小型PLC通用人機界面裝置設計

劉光輝 張少平

PLC又稱為可編程控制器，在電子通信與計算機領域多有應用，通過對交互界面的設計，以可編程形式完成對待處理命令的識別與運行，在不同編程思想的影響下，系統(tǒng)將實現(xiàn)用戶需求，本文將對此系統(tǒng)中人機界面的設計需求與硬軟件配置情況和基本操作邏輯進行概述。

一、引言

人們生活在信息時代下，不但可利用各式各樣的電子設備完成數(shù)據(jù)交互，以滿足不同需求為目的，基于此背景，可編程的小型電子設備在生活或生產(chǎn)中出現(xiàn)頻率逐漸提升，因整個系統(tǒng)具有便捷性與易操作性，運行期間存在問題還可通過簡單的編程語句修改形式得以改善，故運行成本和使用成本普遍低廉，近年來相關技術也得到了無數(shù)人的認可，故有必要對系統(tǒng)的具體設計步驟予以分析，并探究對應系統(tǒng)實現(xiàn)的具體原理。

二、人機界面的設計需求分析

人機交互界面的運行需在硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的共同支持下實現(xiàn)，不但二者缺一不可，在擁有運行環(huán)境后還要根據(jù)不同設計需求對用戶界面進行個性化設計，以實現(xiàn)不同功能、滿足用戶需求為目標，讓人機界面被用戶廣為利用。在小型可編程控制器內，因相關電子元件具有體積小、運行速率快、可移植性強等特點，同時若用戶需要對實現(xiàn)功能靈活調整時，也可在易操作的環(huán)境下實現(xiàn)。

整個系統(tǒng)不但擁有顯示器、控制終端和對應接口，還可通過總線一體化控制方式為在系統(tǒng)中運行的其他模塊提供必要運行支持，在實際系統(tǒng)應用中，往往也存在多個可編程控制系統(tǒng)，在確保系統(tǒng)與外部電路連接緊密后，可通過C語言編程方式完成對預期功能的編程過程，并根據(jù)用戶提出的主要實現(xiàn)功能，在系統(tǒng)搭建前進行需求分析。在對系統(tǒng)軟件配置功能時，一半根據(jù)系統(tǒng)需求確定各項功能，很多系統(tǒng)的軟件配置，需存在用戶登錄與注冊模塊、主要功能的實現(xiàn)模塊、管理員模塊等，并可根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜性對功能實現(xiàn)模塊合理編寫代碼，因系統(tǒng)在不同運行環(huán)境下均有一定可運行性，故可讓人機交互界面具有較高的可執(zhí)行性。

以數(shù)據(jù)輸出功能舉例，當系統(tǒng)接收到用戶的請求后，便開始執(zhí)行關鍵字查找功能，往往此時還需用戶對操作二次確認，并將用戶端頁面顯示確認按鈕，在得到用戶確認后由系統(tǒng)內部發(fā)送對應的命令代碼，通過數(shù)據(jù)加密傳輸形式完成執(zhí)行語句，后完成對應語句的生命周期，進而完成對應功能，考慮到不同編譯環(huán)境下程序員對數(shù)據(jù)結構的理解方式有所區(qū)別，故相關編程語句需在具有一定寫作規(guī)范的環(huán)境下運行，以保證代碼在不同編譯環(huán)境下，具有良好的可運行性。

三、人機界面的硬件配置分析

整個人機交互界面是基于ARM控制原理得以實現(xiàn)功能的，不但是系統(tǒng)運行的重要組成部分，還可承擔對應的計算與通信功能，一般人機交互界面的硬件環(huán)境由控制器、顯示器、輔助器、總線接口、與其他模塊連接的接口構成，顯示器與用戶電腦端相連，顯示器內部由一塊液晶顯示屏、顯示屏下的處理器與存儲器組成，其中顯示屏與鍵盤還需保持連接，并通過內部驅動讓顯示器與系統(tǒng)相連，在顯示用戶輸入各項參數(shù)以達到使用目的同時，還需通過與總線的，實現(xiàn)高密度數(shù)據(jù)交互。

在不同存儲器大小的背景下，顯示端的實際顯示效果可能會受影響，以圖片的存儲與顯示距離，當一張150MB大小的圖片需在液晶屏上顯示時，若存儲器只有128MB空間則無法正常顯示圖片，有可能出現(xiàn)圖片無法讀取、顯示不全等問題，存儲器內部也分配多個存儲單元，在部分單元被用作隨機空間后，數(shù)據(jù)存儲時將遵循隊列存儲原理，并實現(xiàn)對舊數(shù)據(jù)的自動刪除，考慮到數(shù)據(jù)的存儲空間十分有限，還需根據(jù)實際使用需求確定插入圖片大小與內容，在存儲器無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存時，可通過系統(tǒng)其他模塊，將存儲內容保存在電腦硬盤上。

另外用戶在接入外部設備時，也需通過對應接口與系統(tǒng)連接，輸入設備主要包括鼠標、鍵盤等，而顯示屏做為輸出設備為用戶提供直觀的信息呈現(xiàn)功能，總線模塊則有總線收發(fā)裝置和對應的總線接口組成，在內部設置信號接收器的同時，可實現(xiàn)信息實時收發(fā)功能，輔助器由電源、報警、時鐘、復位等多個模塊組成，同時整個硬件環(huán)境還要與調試器相連，并在內部擁有多個U盤插口，是系統(tǒng)中不可或缺的部分，不但可與外部設備建立良好連接，還可幫助系統(tǒng)實現(xiàn)各項預期功能。

四、人機界面的軟件配置分析

人機界面軟件則多通過編程語言編寫代碼形式，并提供對應編譯環(huán)境，以完成相應功能，提升用戶對系統(tǒng)的使用滿意度為目標進行各項軟件配置，因軟件的運行需要對應操作系統(tǒng)，也需要對運行界面進行必要設計，例如界面背景顏色、界面設計模板等內容都是確保用戶有良好交互視覺體驗的前提，因在操作系統(tǒng)內所有鍵碼與編碼間存在邏輯對應關系，不但可通過高效轉化實現(xiàn)對應功能，還可通過靈活調節(jié)開關狀態(tài)形式，確保各項功能具有良好的可操作性，在對目標變量轉換時，也可通過映射與函數(shù)的關系，根據(jù)計算方法確定最終結果。

因人機交互界面與可編程的主機內部需通過對應軟元件連接，其內部大致包括輸出與輸入的繼電器、計數(shù)器、定時裝置、數(shù)據(jù)存儲設備、輔助繼電器等元件，在相關元件被確定初始值后，即會根據(jù)對應關系完成計算，因不同元件之間的賦值關系一一對應且互不沖突，不但確保元件編號代碼的唯一性，在對應范圍內的賦值也將與其他元件不同，在符合各項內部通信協(xié)議同時，以確定數(shù)據(jù)的開始運算點、設備的IP地址、數(shù)據(jù)的基本算法、源代碼、數(shù)據(jù)編號、檢驗原理、完成數(shù)據(jù)標識等內容確保數(shù)據(jù)傳輸過程高效有序。

因可編程在用戶按下運行開關后即會執(zhí)行各項功能，在確保編程后內部系統(tǒng)符合對應操作標準后，系統(tǒng)將自動分配控制單元給操作器，當相關指令回傳到主機后，工作狀態(tài)也將隨之調整，這時不但計算機接收到了相應迪文指令，還通過提取鍵碼方式，內部完成進制轉換與新軟元件編碼，在內部對數(shù)據(jù)執(zhí)行過程記錄完畢后，將相關信息通過總線回傳到主機內，進而整個運行過程是相關硬件環(huán)境與軟件環(huán)境高度映射的結果。

五、人機界面的基本操作邏輯分析

人機交互界面一般可通過對應繪圖軟件制作，設計風格因用戶需求和設計師對功能的理解不同而有所差異，系統(tǒng)不但實現(xiàn)對應編碼的編譯與轉化過程，還可通過相關物理環(huán)境與編程環(huán)境的映射關系，不但可從中確定對應鍵碼，并通過配置文件對數(shù)據(jù)規(guī)則嚴格審查，后通過系統(tǒng)內部接線與顯示器的存儲容量，確保運行過程良好的同時，還需將數(shù)據(jù)存儲到對應單元中，并方便管理員在必要時完成數(shù)據(jù)的核對與校驗。

一般人機界面在初始運行時，通過設置對應開始按鈕形式確保系統(tǒng)準備進入程序運行狀態(tài)，首先可檢查硬件運行環(huán)境是否良好，后進行對應參數(shù)設置，在前端對話框中根據(jù)實現(xiàn)功能填寫對應數(shù)值，顯示器會將對應內容以轉化后的代碼，將指令存儲到數(shù)據(jù)單元內，當編譯器完成數(shù)據(jù)編譯解碼過程后，控制器將完成判斷，以識別功能實現(xiàn)的鍵碼是否與預期設置的參數(shù)完全對應，若不對應還需重新進行編碼、解碼過程。

在相關程序被運行實現(xiàn)后，讓程序二次運行并通過點擊對應數(shù)字的形式，輸入數(shù)字后進行正誤判斷，在確保用戶輸入值正確并得到二次確認后，相應光標模塊會被調用，以實現(xiàn)關閉對話框功能，并將輸入的值保存到數(shù)據(jù)存儲單元中，利用顯示器將預期設置的值傳送到對應單元，此時也讓硬件環(huán)境和軟件環(huán)境進行交換，并通過總線編程形式實現(xiàn)編碼轉換過程，最后將通過編碼信息的傳送，讓系統(tǒng)得以實現(xiàn)一次徹底的運行過程。

六、結語

隨著信息技術的發(fā)展和人們對編程理解程度的深化，在機器學習與人工智能、大數(shù)據(jù)領域被更多人熟知，并看到可編程控制器在生活中的應用日益廣泛之現(xiàn)狀后，未來還需根據(jù)現(xiàn)有研究水平，做出功能更為齊全的可編程器件。

作者單位：新疆工程學院

基金項目：

1、2020年度自治區(qū)高校本科教育教學研究和改革項目 “產(chǎn)教融合背景下項目式一體化教學模式改革探索與實踐”（項目編號：PT-2020063）2、2020年全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目“人機交互式PLC教學裝置的設計與實現(xiàn)”（項目編號：202010994004）