基于可編程邏輯控制器和觸摸屏的搶答器設計

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　　本文提出了一種新的控制方法--用觸摸屏和PLc(可編程邏輯控制器)實現(xiàn)搶答器的控制。與一般的控制方法相比，運行更加可靠，操作更加直觀，更適合于高檔的場合。

　　本文以三菱F940GOT-LwD-c型觸摸屏和三菱FXOS_30MR型PLc控制4路搶答器為例，介紹具體的實現(xiàn)方法。

　　l觸摸屏

　　20世紀90年代初出現(xiàn)了一種新的人機交互技術--觸摸屏技術，觸摸屏便是這種技術的具體體現(xiàn)。觸摸屏是一種最直觀的計算機的輸入設備，使用者只要觸摸屏幕上的圖形對象，計算機便會執(zhí)行相應的操作，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標操作，大大提高了計算機的可操作性。 觸摸屏的基本原理是：用戶用手指或其他物體觸摸觸摸屏時，所觸摸的位置(以坐標形式)被觸摸屏控制器檢測，并通過串行通信接口送到計算機或PLc的CPU，CPU將此坐標和觸摸屏上的各個圖形對象(代表特定的信息)的坐標相對比，從而確定輸入的信息。

　　觸摸屏系統(tǒng)一般包括觸摸屏控制器(卡)和觸摸檢測裝置兩個部分。觸摸屏控制器(卡)的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給計算機或PLC的CPU，它同時能接收cPu發(fā)來的命令并加以執(zhí)行，例如直觀動態(tài)地顯示開關量和模擬量。觸摸檢測裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制器(卡)。

　　觸摸屏有以下5種類型：電阻式、電容式、紅外線式、聲波式或近場成像式?，F(xiàn)在用得最多的是電阻式觸摸屏。

　　觸摸屏有以下特點：

　　a)觸摸屏用專用的畫面制作軟件生成畫面。畫面的生成是可視化的，不需要用戶編程。在畫面中用文字或圖形動態(tài)地顯示PLc中開關量的狀態(tài)和數(shù)字量的數(shù)值，還可以實現(xiàn)某些動畫功能。通過各種輸入方式，將操作人員的開關量命令和數(shù)字量設定值傳送到PLC。

　　b)觸摸屏的按鍵在屏幕上的畫面中。每個畫面可以設置不同大小和個數(shù)的按鍵，每個按鍵均可以設置有明確意義的文字或圖形提示。

　　c)用觸摸屏上的軟元件代替硬件按鈕和指示燈等外部元件，可以節(jié)省PLC的輸入點和輸出點。

　　d)觸摸屏的畫面制作軟件帶有豐富的圖庫。使用圖庫中的元件，可以快速方便地生成各種畫面。 e)為了實現(xiàn)觸摸屏與計算機或PLc之間的通信，只要對通信參數(shù)進行簡單的設置，用戶不用編寫通信程序。在生成畫面時將圖形對象與控制器中的存儲器地址聯(lián)系起來，就可以實現(xiàn)PLC與觸摸屏之間的通信。

　　f)觸摸屏可以在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境使用，其穩(wěn)定性和可靠性與PLC相當。

　　2搶答器的控制要求

　　設計1個4個參賽組的搶答器，主持人通過觸摸屏監(jiān)控比賽的進行。為了方便觀眾了解比賽情況，搶答器應設置必要的顯示。搶答器的功能如下：

　　a)比賽開始之前，主持人要按一次觸摸屏上的復位按鈕，使所有參賽組的顯示均滅。 b)比賽開始后，主持人要按一次觸摸屏上的開始按鈕，當開始燈(綠燈)亮之后，才允許參賽組進行搶答。

　　c)比賽開始后，如果參賽組在開始燈(綠燈)亮之前按下按鈕進行搶答，則視為搶答違規(guī)。此時，蜂鳴器以1次/s的頻率嗚叫，數(shù)碼管顯示參賽組的序號，同時，觸摸屏顯示違規(guī)組號及搶答違規(guī)信號。

　　d)比賽開始后，如果參賽組在開始燈(綠燈)亮之后按下按鈕進行搶答，數(shù)碼管顯示先搶到的參賽組的序號，同時，觸摸屏顯示答題組號及答題信號，然后主持人請此參賽組回答問題。

　　e)為了控制比賽時間，回答問題必須在20 s內(nèi)完成，超時按錯誤論處。當時間進行到lO s時，紅燈亮，提示搶答者"抓緊時間";當時間進行到20 s時，紅燈亮，同時蜂鳴器不間斷地嗚叫，提示搶答者"答題超時"，同時，觸摸屏顯示"答題超時"信號及"答題超時"組號。

　　f)答對一題加10分，答錯一題、答題超時或違規(guī)一次扣10分，按積分的多少論勝負。

　　其中，加分和減分靠現(xiàn)場工作人員手動翻動記分牌進行計分，其余功能靠PLc控制實現(xiàn)。

　　3搶答器的軟硬件設計

　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，綜合控制點數(shù)，本裝置選擇三菱.FXOS-30MR型PLc，它特別適合于小型單機且僅需要開關量控制的普通設備。 觸摸屏選用三菱F940GOT-LwD-C型圖形操作終端，它是基于PLC的軟硬一體人機界面，能以圖形界面方式實現(xiàn)各種工作狀態(tài)的顯示，并具有使用方便、人機對話界面友好、組態(tài)技術易掌握、與PLC可進行良好通信的功能。三菱F940GOT-LWD-c型觸摸屏含有兩個通信接口：RS-232C接口，與裝有專用畫面制作軟件的計算機通信(上載、下載畫面);RS一422接口，與PLC通信(通過畫面實時監(jiān)控PLC的運行)。

　　3.1觸摸屏畫面設計

　　本文中的觸摸屏操作畫面是用三菱公司專用的畫面制作軟件SWOPC-FXDU/wIN-c制作的。

　　為了達到用觸摸屏操作畫面實時監(jiān)控PLc運行的目的，必須將操作畫面中的圖形對象與PLC中的編程軟器件聯(lián)系起來。觸摸屏操作畫面的組態(tài)如表1所示。根據(jù)表l所制作的觸摸屏操作畫面如圖1所示。

圖1 觸摸屏操作畫畫

　　觸摸屏操作畫面制作完成后，再通過計算機的RS-232C串行通信口將操作畫面下載到觸摸屏中。

　　3.2 PLC硬件配置

　　3.2.1 PLC的I/O分析

　　a)輸入端：主持人開始和復位按鈕由觸摸屏操作畫面中的開始和復位觸摸鍵代替，不占PLC的輸入點;4個參賽組共4個搶答按鈕，因此，PLc應該配置4個輸入點。

　　b)輸出端：采用1個共陰極的七段數(shù)碼管(見圖2)顯示參賽組的序號，七段數(shù)碼管直接由PLc輸出端驅(qū)動，占7個輸出點;再加上1個綠燈、1個紅燈、1個蜂鳴器共3個負載，因此，PLC應該配置10個輸出點。另外，PLC與觸摸屏之間只要連接專用的通信電纜便可以。

　　3.2.2 PLC的I/O地址分配

　　1)輸入地址分配：

　　X1：l#搶答者按鈕SBl;X2：2#搶答者按鈕SB2;

　　x3：3#搶答者按鈕SB3;X4：4#搶答者按鈕SB4;

　　2)輸出地址分配：

　　Y0：七段數(shù)碼管a段;Y1：七段數(shù)碼管b段;

　　Y2：七段數(shù)碼管c段;Y3：七段數(shù)碼管d段;

　　Y4：七段數(shù)碼管e段;Y5：七段數(shù)碼管f段;

　　Y6：七段數(shù)碼管g段;Y7：蜂鳴器HA;

　　Y10：綠燈L1; Y11：紅燈L2。

3.2.3 PLC的外部接線

　　PLC的外部接線如圖3所示。