基于PLC和显示控制屏的信息轮巡的显示方法设计.doc

基于PLC和显示控制屏的信息轮巡的显示方法设计摘 要 针对现代PLC工业系统数据信息繁多、结构复杂，综合显示控制屏显示功能有限的难题，在数据信息传统的显示方法的基础上提出轮巡的信息显示方法。通过编制PLC控制程序和显示控制屏页面程序，实现了系统状态信息在综合显示控制屏上的轮流切换显示。讨论了其具体实现算法，并将综合显示控制屏按该方法应用在山东引黄涵闸PLC测控系统中，获得了比较满意的效果。关键词 PLC 显示控制屏 轮巡0 引言在现代PLC（Programmable Logical Controller,可编程控制器）工业系统中，综合显示控制屏的作用是显示测量的数据信息、控制系统的正常运作以及处理系统的异常情况；PLC则根据工作现场的要求,编制程序,对数据进行处理并直接对设备进行控制。显示控制屏在PLC系统中的重要作用体现在它是作为显示和控制终端存在的。在实际的应用中，由于大型显示屏终端成本高昂，安装不便等诸多问题，使得选用小型综合显示控制屏成为主流。这种用显示控制屏终端替代传统系统中的显示盘、操作盘,用PLC替代传统系统中的控制盘的方式摒弃了传统电气控制系统中的按钮、指示仪表、操作开关等,变硬件设备为软件设备,具有占地少、控制精度高、功能强、可编程、智能化等诸多优点。然而小型显示控制屏也不是完美无缺的，尺寸极其有限便是其一大弊病。如果面对一个比较复杂的工业系统，它需要显示的数据信息繁多，而且控制方式比较复杂，显示控制屏终端传统的信息显示方法往往难以将显示和控制两者兼顾，做到两全其美。为了解决小型显示控制屏难以显示系统繁杂的数据信息并兼顾系统控制的这一难题，重新设计显示控制屏的显示功能就显得尤为必要。而进行信息显示功能的设计关键在于解决好综合显示控制屏和PLC的数据交换问题，做到合理利用系统硬件和软件资源，充分发挥显示控制屏的显示和控制作用。1 PLC和显示控制屏进行数据交换的原理1实现PLC和显示控制屏间的数据交换，关键是实现两者的连接和通信。PLC和显示控制屏两者相连构成了PLC网络的上位连接系统2。在PLC网络的上位连接系统中，显示控制屏作为上位机可以提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理；PLC作为下位机，执行可靠有效的控制。在显示控制屏和PLC之间通过通信网络实现数据的交换。系统硬件拓扑图如图1所示。图1 硬件拓扑图综合显示控制屏和PLC要交换的数据分为和显示字段关联的数据、PLC发送到显示控制屏的命令数据以及从显示控制屏发送到PLC的状态数据。和显示字段关联的数据就是显示控制屏终端需要显示或输入并反馈给PLC的数据；PLC发送到显示控制屏的命令数据是PLC向显示控制屏单向发送的数据，主要是由PLC对显示控制屏的动作进行控制；显示控制屏发送到PLC的状态数据是其向PLC发送的表明自己工作状态的数据。如图2所示。 图4 信息显示界面图2 PLC和显示控制屏的数据交换在综合显示控制屏和PLC的数据交换中，PLC被作为服务器端，综合显示控制屏被认为是客户端。显示控制屏作为客户端自动处理和PLC之间的通讯，并且自动访问PLC指定内存区域中的变量。2 综合显示控制屏传统的信息显示方法信息显示和系统控制是PLC系统需要实现的两大功能，因而信息显示方法和系统控制方式是PLC和显示控制屏进行数据交换需要解决的问题。传统的数据交换方法是通过编制PLC程序，操作显示控制屏上的按钮，切换显示页面来实现对系统数据信息的显示和完成对系统的控制。系统工作的原理框图如图3所示。就信息显示而言，系统每个被控对象所独有的状态信息和共有的状态信息是分别显示在不同的页面上的。系统某个对象的状态信息显示界面如图4所示。在图4中，被控对象所独有的P1信息、P2信息以及系统共有的S1信息、S2信息、S3信息等状态信息显示在一个显示页面上。如果想了解其它被控对象的状态信息，需要切换到该对象的信息显示页面。然而，对于比较复杂的工业系统，数据信息繁多，控制方式复杂，上述传统的切换页面的方式可以保证系统的控制功能得以实现，但对于大量数据信息的显示却显得办法不多。如果不改变显示方式，无疑会增加很多页面，造成显示和操作的繁杂。为了解决这一问题，提出信息轮巡的显示方法。3 信息轮巡的显示方法设计3.1 总体设计信息轮巡的显示方法其基本思想是实现系统所有的状态数据信息在一个显示页面上按照一定的时间间隔循环地进行显示。而系统控制功能的实现方式保持不变。对于一个包含N个被控对象的测控系统来讲，系统工作的原理框图如图5所示。3.2 轮巡显示算法设计如果N值比较大，意味着系统比较复杂，被控对象繁多。要在小小的显示屏上完好地显示系统N个被控对象繁杂的数据信息，采用轮巡的显示方法无疑是明智之举。显示界面设计如图6所示。跟传统的信息显示方法相比，轮巡的显示方法具有如下优点： 图3 工作原理框图（1） 将N个显示页面减少到1个。系统每个被控对象独有的状态信息和系统的各项状态信息一目了然，而且避免了通过操作显示控制屏按键来不断地切换页面的麻烦；另外1个显示页面还可以降低操作人员混淆众多被控对象状态信息的概率。（2） 在需要显示的数据里，有些数据是属于整个系统的；有些数据则是每个对象独有的。信息轮巡的显示方法避免了重复显示。（3） 信息轮巡的显示方法能满足操作人员在短时间内对系统所有的状态数据信息有所了解的这种需求。在图6的信息显示界面中，系统的所有状态数据信息用一个显示页面完好地显示出来，并且在页面上将系统共有的状态信息和每个被控对象独有的状态信息分开显示。系统共有的状态信息，如S1、S2、S3信息等放置在页面的下栏中；每个对象所独有的数据图7 轮巡显示逻辑框图图6 信息显示界面图5 工作原理框图信息，如P1、P2信息等放置在页面的上栏，各个对象独有的数据信息采用轮巡的方式进行显示。这种信息显示方法使得信息的显示变得简洁明了，而且大大简化了操作。信息轮巡的显示方法其特点是在同一个页面上轮流显示不同被控对象的状态信息，即每个被控对象的状态信息按照一定的时间间隔在同一页面上不断地切换显示，该时间间隔可以任意设定。这种轮巡显示方式的逻辑框图如图7所示。其实现原理是：编制PLC控制程序，将被控对象的序号n 关联到PLC的一个内存单元中，通过定时和计数程序实现被控对象的序号1，2， ，n， ， N按照一定的时间间隔循环变化；将各个被控对象的P1、P2等信息分别关联到PLC另外的内存单元中，通过信息轮巡显示程序实现各个对象的P1、P2等信息按照相同的时间间隔循环显示在对应对象的序号下。在轮巡显示各个被控对象的状态数据信息时，同时完成对系统共有的状态信息的显示。4 应用实例引黄涵闸是黄河水量调度的工具。引黄涵闸系统的正常运作关系到沿黄城市生活和工业供水、农业灌溉、下游减淤和生态环境等多方面问题。正是基于这一点，国家提出了“数字黄河工程”。用PLC和显示控制屏对信息获取手段和控制方式极其落后的山东引黄涵闸系统进行改造正是数字黄河工程的重要组成部分，是建立山东引黄涵闸远程监控系统的基础。山东引黄涵闸按孔数不同可分为1孔闸、2孔闸、3孔闸、4孔闸、5孔闸、6孔闸等，其中以2孔闸最常见。以2孔涵闸PLC测控系统为例，主控设备选用Schneider Electric公司生产的Momentum系列PLC，显示控制屏选用Magelis系列人机界面XBTF01110。两者通过RS485总线相连，通信协议为Modicon公司开发的Modbus协议3。4.1 涵闸PLC测控系统中的数据分析 图8 系统信息显示页面在2孔涵闸PLC系统中，被控对象为2个闸门。系统需要交换的数据信息分为如下三类：（1）和显示字段关联的数据。显示屏需要显示的数据：闸前水位值，闸后水位值，2个闸位当前值，2个闸门荷重值，回路电压值，回路电流值，环境温度值，环境湿度值；需要从显示屏输入的数据：闸门上升、下降、停止的指令信息，闸位设定值。图9 定时和计数程序（2）PLC发送到显示控制屏的命令数据。主要有：显示system页、锁定按键、打印命令等。（3）显示控制屏发送到PLC的状态数据。主要有终端状态、程序状态信息等。对用户来说，对第（1）类数据的处理是设计和开发一个PLC测控系统的关键之所在。4.2 信息轮巡显示的算法设计根据上述设计思想，信息轮巡显示页面设计如图8所示。在图8的信息显示页面中，系统共有的状态信息，如水位、电压、电流等放置在页面的下栏中；每个闸门独有的闸位、荷重信息放置在页面的上栏，各个闸门独有的数据信息采用轮巡的方式进行显示。图10 2孔闸闸位和荷重轮巡显示程序图9给出了N=2的定时和记数程序；图10给出了N=2，即2孔闸闸位和荷重轮巡显示程序。这些控制程序是在Concept组态编程环境下用984LL语言4编写的。在图9的程序中，闸门序号n 和PLC内存5中地址为400403的单元相关联，控制程序实现了闸门序号1，2按照一定的时间间隔循环变化；在图10的程序中，各个闸门的闸位和荷重分别和PLC内存中地址为400652和400653的单元相关联。图11 时间间隔设置程序地址为400112和400122的内存单元中存放的是1#闸和2#闸的当前闸位值；地址为400115和400125的内存单元中存放的是1#闸门和2#闸门的当前荷重值。当程序检测到内存单元400403中的值为1，即n=1时，1#闸门的闸位和荷重分别被写入地址为400652和400653的内存单元中；当程序检测到内存单元400403中的值为2时，2#闸门的闸位和荷重分别被写入地址为400652和400653的内存单元中。在图9的程序中， 地址为400751的内存单元中存放的是信息轮巡显示的时间间隔，它可以通过在显示控制屏上输入设定值而改变。每次系统开机运行后，时间间隔初始值设为5秒。时间间隔设置程序如图11所示。5 结论实践证明，数据信息轮巡显示的方法是一种可靠、优越的数据交换方法。利用这一方法，不仅可以使工业系统中繁杂的数据信息的显示变得井然有序，而且大大简化了系统的操作方法，最终使得综合显示控制屏的显示和控制作用得以充分发挥。参考文献1 施耐德电气公司. Magelis User Manual(for XBT-F_TXBT-F). 1996.42 郭宗仁，吴亦锋，郭永.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术.2002.93 施耐德电气公司. Modbus Plus Network Planning and Installation Guide.1996.44 施耐德电气公司.Modicon Concept 2.0编程软件用户手册. 2000.75 施耐德电气公司. Modicon Ladder Logic Block Library User Guide. 1996.4Design of Display Method of Information Turning Basing onPLC and Synthetical Display-Control ScreenAbstract Aiming at the difficulty that display function of synthetical Display-Control Screen is limited owing to much information and complicated structure in modern PLC industrial system, this paper sets forth a display method of turning on the basis of traditional display method. According to write control program of PLC and page program of Display-Control Screen, information can be showed by turns in Display-Control Screen. The paper discusses idiographic arithmetic of this display me