定 通 信 口连接方 式 。 3 ． 2 触摸 屏控制 画面 实现 本 文 针对 某 货 物 分 检 系统 ，用 触 摸 屏 控 制 替 代 P I c面板控制 。该分拣 系统可 以实现 工件 的运 输 、停 止 、 复位 ， 并 可以在 O P屏上显 示皮带 线 的运行 状态 以 及待 分拣 工件 的颜色类 型 黑 、 白 。 表 2为各 功能键 对 应 的控制 功能设 置 。 3 ． 2 ． 1 选择 P I C机型及通 信参 数设 置 选择 西门子 S 7 2 0 0 P I C．通信 参数为 波特率 9 6 0 0 b ／ s ， 8位数据 位 ，l 位 停止 位 。偶 校验 。图 4为 P I c机型及通信参数设置。 3 ． 2 ． 2 编辑 控制画面 建立文本 启动 、停 止 、复 位 、皮 带线运 行 、工 件颜 色和返 回。图 5为其控 制 画面编辑与 实现 。 表 2 功能键对应的控 制功能 名称 对应键值 对应线圈 坐标 功能 启动 l M0 ． 0 4 4 ， 4 启动运输小车 停止 2 M0 ． 1 4 4 。 2 4 停止运输小 车 复位 3 M0 ． 4 4 4 ， 4 4 运输小车复位 皮带线运 行 M0 ． 2 1 6 8 ． 4 小车运行指示灯点亮 工件颜色 M． 0 3 i 6 8 ， 2 4 工件为白色指示灯点亮 返 回 1 6 8 ． 4 4 退 出 该界 面 本 文重 点介绍 了 S 7 2 0 0 P I C的通信 原理 ，并 确 立 了 S 7 2 0 0 P I C和触 摸屏之 间 的通 信方案 。并针 对 某 货 物 分检 系统 ，用 触摸 屏 控制 替代 了 P I C 面板控 制 。 就 该货物 分检 系统 而言 ， 利用 触摸 屏来代 替 P I C 控 制面 板的优 势有 ①减少 了 P I C的 I ／ O 点使用 ，同 时 也减少 了外部 接线 ； 减少 了机械按 钮 的使 用以及 因按钮损坏而导致的设备故障 ；⑧显示器能即时显示 设备的运行状态， 并且具有报警功能 ；④控制界面更 直观 ，更便 于操作 者控制 。 参 考 文献 [ 1 ] 杨 国栋 沈 培宏 ． 触 摸 屏技 术 发展 简介 f J ] ． 光 电技术 ， 2 0 0 2 ， 4 3 1 4 9 5 5 ． [ 2 ] 廖 常初． P 【 c编程 及应 用[ M] ． 北 京 机 械工业 出版社 ， 2 0 05 ． [ 3 ] 薛迎成． P L C与触 摸屏 控制技术 [ M] ． 北京 中 国电力 出 版社 ， 2 0 0 8 ． 英文摘 要转第 1 4 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9年 第 2期 机 械 工 程 与自 动 化 1 41 MS P 4 3 O Fl 4 9的 P 4口的 P4 ． 2 、P4 ． 3 、P4 ． 4 、P4 ． 5 、 P 4 ． 6 分 别与 MG一 1 2 2 3 2的 R S T、 A0 、 R ／ W 、 E 2 、 E1 管脚 连接 ．P 5 E l 与 MG一1 2 2 3 2的数据总线 进行连 接 即 可 。 另外 ．本 机采用独 立式按键 ，直 接用 I ／ O 口线构 成 单个按键 电路 。因为 MS P 4 3 0 F 1 4 9的端 口 1 具有 中 断功能 ，故 采用 了中断方式 的独立式 按键 电路 。 1 ． 5 串口通信模 块设计 利用 该模 块 实现 了单 片机 系统 与 上位 机 的通 信 。 由于单 片机 与上位 机进行通 信时接 口电平 不同 ．因此 需要 进行 接 口转 换 ．这 里 采用 S P 3 2 2 0芯 片来 完成 接 口电平 的转换 。 1 ． 6 存储模 块设计一 S M 卡 为 了在 某些特殊 的场合 下 如通信 故 障时 能够 成 功保存数据 ，本 系统 采用 S M 卡来实 现该部分 功能 。 S M 卡是 采用 NAN D 技术实 现 的 F I AS H，它 为 固态数 据存储 提供 了一种 有效 的解决 方 案 。S M 卡 只 有 8根数据 线 ，没 有专 门的地址线 ，主要通 过不 同的 控制线 和发送不 同命 令来 实现不 同的操作 ． 如读 、 写 、 擦除等 。另外 ，S M 卡 与一般芯 片在 封装上 有所不 同 ， 该卡并 非采用管脚 的形式 ， 而是采用 金手指 的形式 。 因 此 ，在 实际应用 中可 以方便 地进行 插拔 ，从 而提 高系 统使用 的灵活性 。 2 软 件设计 本 系统的软 件采用模 块化设计 的方法 ．该软件 的 子功能模 块分割与 硬件分块 电路是相 对应 的。整个 程 序包括 主程序 、数据 采集 程序 、数据 处理程 序 、串行 通讯程 序 、定时器 中断程序 、液 晶显 示程序 及存储 程 序 。所 有程序均采 用 C语言编写 ，在 I A R E mb e d d e d Wo r k b e n c h环境下进 行开 发、调试 。限于篇 幅 ，本 文 只给出主程序 的流程图 ，见图 4 。 3 结束语 本 电阻测量仪 系统 的软 、硬件设计 能满 足用户应 用的要求 ，除了在实验室使用外，因其体积较小、携 带方 便 ，特别适用 于工作现 场的测量 。 图 4 系 统主 程 序 流 程 图 参 考 文 献 [ 1 ] 魏小龙． MS P 4 3 0系列单 片机接 口技 术及 系统 设计实 例 [ M] ． 北京 北京航空航天大学 出版社 ． 2 0 0 2 ． [ 2 ] 秦龙 ． MS P 4 3 0单 片机 常 用模块 与 综合 系 统实 例 精讲 [ M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 7 ． E 3 ] 胡大可． MS P 4 3 0系列超低功耗 l 6位单 片机原 理与应用 I- M] ． 北京 北京航空航 天大学出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 1 ] 胡 大 可． MS P 4 3 0系列 单 片机 C语 言 程序 设 计 与开 发 [ M] ． 北京 北京航空航 天大学出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 5 ] 王利。 耿涛． 液晶模块 与 MS P 4 3 0 F系列单 片机接 口电路 及编程_ J ] ． 电子技术 ， 2 0 0 7 5 8 - 1 1 ． [ 6 ] 谢 沅 清． 信号 处 理 电路 [ M] ． 北京 电子 工业 出版 社 。 ] 98 4 ． De s i g n 0 f a M e a s u r i n g I ns t r u me n t f o r Li t t l e Re s i s t a nc e Ba s e d 0 n M S P4 3 O F1 4 9 XU N Hon g f ei ， D U Yong gu i ， LI U Do ng l i n 1 ． Co l l e g e o f I n f o r ma t ion En g i n e e r i n g． F a i y u a n Un i v e r s i t y o f F e c hn o l o gy． Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4． Ch i n a 2 ． Co mmun ic a t i o n Co mp a n y o f Lu ’ a n M i n i n g I n d u s t r y Gr o u p， Ch a n g z h i 0 4 6 2 0 4． Ch i n a Ab s t r a c t Thi s pa p e r pr e s e nt s t he d e s i gn o f a p or t a bl e me a s ur i n g i ns t r u me nt f or l i t t l e r e s i s t a nc e， i nc l u di ng t h e de s i g n of ha r dwa r e a n d s of t wa r e ． Ti ffs i n s t r u men t h a s u s e d M SP43 0 F1 49 a s t h e c or e of t h e s y s t e m ． a nd i t c a n c ompl e t e d at a me mo r i z i ng， c ommun i c a t i on wi t h PC ， LCD di s p l a y i n g an d ot h e r f unc t ions ．Lowe r po we r c on s umi ng， hi gh a c c u r a c y a n d p o r t a bl e a r e a l l i t s p e c ul i a r i t i e s ．S o i n p a r t i c ul a r i t c a n b e pr op e r l y us e d i n wo r k f i e l d b e s i de s i n t he l a b． I n s ome c o ndi t i on s t he da t a s a mpl e d c a n he s a ve d i n t h e SM c ar d． Ke y wor ds me a s ur i n g i ns t r ume n t f or l i t t l e r e s i s t a n c e； M SP 4 3 0 F1 ．1 9 d e s i g n 上接 第 1 3 6页 De s i g n a n d I mp l e m e nt a t i o n o f HM I f o r S7 2 0 0 PLC ZHAO Pe ng f e i ． ZHANG Ba o c he ng No r t h Un i v e r s i t y o f Ch i n a ． Ta i y u a n 0 3 0 0 5 1 ． Ch i n a Ab s t r a c t On e ki nd o f hu ma n a n d ma c hi ne i n t e r f a c e HM I f o r S7 2 00 s e r i e s PLC b as e d on pr o gr a mma bl e t e r mi na l i s i nt r od uc e d i n t hi s p a pe r ．And wi t h a c a r go s o r t i ng s y s t e m ，t h e ha r dwa r e a n d s o f t wa r e i n t e r f a c e s a r e r e a l i z e d b et we e n t h e MD20 4 L t yp e p r o g r a mma b l e t e r mi na 1 a nd t he S7 2 00 s e r i e s PLC． Ke y wo r ds PLC； pr o gr a mma bl e t e r mi n al ； HM 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m