基于PLC人機(jī)界面控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化研究

王 晅，張學(xué)彩

（揚(yáng)州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 揚(yáng)州 225002）

1 PLC與人機(jī)界面概念

1.1 PLC

PLC也被稱之為可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器主要應(yīng)用的是可編輯的存儲(chǔ)器。在實(shí)際運(yùn)用過程當(dāng)中，其內(nèi)部存儲(chǔ)程序能夠執(zhí)行各項(xiàng)邏輯運(yùn)算功能，并實(shí)現(xiàn)順序化的數(shù)據(jù)控制與定時(shí)管理，絕大程度上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于各項(xiàng)數(shù)據(jù)的技術(shù)和算術(shù)操作，但是都要基于用戶的宏觀指令，并通過相應(yīng)的數(shù)字或者是模擬形式輸出輸入控制不同類型的機(jī)械設(shè)備，控制其進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)作。此外，PLC可編輯邏輯控制器在本質(zhì)上屬于一種專用于工業(yè)領(lǐng)域的控制計(jì)算機(jī)，整體的硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)相似，在其基本結(jié)構(gòu)中以CPU、顯示面板、電源、內(nèi)存等組成。

此外，在整體的工作原理中，PLC可編程邏輯控制器在真正投入運(yùn)行使用后，整體的工作環(huán)節(jié)一般可以劃分為三個(gè)主要階段。第一階段為輸入采樣，第二階段為用戶程序執(zhí)行，第三階段則是輸出刷新。當(dāng)系統(tǒng)完成上述這三個(gè)階段后，就可以稱作為是一個(gè)掃描周期，而在綜合運(yùn)行過程中，PLC可編程邏輯控制器的CPU會(huì)在相同的速度調(diào)節(jié)下重復(fù)三個(gè)階段的指令操作。

1.2 人機(jī)界面

人機(jī)界面簡稱HCI，也稱之為用戶界面或者是使用者界面。人機(jī)界面是人與計(jì)算機(jī)之間交換傳遞信息的主要媒介和對(duì)話接口端，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中的重要組成部分之一。在人機(jī)界面設(shè)計(jì)過程中，需要遵循相應(yīng)的原則才能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)界面的有效設(shè)計(jì)。

（1）以用戶為中心展開基本設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員需要緊抓用戶的特性，注重用戶各項(xiàng)需求，在系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)節(jié)中需要征求用戶個(gè)人意見，并向用戶展開信息咨詢，針對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決策需要有效結(jié)合用戶的實(shí)際工作環(huán)境，需要理解用戶對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)際需求，而最為有效的方法就是讓用戶參與到實(shí)際的開發(fā)與研究中。

（2）要遵循順序與功能原則，所謂的順序原則就是要按照各項(xiàng)事件的處理順序、訪問原則、查看各項(xiàng)事務(wù)內(nèi)容，在具體的工藝控制領(lǐng)域中，針對(duì)其設(shè)計(jì)監(jiān)管和人機(jī)對(duì)話主界面進(jìn)行相應(yīng)的順序設(shè)計(jì)。在面向功能原則方面，要按照目標(biāo)所處的應(yīng)用環(huán)境和具體的使用功能需求，對(duì)各類子系統(tǒng)的控制類型和管理對(duì)象是否處于相同界面進(jìn)行多元化的處理，保障設(shè)計(jì)功能區(qū)域的完善性。

（3）一致性原則。在一致性原則設(shè)計(jì)當(dāng)中，包含著色彩相同、操作相同、文字相同，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域，以電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)來說，在標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)過程中，需要重點(diǎn)體現(xiàn)一致性原則，這樣能夠便于相關(guān)人員的使用和操作，避免操作失誤的情況出現(xiàn)。

2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成分析

2.1 人機(jī)界面設(shè)計(jì)組成

在PLC人機(jī)界面控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與研究過程中，人機(jī)界面設(shè)計(jì)組成包括畫面設(shè)計(jì)、畫面組成這兩個(gè)部分。

一般而言，人機(jī)界面是控制系統(tǒng)當(dāng)中十分重要的組成部分，也是用戶與系統(tǒng)之間相互交流的重要交互接口，而畫面的設(shè)計(jì)好壞也將會(huì)深度影響到PLC控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能，畫面的設(shè)計(jì)一般會(huì)從可交互性數(shù)據(jù)、輸入、信息、顯示等不同方面進(jìn)行考慮。而且，在工業(yè)控制領(lǐng)域中，尤其是機(jī)電控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須要求人機(jī)界面相對(duì)簡潔、清晰。另外在畫面組成方面，會(huì)按照系統(tǒng)不同的控制任務(wù)將畫面分為開機(jī)畫面、換頁畫面、選擇畫面、送料畫面、模擬畫面、裁切畫面、裁切速度畫面、馬達(dá)卷科畫面以及脈沖對(duì)照畫面等等。

2.2 系統(tǒng)組成

在綜合系統(tǒng)組成當(dāng)中，主要由PLC、觸摸屏、伺服電機(jī)、氣缸、電磁閥等組成。在整體要求上需要裁切出不同的料號(hào)端子，對(duì)同料號(hào)的端子裁切出不同的PIN數(shù)。而控制系統(tǒng)硬件中包含著控制單元、人機(jī)界面、交流伺服電機(jī)、繼電器、自動(dòng)開關(guān)、電磁閥等多項(xiàng)關(guān)鍵部分。只有對(duì)各個(gè)關(guān)鍵部分進(jìn)行核對(duì)和操作，才能夠?qū)崿F(xiàn)整體系統(tǒng)的監(jiān)控管理，通過人機(jī)界面設(shè)計(jì)組成結(jié)合各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最終的控制功能。

3 控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化硬件設(shè)計(jì)

PLC可編程邏輯控制器在如今的發(fā)展形勢當(dāng)中呈現(xiàn)出了高速發(fā)展趨勢，不僅具備著供應(yīng)自動(dòng)化的客觀需求，而且其本身能夠適用于諸多的工業(yè)控制領(lǐng)域，在優(yōu)質(zhì)控制特點(diǎn)的加持下，PLC可編程邏輯控制器能夠更為有效地解決工業(yè)控制領(lǐng)域當(dāng)中的諸多問題，并有效提高整體設(shè)備的機(jī)電一體化產(chǎn)品模式，特別是在機(jī)電一體化運(yùn)行中，可以通過標(biāo)準(zhǔn)化的控制能力覆蓋到安全、靈活、便捷、經(jīng)濟(jì)、可靠等多方面的問題。

因此，基于PLC人機(jī)界面控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化研究，在選擇PLC和觸摸屏結(jié)合的詳細(xì)方案時(shí)，需要重視控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化硬件設(shè)計(jì)過程，同時(shí)也需要深度考慮到控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化硬件設(shè)計(jì)所傳遞的優(yōu)勢功能。

①可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。PLC可編程邏輯控制器一般專用于工業(yè)控制，在硬件與軟件這兩個(gè)方面都選擇了濾波、隔離、故障診斷、屏蔽以及自動(dòng)恢復(fù)等標(biāo)準(zhǔn)化的措施，來實(shí)現(xiàn)覆蓋性的控制管理。在具體應(yīng)用過程當(dāng)中，能夠促使PLC可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的抗干擾能力，而且其平均故障的間隔時(shí)間較長，故障的恢復(fù)時(shí)間也較短，在標(biāo)準(zhǔn)化的研發(fā)過程中，這也是PLC控制功能優(yōu)越于常規(guī)危機(jī)控制的重要特點(diǎn)之一。

②編程形式直觀、應(yīng)用便捷簡單。在基于PLC人機(jī)界面控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化研究過程中，針對(duì)其控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化硬件設(shè)計(jì)，必須要深度考慮到最終所形成的產(chǎn)品具有機(jī)電一體化的功能，而絕大多數(shù)的電氣技術(shù)人員必須要優(yōu)先了解電氣控制線路當(dāng)中的一些特點(diǎn)。在這之中，絕大多數(shù)的PLC可編程邏輯控制器所采用的都是與繼電器原理圖相近似的一種梯形圖編程方式，這種編程方式不僅在感官上更為直觀，而且在應(yīng)用中也較為簡單、便利。

③體積較小、能耗較低。從原則上來說，PLC本身的體積相對(duì)較小，這也意味著在機(jī)械設(shè)備安裝的過程當(dāng)中，PLC很容易就會(huì)安裝在設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，這是安裝上的優(yōu)勢，也促使機(jī)電一體化控制設(shè)備更為便利。而且，在采用PLC可編程邏輯控制器后，即便是面對(duì)一些較為復(fù)雜多變的控制系統(tǒng)，也能夠大幅度降低大量中間繼電器與時(shí)繼電器的消耗情況，并且PLC可編程邏輯控制器的體積與幾個(gè)繼電器大小之總和相當(dāng)，所以也可以將開關(guān)柜的體積縮小到原有的1/2到1/10之間。在整個(gè)過程中，因?yàn)椴粩嘟档土司€圈用電量，所以整體的耗能情況也就會(huì)不斷降低。與此同時(shí)，PLC的配線相比于繼電器的控制系統(tǒng)配件相對(duì)較少。因此，能夠節(jié)省大量的配線與附件，隨著配線與附件在數(shù)量上的節(jié)省，也會(huì)相應(yīng)的降低安裝接線的用工時(shí)長，對(duì)于前期的投入費(fèi)用也會(huì)有效降低。

④功能完善、擴(kuò)充便利。隨著PLC可控制編程器的應(yīng)用，所形成的機(jī)電一體化系統(tǒng)就有著標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品功能模塊和擴(kuò)展單元，能夠便于適應(yīng)不同狀態(tài)下的工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)，而且也能夠與現(xiàn)場各項(xiàng)運(yùn)行設(shè)備實(shí)現(xiàn)順利連接，并形成更為標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用系統(tǒng)。

⑤控制程序可變、具有良好柔性。在PLC可編程邏輯控制器的應(yīng)用下，整體原理是根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化的控制，如果生產(chǎn)工藝發(fā)生改變，或者是整體的生產(chǎn)線設(shè)備需要更新時(shí)，便不需要轉(zhuǎn)變PLC所處的硬件設(shè)備，只要修改內(nèi)部程序，即可滿足變換需求。

4 控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化軟件設(shè)計(jì)

4.1 基礎(chǔ)分析

PLC作為一種全新的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，整體的運(yùn)算速度不僅高，而且功能性強(qiáng)大，在內(nèi)部程序設(shè)計(jì)方面較為簡便，能夠有效改變程序，并實(shí)現(xiàn)靈活、便利、可靠的改變功能，最重要的是PLC具有著較強(qiáng)的抗干擾能力，能在極為惡劣的工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行長期穩(wěn)定的工作，也正是這樣的優(yōu)勢才促使PLC能夠應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制的不同領(lǐng)域中。PLC具有優(yōu)點(diǎn)，也就具有一定的缺陷，PLC的主要缺陷就在于并不具備人機(jī)交互的功能。如果在控制環(huán)節(jié)中需要轉(zhuǎn)控制參數(shù)時(shí)，就需要深度了解系統(tǒng)內(nèi)部的實(shí)際控制狀況，這種缺陷會(huì)在長時(shí)間應(yīng)用下逐漸體現(xiàn)。伴隨著如今計(jì)算機(jī)技術(shù)的高端發(fā)展，人機(jī)界面技術(shù)的出現(xiàn)，促使PLC擁有了更為重要的發(fā)展機(jī)遇。特別是在機(jī)電一體化自動(dòng)控制過程中，基于PLC人機(jī)界面控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，能夠延續(xù)PLC本身的工業(yè)控制計(jì)算能力，但同時(shí)也改變了其原有的缺陷問題。

4.2 系統(tǒng)分析

首先，基于不同的標(biāo)準(zhǔn)和需求，控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化軟件設(shè)計(jì)中對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要具備手動(dòng)、自動(dòng)靈活控制功能，所以選擇了極為穩(wěn)定而可靠的HITECH觸摸屏人機(jī)界面，此人機(jī)界面不僅能夠有效保存大量的自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行工作數(shù)據(jù)，而且還可以采用cf卡的形式，幫助使用者保存各項(xiàng)工藝數(shù)據(jù)。其次，通過此種形式也可以將數(shù)據(jù)在電腦上進(jìn)行修改，并通過cf卡傳回到觸摸屏內(nèi)，這樣對(duì)于各項(xiàng)數(shù)據(jù)的控制管理就變得極為便利。而且因?yàn)镠I下的ECH人機(jī)提供了較為強(qiáng)大的宏觀指令，整體的宏觀指令在邏輯編輯方面并不復(fù)雜，有著簡單易學(xué)的特點(diǎn)。因此，通過宏觀指令，能夠促使人機(jī)與晶體膜厚監(jiān)控儀實(shí)現(xiàn)通訊功能。最后，觸摸屏在接收到監(jiān)控儀器上的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息之后，會(huì)通過宏觀指令形式進(jìn)行內(nèi)部的算術(shù)運(yùn)算，隨后再進(jìn)行相應(yīng)的邏輯判斷分析，緊接著將分析計(jì)算好的信號(hào)輸送到PLC中，這樣就會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)于設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行控制。

4.3 觸摸屏技術(shù)

觸摸屏作為一種全新的電腦輸入設(shè)備，不管在任何領(lǐng)域都有著極強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，而且其操作簡單、便捷、自然的功能也適用于當(dāng)前的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。其次，觸摸屏與PLC的互結(jié)合也在不斷完善，其標(biāo)準(zhǔn)化的控制功能也促使著操作界面擁有著更為豐富的控制能力?？梢哉f，觸摸屏的有效應(yīng)用也為PLC可編程邏輯控制器提供了更為廣泛的應(yīng)用空間。最后，由于觸摸屏技術(shù)本身所具備的各項(xiàng)優(yōu)勢功能，促使著機(jī)電自動(dòng)化控制擁有了更多的科學(xué)依據(jù)，尤其在結(jié)合PLC可編程邏輯控制器下，機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠通過觸摸屏來控制內(nèi)部裝置，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、運(yùn)行、加工中的各項(xiàng)命令，從本質(zhì)上滿足了工業(yè)生產(chǎn)加工的實(shí)際需求。

4.4 控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)

基于PLC人機(jī)界面控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化研究中，對(duì)于控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化軟件設(shè)計(jì)部分最為關(guān)鍵的就是要針對(duì)控制系統(tǒng)人機(jī)界面展開設(shè)計(jì)，在控制系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)中，主要分為三個(gè)部分。

（1）HITECH觸摸屏。通過對(duì)于觸摸屏技術(shù)的深入了解和分析，參考控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的各項(xiàng)要求與特點(diǎn)，更為科學(xué)化的選擇PLC的型號(hào)，并同時(shí)選用HITECH觸摸屏作為當(dāng)前控制系統(tǒng)主要人機(jī)界面。在整個(gè)環(huán)節(jié)中，該觸摸屏的規(guī)格型號(hào)規(guī)定為PWS3760，而觸摸屏的整體控制界面所運(yùn)用的是觸摸屏的專用工具HITECH-ADP3軟件展開的綜合設(shè)計(jì)。另外，PWS3760的觸摸屏在顯示尺寸上是10.4，而顏色顯示則為256色，這也是當(dāng)前HITECH觸摸屏系列中較為全新的一款產(chǎn)品，而后在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，不僅具有較為美觀的造型設(shè)計(jì)，而且面板設(shè)計(jì)與用戶配合，應(yīng)用度極高，在標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)當(dāng)中，會(huì)針對(duì)應(yīng)用需求對(duì)操作版進(jìn)行自由設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包含著面板按鈕面板顏色面板圖案等等，這些都能夠由設(shè)計(jì)者進(jìn)行自由的搭配，從而形成更為優(yōu)質(zhì)的人機(jī)界面效果。

（2）控制界面的設(shè)計(jì)。隨著HITECH-ADP3.0軟件打開之后，需要優(yōu)先構(gòu)建一個(gè)全新的屏幕文件，并對(duì)所需要設(shè)置的文件進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，在設(shè)置內(nèi)容上涵蓋著文件的名稱以及人機(jī)界面種類與PLC可編程邏輯控制器的種類，當(dāng)文件設(shè)置完成之后，隨后就會(huì)進(jìn)入到畫面進(jìn)行下一步的創(chuàng)建工作。

（3）PLC和觸摸屏的通訊結(jié)構(gòu)設(shè)置。HITECH觸摸屏在實(shí)際工作運(yùn)行環(huán)節(jié)中要經(jīng)過串行通訊接口RS232C和PLC之間進(jìn)行相互連接。不過，需要注意的是，數(shù)據(jù)終端設(shè)備以及數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的連接所采用的是二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，所以在對(duì)接過程中需要反復(fù)核對(duì)接口標(biāo)準(zhǔn)。

此外，HITECH觸摸屏和PLC之間具有著直接性的存儲(chǔ)通訊形式，兩者之間的相互對(duì)接以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制區(qū)域相連。在實(shí)際的運(yùn)行環(huán)節(jié)中，觸摸屏的畫面所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)都經(jīng)由觸摸屏自動(dòng)向PLC內(nèi)部發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)的接收，而觸摸鍵的操作從輸入口令到觸摸屏自動(dòng)輸送到PLC之間，形成了一個(gè)系統(tǒng)性的循環(huán)通信功能，在整個(gè)環(huán)節(jié)中并不需要單獨(dú)對(duì)程序進(jìn)行編寫，就可以做到數(shù)據(jù)之間的發(fā)送與接收，不但有效簡化了程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而且也提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵭Ч?。與此同時(shí)，隨著各項(xiàng)通訊參數(shù)的科學(xué)設(shè)置，傳送速率與數(shù)據(jù)長度要調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)化的范圍中，這樣就會(huì)促使觸摸屏與PLC形成融合的人機(jī)界面控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

綜上所述，在如今新時(shí)期的發(fā)展過程中，各項(xiàng)工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行都開始注重自動(dòng)化、一體化的運(yùn)行模式，而隨著PLC可編程邏輯控制器應(yīng)用以來，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)多元化的工業(yè)控制目的，但是仍然存在很多缺陷性的問題。不過，隨著PLC與人機(jī)界面控制系統(tǒng)的相互結(jié)合，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)與研究能夠有效填補(bǔ)PLC單方面作業(yè)時(shí)的缺陷。