觸摸屏在自動移栽機檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計

劉云 韓長杰 郭輝 周艷生 劉宇

摘要：現(xiàn)有的自動移栽機未設(shè)置對工作狀態(tài)信息進(jìn)行檢測和顯示的裝置。設(shè)計一個由觸摸屏和PLC組成的自動移栽機檢測系統(tǒng)，將觸摸屏作為人機交互界面，利用觸摸屏反應(yīng)速度快、易于交流等特點，使上位機和下位機進(jìn)行通信連接。傳感器采集移栽機的工作狀態(tài)信息，通過觸摸屏實現(xiàn)移栽機動作信息顯示、數(shù)據(jù)信息顯示和報警信息顯示的功能。測試表明，觸摸屏可顯示移栽機的實時工作狀態(tài)信息，當(dāng)出現(xiàn)異常時能及時通知報警，并在觸摸屏上顯示故障點，方便工作人員查找故障。

關(guān)鍵詞：觸摸屏；移栽機；顯示；檢測

中圖分類號：S223.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）04-0024-04

目前，移栽機還沒有一個能將工作狀態(tài)信息進(jìn)行檢測與顯示的裝置，工作人員在駕駛室內(nèi)無法及時地了解移栽機的工作信息。當(dāng)出現(xiàn)故障時，只能靠人為提醒來獲知移栽機的故障信息，而且難以查找故障點，延誤排障時間。觸摸屏是一種以顯示屏作為顯示、輸入設(shè)備的裝置。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和推動，觸摸屏技術(shù)開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，給農(nóng)民的生產(chǎn)帶來極大的方便。將觸摸屏技術(shù)應(yīng)用于移栽機，使用通信傳輸?shù)姆绞綄⒁圃詸C的工作信息傳輸?shù)接|摸屏顯示，可以使操作人員在駕駛室內(nèi)實時了解移栽機的工作狀態(tài)。

1 移栽機的結(jié)構(gòu)及工作過程

移栽機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作過程為：人工將穴盤苗放在穴盤移位機構(gòu)上，當(dāng)移動到機械手取苗位置時，機械手取苗；取苗后機械手運動到喂苗位置，當(dāng)隨動苗筒移動到機械手正下方時，機械手將穴盤苗喂入到隨動苗筒；當(dāng)隨動苗筒與柔性輸送苗筒機構(gòu)同步時，穴盤苗落入到柔性輸送苗筒；隨著柔性輸送苗筒的轉(zhuǎn)動，穴盤苗被逐個喂入到栽植器的吊籃內(nèi)，由栽植器栽入土穴中。

2 系統(tǒng)的界面設(shè)計

根據(jù)移栽機工作原理，將界面顯示的內(nèi)容設(shè)置為6個模塊：主界面、移栽機簡介、數(shù)據(jù)顯示、動畫顯示、報警顯示、幫助。其中數(shù)據(jù)顯示、動畫顯示和報警顯示是該系統(tǒng)顯示的主要部分。該系統(tǒng)選用了以高性能、低功耗CPU（主頻600 MHz）為核心的TPC7062Hi觸摸屏，觸摸屏界面采用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計，應(yīng)用組態(tài)功能將移栽機的工作信息以動畫、圖表、數(shù)字等形式顯示出來。觸摸屏界面設(shè)計框圖如圖2所示。

2.1 數(shù)據(jù)顯示界面設(shè)計

該界面包含對移栽機各部件取喂苗數(shù)量、工作量等數(shù)據(jù)的顯示。移栽機在作業(yè)時，因受環(huán)境的影響和條件的限制，取苗、喂苗的成功率不可能達(dá)到100%，操作者通過該界面可了解各部件穴盤苗的取喂情況。該界面還顯示工作量、系統(tǒng)運行時間、移栽株距等數(shù)據(jù)信息，方便操作者實時了解移栽機的工作量信息。界面中的移栽株距和拖拉機行進(jìn)速度是輸入量值，在開機時設(shè)定數(shù)值，便于工作量信息的準(zhǔn)確顯示。

2.2 動畫顯示界面設(shè)計

通過動畫顯示模塊可以了解移栽機各部件的實時動作狀態(tài)。觸摸屏的動畫顯示模塊包括機械手的動作畫面、柔性輸送苗筒的動作畫面和栽植器動作畫面3個界面。機械手包括夾苗準(zhǔn)備、夾苗、取苗、喂苗準(zhǔn)備、喂苗、喂苗后返回6個動作，機械手動畫界面會顯示相應(yīng)的動作狀態(tài)。柔性輸送苗筒包括與隨動苗筒同步、轉(zhuǎn)動、喂苗3個動態(tài)，柔性輸送苗筒動畫顯示界面實時顯示其動作狀態(tài)。栽植器雖然為旋轉(zhuǎn)運動，但可表示為栽苗和準(zhǔn)備栽苗2個狀態(tài)，采用動畫按鈕功能將栽植器的動作狀態(tài)顯示在觸摸屏上，栽植器動畫顯示界面還設(shè)有栽苗提示指示燈，每當(dāng)有苗栽入土穴時，對應(yīng)的指示燈會閃爍，提示栽苗。3個顯示界面中有相互切換的按鈕，通過主界面進(jìn)入動畫窗口時，默認(rèn)為進(jìn)入機械手動作畫面界面窗口。圖3和圖4分別為機械手動畫顯示界面和栽植器動畫顯示界面。

2.3 報警信息顯示界面

移栽機在工作時會出現(xiàn)取苗、喂苗或栽苗異常的現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)異常時，操作人員在駕駛室內(nèi)不能及時發(fā)現(xiàn)。報警顯示模塊不僅提供實時報警功能，還能幫助操作人員快速查找故障點。報警信息包括實時報警信息和歷史報警信息。實時報警界面主要由報警指示燈和報警滾動條組成。移栽機正常工作時指示燈顯示綠色，當(dāng)出現(xiàn)異常時對應(yīng)的報警指示燈變紅，提示報警。歷史報警界面中的報警瀏覽表格可記錄報警的次數(shù)、對象、報警時的當(dāng)前值以及報警描述等信息。實時報警界面和歷史報警界面之間可通過按鈕相互切換，通過主界面進(jìn)入報警窗口時，默認(rèn)為進(jìn)入實時報警界面窗口。圖5和圖6分別為實時報警界面和歷史報警界面。

3 變量設(shè)置

界面設(shè)計完畢后，根據(jù)顯示內(nèi)容增加設(shè)備通道，并對界面的組態(tài)構(gòu)件進(jìn)行變量連接，使接收的信息顯示在觸摸屏上。觸摸屏對數(shù)值輸入的設(shè)置可間接修改PLC內(nèi)部寄存器值，從而改變移栽機的工作信息值。變量設(shè)置使觸摸屏與PLC建立對應(yīng)關(guān)系，將外部信息在觸摸屏上顯示。

設(shè)備通道地址的設(shè)置要與PLC中的輸入/輸出、寄存器等地址對應(yīng)。通道設(shè)置的具體方式：打開MCGS軟件，在設(shè)備窗口的設(shè)備管理選項中選擇通用串口父設(shè)備和西門子S7-200PPI，進(jìn)入西門子S7-200PPI設(shè)備編輯窗口，增加需要的設(shè)備通道，將新增的設(shè)備通道快速連接變量，在變量連接方式里設(shè)置變量連接方式、數(shù)據(jù)對象、通道個數(shù)等，即可完成通道設(shè)置。通道設(shè)計見表1。

增加的通道信息會同時保存在實時數(shù)據(jù)庫中。實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是系統(tǒng)自定義的字符型變量，使接收的外部信息傳到觸摸屏后變成觸摸屏內(nèi)部數(shù)據(jù)變量進(jìn)行輸出。實時數(shù)據(jù)庫中的報警變量需要設(shè)置成允許報警項，將需要報警的變量組成一個組對象，每一個報警項都是組對象的成員，都在報警信息的顯示列中。最后將實時數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)與設(shè)備窗口中的組態(tài)構(gòu)件建立對應(yīng)關(guān)系，完成設(shè)置。如機械手取苗數(shù)的顯示框，數(shù)據(jù)的連接變量為機械手取苗數(shù)（即C6）。

4 通信連接及測試

4.1 通信連接

該系統(tǒng)使用的PLC為S7-200SMART PLC，TPC觸摸屏和PLC之間通過RS-485串口通信。通信接口如圖7所示，串口引腳的定義見表2。

TPC觸摸屏與PLC采用RS485轉(zhuǎn)換器連接，TPC觸摸屏的RS485接口7正8負(fù)與PLC編程口的3正8負(fù)連接，如圖8所示。

4.2 系統(tǒng)測試

為了驗證系統(tǒng)的可靠性，對該系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)測試。把設(shè)計好的組態(tài)工程下載到觸摸屏，將觸摸屏與PLC連接，系統(tǒng)供電后運行。測試過程中觀察可知：移栽機各部件實際取喂苗數(shù)量與觸摸屏上顯示的數(shù)據(jù)信息一致；移栽機各個部件的動作狀態(tài)可在觸摸屏上以動畫形式實時顯示；當(dāng)出現(xiàn)故障時，觸摸屏上對應(yīng)的報警指示燈閃爍，提示報警。系統(tǒng)測試如圖9所示，出現(xiàn)異常時歷史報警界面顯示如圖10所示。

5 結(jié)語

綜合吊籃式自動移栽機的工作狀態(tài)，設(shè)計一個基于上位機顯示的檢測系統(tǒng)。將觸摸屏技術(shù)應(yīng)用于移栽機，使移栽機的工作狀態(tài)以動畫、數(shù)字、圖表等形式顯示。測試表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可實時顯示移栽機的工作狀態(tài)，工作人員在駕駛室內(nèi)即可了解移栽機的工作狀態(tài)。

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