手勢識別技術(shù)在PLC控制中的應(yīng)用

李素泉

摘要：本文主要介紹了手勢識別技術(shù)與PLC控制的概念以及現(xiàn)狀，并根據(jù)相關(guān)項目分析了手勢識別技術(shù)在PLC控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：手勢識別技術(shù)；PLC；工控；應(yīng)用

一、緒論

在很多領(lǐng)域，傳統(tǒng)的計算機(jī)鼠標(biāo)和鍵盤控制越來越不能滿足操縱的輕便性，于是開始引入傳感器技術(shù)，比如觸屏技術(shù)、人臉識別技術(shù)在越來越多的公司、企業(yè)以及工廠等地方流行起來。在這些先進(jìn)技術(shù)的支持下，人們可以在不接觸計算機(jī)的情況下，實現(xiàn)與計算機(jī)的聯(lián)系和交流，體現(xiàn)了非常高的技術(shù)含量。這些技術(shù)目前還處于深入的開發(fā)階段，有很大的價值潛力，如果我們可以科學(xué)合理的運用這些技術(shù)，那將會帶來相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。手勢識別技術(shù)是一項先進(jìn)的體感技術(shù)，PLC（可編程控制器件）廣泛運用于機(jī)械和生產(chǎn)領(lǐng)域，如果能夠?qū)⑹謩葑R別技術(shù)合理地運用于PLC控制中，會創(chuàng)造很高的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)價值。

二、手勢識別技術(shù)與PLC控制的概念

手勢識別技術(shù)是計算機(jī)領(lǐng)域在語言技術(shù)上非常流行的一個技術(shù)，通常泛指人通過身體某個部位的動作表現(xiàn)來控制設(shè)備，但主要是指面部和手部的動作。目前手勢識別技術(shù)主要是通過數(shù)學(xué)算法來實現(xiàn)計算機(jī)識別人體語言的，在機(jī)器與人類之間搭建和諧的溝通橋梁，同時為使用者提供非常良好的用戶界面。在手勢識別技術(shù)的使用上，通常首先要進(jìn)行圖像的獲取和手勢的分割，其中手勢分割是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，實質(zhì)上就是通過獲取的圖像來建立模型，模型的形式有平面和立體兩種。在建立的模型中進(jìn)行計算，計算量會隨著手勢動作復(fù)雜程度的增加而增大，然后分析計算模型的結(jié)果，分別進(jìn)行靜態(tài)分析和動態(tài)分析，獲取手勢動作中包含的信息，完成手勢的識別。

PLC控制的英文全寫是Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，主要運用于工業(yè)環(huán)境下的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的，是一種非常典型的可編程存儲器。PLC的組成結(jié)構(gòu)主要由電源、重要處理單元、存儲器以及輸入、輸出單元，目前工控PLC通常采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。其中，中央處理單元（CPU）由控制器、運算器、寄存器等部件組成，通常以芯片的形式出現(xiàn)，CPU通過數(shù)字運算與用戶程序的處理來保證整個PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定，在很大程度上決定了PLC的質(zhì)量和性能。PLC在輸入單元中接受外界信號，通過輸出單元將PLC的輸出信號傳遞給被控設(shè)備，在這個過程中，中央處理器會完成信號形式的轉(zhuǎn)換，存儲器存放用戶程序、邏輯變量等多種信息。

三、手勢識別技術(shù)與PLC控制的現(xiàn)狀

手勢識別技術(shù)是我國專家和學(xué)者研究周期較長的一項技術(shù)，取得了非常好的成效，但還有一些重要的技術(shù)需要攻克。開始的手勢識別主要是利用有線技術(shù)將人體與機(jī)器設(shè)備連接在一起，在這些連接設(shè)備上裝有傳感器，在傳感器的支持下，人的手部動作以及空間位置能夠非常精確地傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)中。最初的手勢識別設(shè)備，比如數(shù)據(jù)手套，有非常準(zhǔn)確的識別結(jié)果，但是造價過于昂貴，只能適用于一些特殊的場合。此外，在這種有連接設(shè)備介入的手勢識別下，雖然能夠獲得較高的準(zhǔn)確性，但是卻忽略了手勢的自然表達(dá)，在進(jìn)一步的使用中逐漸呈現(xiàn)出缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于視覺的手勢識別方式被專家和學(xué)者研究出來，是手勢識別技術(shù)一項非常重要的革新。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動中，PLC因其操作容易上手、組裝簡單、可靠穩(wěn)定等多種優(yōu)點受到了人們的青睞。同時，在工業(yè)領(lǐng)域頻繁運用PLC控制的過程中，人們對于PLC的掌握越來越熟練，而且誕生了很多新型技術(shù)，比如人機(jī)界面單元、通信單元等，使得PLC的使用變得更加智能和先進(jìn)。在PLC控制中引入手勢識別技術(shù)是一項非常創(chuàng)新的結(jié)合，具有操作更加簡便、使用工況更豐富的優(yōu)點，將PLC于手勢識別有機(jī)地聯(lián)系在一起，讓人體學(xué)與計算機(jī)的結(jié)合使用又上了一個臺階。

四、手勢識別技術(shù)在PLC控制中的應(yīng)用

本文對一個手勢識別控制的PLC軟件項目進(jìn)行討論。該項目的組成原理是將Leap Motion與三菱FX系列 PLC結(jié)合在一起，并輔助以O(shè)PC技術(shù)，完成技術(shù)的創(chuàng)新。該項目的設(shè)計結(jié)構(gòu)很簡單，將PC與PLC通過以太網(wǎng)接口連接在路由器上，Leap Motion通過USB接口連接在PC上就可以完成安裝，并投入使用。其中，還有效地引入了OPC技術(shù)，OPC（Object Linking and Embedding for Process Control）技術(shù)能夠為這個連接系統(tǒng)提供更加一致的標(biāo)準(zhǔn)，在工控軟件中能夠更加容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交流。在OPC技術(shù)的支持下，PLC讀寫數(shù)據(jù)的編程就不需要在所有設(shè)備中進(jìn)行，可以通過統(tǒng)一地運用OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)就行了，OPC技術(shù)也是這個項目的創(chuàng)新點和關(guān)鍵點。

在客戶端的程序設(shè)計方面，該項目主要解決了PLC數(shù)據(jù)讀寫問題和編寫手勢操作的功能問題。在數(shù)據(jù)讀取上，實現(xiàn)OPC數(shù)據(jù)訪問主要通過同步、異步以及訂閱的方式來進(jìn)行，針對不同類別的情況采用不同的方式。其中，同步主要應(yīng)用于程序和數(shù)據(jù)量都比較小的數(shù)據(jù)訪問活動；而異步有更高的效率，因此常常運用于數(shù)據(jù)量較多的數(shù)據(jù)訪問；訂閱的方式可以適應(yīng)數(shù)據(jù)類型多變的情況，在一定周期時會進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)更新。在寫數(shù)據(jù)上，該項目的OPC技術(shù)還不支持訂閱的方式。

在實現(xiàn)手勢動作識別方面，該項目的Leap Motion能夠準(zhǔn)確實時地追蹤手部各個細(xì)節(jié)的動作，頻率幾乎可以高達(dá)每秒三百幀，能夠達(dá)到非常及時的動作追蹤效果。在實際操作中，用戶手部活動的位置、速度以及方向等多個因素都會被捕捉到，當(dāng)手勢被識別出來以后，PLC會及時作出相應(yīng)的控制和編程。這個項目的設(shè)計任務(wù)書上要求的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等多項功能都可以在該系統(tǒng)中實現(xiàn)，而且該項目的成本很低，在不方便使用鼠標(biāo)鍵盤的工況下可以提供很大的幫助。

五、結(jié)語

綜上所述，該項目實例充分證明了手勢識別技術(shù)可以運用于PLC控制并且?guī)砗芎玫某晒?，即較高的工作效率和較低的成本，適用于不同形式的工況。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人機(jī)結(jié)合的工程會越來越成熟，為人們帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)社會的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳明亮，何江.手勢識別技術(shù)在PLC控制中的應(yīng)用.工業(yè)儀表與自動化裝置，2017.