PLC與觸摸屏控制原理分析及其在工業(yè)中的應(yīng)用
一、PLC的定義
可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC,其定義是:專門為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它采用一類可編程的存儲器,用于存儲用戶程序,執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬量輸入,輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和可編程序控制器的不斷發(fā)展,功能不斷增強(qiáng),其定義也會發(fā)生變化。
二、PLC的結(jié)構(gòu)組成
可編程控制器實質(zhì)上是一種工業(yè)控制專用計算機(jī),其系統(tǒng)的實際組成與微機(jī)基本相同,一般由以下五個部分組成:
1.中央處理器。進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運算,控制整個系統(tǒng),使之協(xié)調(diào)地工作;
2.存儲器。用于存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序、用戶程序、邏輯變量和一些其他信息;
3.接口電路。它是PLC與現(xiàn)場設(shè)備以及外圍設(shè)備的聯(lián)系通道,如輸入/輸出接口、鍵盤/顯示接口、通信接口和擴(kuò)展接口,等等;
4.輸入,輸出電路。輸入電路用來對輸入信號進(jìn)行隔離和電平轉(zhuǎn)換;輸出電路用來對PLC的輸出結(jié)果進(jìn)行放大和電平轉(zhuǎn)換,驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備;
5.電源。包括系統(tǒng)電源、備用電源和掉電保護(hù)電源等。
三、PLC的工作原理
PLC采用了一種不同于一般微型計算機(jī)的運行方式——掃描技術(shù)。當(dāng)PLC投入運行后,其工作是以循環(huán)掃描的方式來完成的,一般分為3個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段。完成上述3個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述3個階段,一個周期所用時間為:T=(讀入時間*輸入點數(shù))+(運算速度*程序步數(shù))+(輸出時間*輸出點數(shù))+自診斷時間
四、觸摸屏技術(shù)在PLC中的應(yīng)用
用戶需要設(shè)定的量為電壓,頻率的目標(biāo)值,這是利用撥碼開關(guān)數(shù)字設(shè)定輸入?yún)^(qū)達(dá)到這一目的的。用戶可直接在撥碼開關(guān)上進(jìn)行增減操作以得到需要的目標(biāo)值。在撥碼開關(guān)上設(shè)定之后,點擊“確定”按鈕,該數(shù)值送入PLC目標(biāo)值保存單元,點擊“取消”按鈕、則維持原數(shù)值不變、數(shù)值的倍數(shù)、精度以及該數(shù)值在PLC內(nèi)在單元中的地址都是在撥碼開關(guān)的屬性中設(shè)置的。
根據(jù)工作原理,觸摸屏可以分位紅外感應(yīng)式、聲表面波式、電容感應(yīng)式和電阻壓力式四大類,不同的工作原理將決定觸摸屏的響應(yīng)時間、定位精度及工作環(huán)境。在國外,觸摸屏技術(shù)已相當(dāng)成熟,在歐美如:Micro Touch,ELO及Dynapro等廠商都有近二十年的生產(chǎn)制造歷史;日本的Nisha,Gunze等也有十年以上的生產(chǎn)經(jīng)驗。而在產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展方面,東西方各有不同,歐美的觸摸屏以電容式、表面聲波式以及五線電阻式為發(fā)展方向,產(chǎn)品以大尺寸產(chǎn)品居多;日本的觸摸屏技術(shù)則是以四線電阻式為主要發(fā)展方向,產(chǎn)品以中小尺寸為主要目標(biāo);臺灣以及韓國廠商則大部分緊隨日本的腳步,以發(fā)展四線電阻式居多。
觸摸是人類最簡單、最本能的共有行為之一。采用觸控技術(shù)的原因有很多,其中包括在崗?fù)ば蛻?yīng)用中限制終端用戶對計算機(jī)的訪問,還包括需要在數(shù)據(jù)輸入和計算機(jī)的密封、保護(hù)之間兩相權(quán)衡的惡劣環(huán)境。觸摸屏的工作原理是將屏幕圖像區(qū)域劃分為預(yù)先確定的網(wǎng)格(主要取決于屏幕尺寸和分辨率)。觸摸菜單選項的一個象限會執(zhí)行一個子程序,效果和使用鼠標(biāo)或在提示行輸入命令相同。涉及觸摸屏技術(shù)的部件共有五個:觸摸感應(yīng)器、LED顯示器、控制器、軟件驅(qū)動程序、觸摸屏里的CPU。觸摸屏是用戶和計算機(jī)之間實現(xiàn)互動的最簡單、最直接的方式。盡管觸摸屏技術(shù)相對較新,但是用戶和觸摸屏交互的基本方式已非常久遠(yuǎn):你的手會伸向你想要的東西,這幾乎是所有兒童和成人的本能。各行各業(yè)的公司都已成功地將觸摸屏的效用發(fā)揮到各自的應(yīng)用中。
航空公司使用它來模擬機(jī)艙、訓(xùn)練飛行員駕駛飛機(jī);機(jī)車上觸摸屏用來全方位顯示列車運行的狀態(tài);房地產(chǎn)公司通過它使購房者能夠在彈指之間觀看商品房的全彩圖像;餐館飯店使用它來簡化店內(nèi)的POS終端;銀行的ATM機(jī)使用它來簡化用戶存取款的操作。
在所有行業(yè)的應(yīng)用中,觸摸屏技術(shù)帶來的實質(zhì)益處始終未變:觸摸屏能夠讓用戶無須經(jīng)過任何培訓(xùn)就能馬上對上位機(jī)進(jìn)行操作,也無須計算機(jī)方面的專門培訓(xùn)。由于供用戶選擇的菜單設(shè)置非常明確,觸摸屏的使用幾乎消除了操作員誤操作的可能性。觸摸屏在真正意義上做到了輸入、輸出設(shè)備的一體化,它成功取代了鍵盤和鼠標(biāo),結(jié)實耐用,可以承受鍵盤和鼠標(biāo)易受損壞的惡劣環(huán)境通過觸摸屏可以快速訪問所有類型的數(shù)字媒體,不會受到文本界面的妨礙;使用觸摸屏可以保證空間不被浪費,因為輸入設(shè)備已完全整合到顯示器中。綜上所述,在工業(yè)現(xiàn)場,對計算機(jī)處理速度要求不是非常高的場合,用觸摸屏代替一般計算機(jī)的優(yōu)點在于:(1)簡化了人機(jī)界面;(2)在惡劣條件下經(jīng)久耐用;(3)適用于所有環(huán)境;(4)提高了精確度;(5)節(jié)省了空間。
如今,觸摸屏與PLC結(jié)合已在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用:采用PLC與觸摸屏協(xié)調(diào)控制焊接電源、弧長跟蹤器、送絲機(jī)、焊槍操作機(jī)和焊件變位機(jī),通過精確控制焊槍的重復(fù)定位精度和對焊槍軌跡的實時補(bǔ)償,有效適應(yīng)了曲面工件的形狀變化,使熔池始終處于水平位置,匹配合適的焊接工藝規(guī)范,獲得了穩(wěn)定可靠的焊接質(zhì)量,同時利用友好的人機(jī)界面實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控以及工藝參數(shù)的現(xiàn)場設(shè)置和修改。焊接試驗表明,整套裝置運行穩(wěn)定、可靠,自動化程度高,具有良好的應(yīng)用前景;在電源系統(tǒng)中,采用觸摸屏作為人機(jī)交互工具,需要在線更新的量為電壓與頻率的設(shè)定值,簡單直觀,便于操作。

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